Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ

Изобретение относится к технологиям цементирования материалов с радиоактивными компонентами и может быть использовано при переработке жидких радиоактивных отходов (ЖРО), накопленных и образующихся при эксплуатации АЭС и других объектов ядерного цикла.

Из существующего уровня техники известны установка и способ цементирования жидких радиоактивных отходов (патент № RU 2324242 от 28.09.2005). Установка содержит снабженную шлюзовым отсеком защитную камеру, контейнер, емкость для сухого цемента с добавками и расположенный в защитной камере узел приготовления цементного компаунда, включающий емкость для жидких радиоактивных отходов с устройством подачи жидких радиоактивных отходов в контейнер и перемешивающее устройство, соединенное с приводом вращения и возвратно-поступательного перемещения "вверх-вниз", при этом по полу защитной камеры проложены рельсы, проходящие через шлюзовый отсек и заканчивающиеся снаружи защитной камеры, а контейнер установлен на рельсах с возможностью въезда в защитную камеру через шлюзовый отсек, установка снабжена расположенным снаружи защитной камеры узлом приготовления цементного теста, включающим емкость для сухого цемента, емкость для воды и дополнительное перемешивающее устройство, соединенное с дополнительным приводом вращения и возвратно-поступательного перемещения "вверх-вниз", при этом узел приготовления цементного компаунда расположен над местом останова контейнера в защитной камере с возможностью взаимодействия с контейнером, а узел приготовления цементного теста расположен над местом останова контейнера снаружи защитной камеры с возможностью взаимодействия с контейнером. Установка работает следующим образом. Тележка с контейнером находится в "чистой зоне". Мешалки приводятся во вращение и в поступательное перемещение "вниз" для вхождения в контейнер, в который подают цемент с добавками и воду в заданном соотношении. Компоненты перемешивают до получения однородной смеси - цементного теста. Мешалки возвращают "вверх" в исходное положение. Открывают шлюзовый отсек, и тележка, двигаясь по рельсам, въезжает в защитную камеру. В контейнер с цементным тестом подают ЖРО. В контейнере происходит перемешивание до однородного состава цементного компаунда. Контейнер удаляют из защитной камеры для затвердевания компаунда и окончательной транспортировки в хранилище.

Известен способ цементирования жидких радиоактивных отходов (патент № RU 2218618 от 14.02.2002), включающий дозирование порций компонентов цементного компаунда в контейнер, установленный на тележке, перемешивание цементного компаунда с помощью установленной в контейнере мешалки, которая приводится во вращательное движение электроприводом при стыковке контейнера с загрузочным узлом, с последующей расстыковкой контейнера с загрузочным узлом, закрытие контейнера с цементным компаундом и мешалкой крышкой и транспортирование его в хранилище, отличающийся тем, что в контейнер после его стыковки с загрузочным узлом устанавливают датчики нижнего и верхнего уровней, длины которых соответствуют в зависимости от солесодержания жидких радиоактивных отходов объему жидких радиоактивных отходов и объему цементного компаунда; с помощью датчика нижнего уровня регистрируют достижение заданного значения объема жидких радиоактивных отходов в контейнере, после чего прекращают подачу в контейнер жидких радиоактивных отходов и начинают подачу цемента и перемешивание цементного компаунда; с помощью датчика верхнего уровня регистрируют достижение заданного значения объема цементного компаунда, после чего прекращают подачу в контейнер цемента; время работы мешалки задают и автоматически контролируют с помощью таймера; по окончании перемешивания цементного компаунда датчики верхнего и нижнего уровней погружают в контейнер.

Также известен способ цементирования жидких радиоактивных отходов (патент № RU 2309472 от 03.04.2006), характеризующийся тем, что подают жидкие радиоактивные отходы в емкость, измеряют их уровень, перемешивают жидкие радиоактивные отходы в емкости, подают в емкость рассчитанный объем газа от внешнего источника, выгружают жидкие радиоактивные отходы в мерник через трубку для выгрузки, измеряют их уровень в мернике, перемешивают содержимое мерника, выгружают жидкие радиоактивные отходы из мерника, повышая в нем давление от внешнего источника газа, в контейнер через трубку для выгрузки, подают в контейнер цемент с добавками, перемешивают каждую порцию компаунда в контейнере.

