Кулагин В.А., Кулагина Т.А., Козин О.А.

ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», г. Красноярск;

ФГУП «ГХК» Радиохимический завод, г. Железногорск, Россия

Основная идея работы заключается в применении новых полимерных детекторов при проведении измерений нейтронного излучения трековыми дозиметрами и комплексном использовании эффектов кавитации в процессах обработки воды в технологическом процессе растворения пульпы с целью обеспечения наилучших технико-экономических показателей (параметров) новых технологических решений на стадии проектирования режимов обращения с радиоактивными отходами.

На всех этапах ядерно-энергетического цикла образуются различные отходы, подразделяющиеся на газообразные, жидкие и твердые. На этапах добычи, переработки и приготовления ядерного топлива преобладают естественные радионуклиды. После выработки энергии на атомных реакторах различных типов преобладают отходы в виде искусственных радионуклидов (продуктов деления).

При существующей экстракционной технологии переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) (PUREX-процесс) контроль ядерных параметров перерабатываемых материалов осуществляется на всех стадиях процесса с помощью химического анализа основных и промежуточных продуктов переработки или непрерывного мониторинга при помощи измерения потоков тепловых нейтронов, которые возникают как при спонтанном делении, так и при прохождении альфа-нейтроной реакции. К недостаткам первого способа следует отнести невозможность в реальном времени отслеживать изменение концентрации делящихся материалов, которые при проведении химических процессов могут достигнуть критических концентраций; к недостаткам второго – большую погрешность измерения потоков тепловых нейтронов (требуется корректировка по результатам химического анализа). Кроме того, конструктивные особенности хранилищ-накопителей не позволяют проводить измерения плотности потоков нейтронов при высокой мощности дозы гамма-излучения. В этой связи актуально усовершенствование методов определения потоков тепловых нейтронов, которые регистрируют только нейтронные потоки, вне зависимости от гамма-излучения.

Достаточно большие затруднения возникают при утилизации шламов и осадков, образованных после отстаивания низко и средне активных жидких отходов, которые составляют около 99% от основной массы. Пульпа (шламы и осадки) ‑ полужидкая масса, представляющая собой остатки нерастворенных оболочек и носителей ОЯТ и содержащая большое количество продуктов деления. В настоящее время в хранилищах-отстойниках накоплено большое количество пульпы, требуется ее очистка и перевод в твердое состояние для дальнейшего захоронения. Современная технология извлечения пульпы основана на химических процессах растворения осадков. При этом способе происходит неравномерное извлечение компонентов пульпы и образование слоя малорастворимых соединений, что значительно затрудняет обращение с осадками.

Применение агрессивных реагентов ограничено конструктивными особенностями хранилищ-отстойников, так как они не предназначены для проведения химических реакций. Повышение концентрации реагентов и температуры может привести к нарушению герметичности хранилищ и выбросу высокотоксичных веществ в окружающую среду. Химический метод извлечения осадков полностью себя исчерпал, и дальнейшее его применение ведет к бесполезной трате химических реагентов и снижению коррозионной стойкости хранилищ. В этой связи целесообразно использование принципиально иных технологий, в частности, эффектов кавитационной нанотехнологии, достаточно легко реализуемой, энергоэффективной и в ряде случаев не имеющей альтернативы.

Установлено, что малорастворимый слой в отходах ядерно-энергетических систем образуется вследствие избирательного взаимодействия химических реагентов с компонентами пульпы, состоящих из различных фракций. В данной работе использован новый метод и прибор для определения и контроля потоков нейтронного излучения в малорастворимом слое пульпы, отличающиеся применением полимерных детекторов при проведении измерений нейтронного излучения трековыми дозиметрами. Предложен метод деструкции компонентов пульпы при размыве осадков растворами на основе кавитационно-активированной воды, обеспечивающий увеличение скорости растворения осадков; найдены зависимости преобразования трудно растворимых осадков от времени, скорости и чисел кавитации обработки воды и водных растворов. Установлены зависимости, определяющие влияние режимных параметров кавитационной обработки (температуры, давления, скорости и времени обработки, числа кавитации, воздухосодержания и др.) на физико-химические свойства воды (электропроводность, pН среды, окислительно-восстановительный потенциал, кислородосодержание и др.), позволяющие использовать их при разработке режимов равномерного извлечения пульпы из хранилищ.