СПОСОБ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПЛОЩАДОК, ОТВАЛОВ И РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 1996 года по МПК E21C41/26 

Изобретение относится к рекультивации земель и отходов и может быть использовано при рекультивации и переработке отходов атомных электростанций (АЭС), отвалов, содержащих радиоактивные соединения или горнообогатительных промышленных площадок подвергнувшихся в период эксплуатации радиоактивному загрязнению.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности к достигаемому результату является известный способ рекультивации территорий, содержащих радиоактивно загрязненные почвы, включающий снятие и захоронение радиоактивных почв и укладку на их месте потенциально-плодородных пород и почв. Из-за радиоактивной загрязненности территорий уранодобывающих предприятий и прилегающих к ним земель выбор направлений их рекультивации ограничен. Рекультивация нарушенных урановыми рудниками и заводами земель осуществляется последовательно по этапам предупредительный, горно-технический, дезактивационный и биологический.

Основными недостатками данного способа являются необходимость снятия и захоронения радиоактивно загрязненного слоя, что обуславливает его низкую эффективность.

Цель предлагаемого изобретения заключается в повышении эффективности рекультивации и переработки радиоактивных отходов и радиоактивно загрязненных территорий путем снижения уровня радиоактивности за счет изменения числа протонов в радиоактивных веществах при испускании α-частиц.

Поставленная цель достигается тем, что при осуществлении предложенного способа, включающего переработку радиоактивных отходов и горно-технические и биологические этапы рекультивации радиоактивно загрязненных территорий, перед горно-техническим и биологическим этапами производят изменение числа протонов в радиоактивных веществах. Необходимо отметить, что при изменении числа протонов возможен следующий вариант (см.например, Справочник по ядерной физике. Под ред. Л.А. Арцимовича. М. 1963, с.8).

Испускание альфа-частиц уменьшает атомный номер (число протонов) на две единицы и массовое число на 4 единицы.

При разработке урановых месторождений и переработке радиоактивных руд в окружающую среду вместе с отходами поступают разнообразные естественные радионуклиды. Радиоактивное загрязнение территорий и промышленных площадок рудников, перерабатывающих заводов, АЭС, обусловлено механическими потерями ураносодержащих веществ, диффузионным загрязнением почв, оседающей радиоактивной пылью и аэрозолями, образующимися при добыче, транспортировании и переработке радиоактивных руд. Существенную опасность представляют различного рода радионуклиды: уран, радий, радон, торий, полоний, накапливаемые в почвах, илах отложений местной гидрографической сети.

Необходимо подчеркнуть, что период полураспада при самопроизвольном делении радиоактивных веществ зависит не только от Z²/А (где Z атомный номер, А массовое число), но и от соотношения между числом протонов и нейтронов в ядре (см. например, Маляров В.В. Основы теории атомного ядра. М. Физматгиз, 1959, с. 420, рис.123). При этом период полураспада будет варьироваться от нескольких минут до десятков тысяч лет (характерным примером является распад калифорния Вk²⁴⁹ ).

Причем, работа, необходимая для отрыва альфа-частиц от ядра, значительно меньше работы удаления из среднего или тяжелого ядра одного нейтрона или протона.

Для определения энергии F_α связи альфа-частицы с ядром, в состав которого он входит, следует учесть, что образование альфа-частицы из двух протонов и двух нейтронов сопровождается выделением энергии Е, и если считать Р непрерывной дифференциируемой функцией А (массовое число) и пренебрегать слабой зависимостью Р от атомного номера Z, то
E_α= 931,141•4P-3,61+931,141•4A
А это означает, что испускание альфа-частицы в определенных условиях более вероятно, чем протона или нейтрона (см.например, Маляров В.В. Основы теории атомного ядра. М. Физматгиз, 1959).

Отметим, что при этом изменяется соотношение Z²/A, а с ростом Z²/A энергия активации Е уменьшается и при Z²/A (Z²/A)_o становится равной нулю, т.е. при этом отсутствует потенциальный барьер, затрудняющих распад ядра. Высота этого барьера зависит от безразмерного параметра X(Z²/A):(Z²/A)_o < 1 (там же).

Таким образом, происходит сокращение времени радиационного излучения веществами, за счет их перевода в агрегатное состояние с более коротким периодом полураспада.

На чертеже представлен вариант схемы рекультивации радиоактивно загрязненных территорий по предложенному способу.

Объект (отвал, хвосто- и отходохранилище, зараженная территория) включает в себя основание 1, радиоактивно загрязненное вещество 2 с длительным периодом полураспада, экран 3, слой плодородных пород 4, трубопровод 5.