В качестве прототипа рассмотрим способ цементирования жидких радиоактивных отходов (патент № RU 2132095 от 03.12.1997), включающий подачу цемента с добавками в емкость с мешалкой из расходных бункеров через дозаторы струйными насосами, одновременную подачу в емкость ЖРО до заполнения рабочего объема смесительного узла, приготовление цементного компаунда перемешиванием цемента с добавками и жидкими радиоактивными отходами, после чего разгружают смесительный узел через сливное устройство в контейнеры для длительного хранения. Устройство для осуществления способа цементирования жидких радиоактивных отходов содержит смесительный узел, состоящий из емкости с мешалкой, сливного устройства, вихревого аппарата, вход которого соединен с выходом емкости с мешалкой, а выход - со сливным устройством, трубопровод для подачи ЖРО, бункер для цемента, бункеры для твердых добавок, питатели-дозаторы цемента и твердых добавок, каждый из которых состоит из последовательно соединенных струйного насоса, подсоединенного к бункерам цемента и твердых отходов, трубопровода, расходного бункера и дозаторов, соединенных с входом емкости с мешалкой, циркуляционную магистраль, снабженную насосом и соединенную с входом емкости с мешалкой.

Недостатком описанных технических решений является необходимость использования специального оборудования для приготовления цементного компаунда (дозаторы цемента и цементного компаунда, средства подачи цемента, смесители, узлы приготовления цементного раствора, датчики, элементы связи между узлами и др.). Сложное и дорогостоящее оборудование требует периодического обслуживания и ремонта: промывки возможного засорения трубопроводов подачи цементной смеси, смесителей и др. Возможно возникновение нештатных ситуаций с отверждением цемента или цементного компаунда вне контейнера для захоронения. Увеличение времени нахождения в зоне радиоактивного облучения для периодического или аварийного обслуживания повышает дозовые нагрузки на обслуживающий оборудование персонал.

Задачей заявляемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.

Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение дозовой нагрузки на обслуживающий персонал в процессе кондиционирования жидких радиоактивных отходов, упрощение технологии кондиционирования жидких радиоактивных отходов, повышение надежности и безопасности процесса кондиционирования жидких радиоактивных отходов.

Для достижения указанного технического результата предлагается способ кондиционирования жидких радиоактивных отходов, включающий подачу жидких радиоактивных отходов в контейнер для цементирования ЖРО, подачу цемента с добавками в контейнер для цементирования ЖРО, смешивание цемента с добавками и жидких радиоактивных отходов до полной гомогенизации, причем цемент с добавками подают в контейнер для цементирования ЖРО в упаковке, выполненной из растворимых в водной среде материалов.

Упаковка может быть выполнена из водорастворимой полимерной пленки, в частности из поливинилового спирта. После того, как цемент в упаковке попадает в контейнер для цементирования ЖРО, упаковка растворяется в водной среде, а цементный компаунд перемешивают до полной гомогенизации, после чего контейнер, с уже отвержденной смесью, отправляют на хранение. Перемешивание цементного компаунда производят с помощью установленной в контейнере для цементирования ЖРО мешалки, которая приводится во вращательное движение электроприводом. Таким образом, при реализации способа исключается сложное в эксплуатации и требующее специального обслуживания оборудование, что позволяет существенно повысить степень радиационной защиты обслуживающего персонала в процессе кондиционирования жидких радиоактивных отходов.

Контейнер для цементирования ЖРО может быть размещен в защитном бетонном блоке. Указанные бетонные блоки являются конечным результатом обработки ЖРО и могут быть отправлены на захоронение или быть использованы как конструкционные материалы для строительства хранилищ.

Примеры реализации.

Пример 1

В стальную бочку объемом 200 литров поместили 150 кг сухого цемента в упаковках из поливинилового спирта (3 упаковки по 50 кг) и добавили 85 литров ЖРО, содержащих 285 г/л нитрата натрия и 10⁴ Бк/г бета-излучающих радионуклидов. После растворения упаковок цементный компаунд перемешивали лопастной мешалкой в течение 30 минут до полной гомогенизации. Бочку с отвержденным цементным компаундом отправили на захоронение.

Пример 2

В невозвратный защитный контейнер (НЗК-1) рабочим объемом 1,5 м³ поместили 1,0 т сухого цемента в упаковках из поливинилового спирта (20 упаковок по 50 кг), 100 кг бентонитовой глины в упаковках из поливинилового спирта (2 упаковки по 50 кг) и 0,66 м³ ЖРО с солесодержанием 230 г/л и активностью по цезию-137 10⁷ Бк/л. После растворения упаковок цементный компаунд перемешивали в течение 1 часа до полной гомогенизации. Отвержденный цементный компаунд в контейнере для цементирования отправили на захоронение.

Заявленное изобретение позволяет снизить дозовую нагрузку на обслуживающий персонал в процессе кондиционирования жидких радиоактивных отходов и существенно упростить процесс кондиционирования жидких радиоактивных отходов.