Способ осуществляется следующим образом.

Первоначально формируется антифильтрационное основание 1 (если радиоактивное вещество остается на месте, например, когда рекультивируют радиоактивно зараженные территории основание 1 отсутствует). Затем формируют слой 2, содержащий радионуклиды и др. радиоактивные соединения.

Радиоактивно загрязненные вещества слоя 2 предварительно обрабатывают, добиваясь изменения числа протонов. В случае дезактивации больших территорий возможна обработка вещества на месте, учитывая то обстоятельство, что, как правило, радиоактивному загрязнению подвергается поверхность почв.

Затем формируют экранирующий слой 2, предотвращающий проникновение вод и др. веществ в слой 2 или из последнего в окружающую среду. На поверхность этого слоя, в случае необходимости, отсыпают слой 4 плодородных пород. Затем осуществляют биологический этап рекультивации, например, высадку трав с разветвленной корневой системой, но не глубокой.

При обработке радиоактивных веществ слоя 2 происходит изменение числа протонов, а это, в свою очередь, обуславливает изменение продолжительности активности веществ в сторону его уменьшения. Так у Sm постоянная распада λ 1,48·10^-19 сек^-1, а энергия альфа-частиц равна 2,18 МэВ, в то время как у ThC' 0,2·10⁷ сек^-1, энергия же альфа-частиц равна 8,78 МэВ (Маляров В.В. с. 242). В результате происходит быстрейшее вовлечение данных территорий в народнохозяйственный оборот (сельскохозяйственный) и эффективная охрана окружающей среды.

Примером конкретного выполнения предложенного способа служит рекультивация вещества радиоактивных хранилищ.

На дно подготовленной (спланированной) выемки укладывают в качестве антифильтрационного основания 1 полиэтиленовую пленку, соединяя (заваривая) ее стыки. Горную массу слоя 2, содержащую радионуклиды, например, Bk²⁴⁹ (c их преобладанием до 65%) с периодом полураспада около 6 10 лет подвергают перед складированием обработке, например, воздействию элементарных частиц из радиоактивных источников, например, ускорителя электронов промышленного типа ИЛУ-6 или ЭЛВ-6 (перемещая горную массу на транспортерах) или создавая дополнительные слои (не показаны) из радиоактивных пород с коротким периодом полураспада.

В реальных условиях излучение альфа-частиц начинается в определенный момент (t 0), соответствующий образованию альфа-радиоактивного ядра в результате естественного распада или искусственного расщепления (Маляров В.В. с. 236).

При осуществлении распада Bk²⁴⁹ происходит изменение числа протонов и нейтронов в ядрах радионуклидов Bk²⁴⁹ и, как следствие, уменьшение распада в 1000 раз, с 6·10, лет до 290 дней (см.например, Справочник по ядерной физике, М. 1963, с.320).

Слой 2 формируют мощностью 8 м, причем в его массиве образуют сеть трубопроводов для отвода выделяющегося при распаде тепла посредством воды. Слой 2 покрывают экраном 3 на основе глины мощностью 2-3 м. Затем отсыпают слой 4 плодородных пород мощностью 0,5 м и высевают, например, прозанник крапчатый.

В результате происходит снижение длительности периода активности и более быстрое вовлечение данных площадей в сельскохозяйственный оборот.

Положительный эффект предложенного технического решения заключается в повышении эффективности рекультивации и переработке радиоактивных отходов и радиоактивно загрязненных территорий путем снижения уровня радиоактивности за счет изменения числа протонов.

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано при рекультивации и переработке массы, содержащей радиоактивные вещества. Первоначально формируют антифильтрационный слой, затем специально обработанную массу, содержащую радиоактивные вещества и радионуклиды, и трубопровод, затем экранирующий слой и слой плодородных почв. При обработке массы слоя воздействием, например, элементарных частиц происходит изменение в ней числа протонов, в результате радионуклиды с продолжительным полураспадом переходят в радионуклиды с коротким периодом полураспада, что позволяет быстрее вовлечь зараженные территории в народнохозяйственный оборот. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПЛОЩАДОК, ОТВАЛОВ И РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ, включающий создание антифильтрационных слоев, укладку на них радиоактивного вещества и покрытие последнего слоем плодородных пород, отличающийся тем, что осуществляют обработку радиоактивного вещества воздействием на радионуклиды элементраных частиц с изменением количества протонов и образованием радиоактивных веществ и радионуклидов с меньшим периодом полураспада, чем у исходных. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при обработке воздействием элементарных частиц добиваются α -распада радионуклидов.