СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1996 года по МПК G21F9/00 

Изобретение относится к дезактивации и очистке радиоактивных отходов.

Известны многочисленные способы обезвреживания жидких и твердых радиоактивных отходов, в основе которых лежит либо прокаливание, либо химическая обработка, которые ограничены в функциональном отношении, не безопасны в процессе их проведения, а также требуют дорогостоящего оборудования.

Известен, например, способ для обеззараживания загрязнений тритием, заключающийся в том, что металлическую деталь подсоединяют к отрицательному полюсу постоянного тока, приводят, по меньшей мере, часть поверхности указанной детали в контакт со смесью воды и электролита, например водным раствором соды или серной кислоты, или воды и твердого электролита. Между обеззараживаемой деталью и анодом, подключенным к положительному полюсу генератора постоянного тока, пропускают электрический ток с плотностью от 10 до 50 мА см^-2 с целью катодной зарядки водорода детали и замещения адсорбированного на поверхности детали трития водородом [1]
Наиболее близким к предлагаемому является способ обеззараживания радиоактивных материалов, основанный на воздействии внешним электростатическим полем на радиоактивный материал [2] Этот способ заключается в том, что обеззараживаемый радиоактивный материал помещают внутри электростатического генератора типа Van de Graaff, работающего при напряжении 250-850 кВ. Исследования показали, что время жизни частиц экспоненциально зависит от полярности и величины приложенного напряжения. Данный способ достаточно эффективно влияет на выход α β и γ частиц. Недостаток способа заключается в использовании сложного высоковольтного оборудования. Кроме того, данный способ не может быть надежно использован при наличии паров влаги в атмосфере, что существенно сужает область его применения.

Технический результат от использования изобретения заключается в расширении функциональных возможностей при упрощении способа, а также в повышении эффективности способа.

Для достижения технического результата в соответствии с предложенным способом, основанным на воздействии внешним электростатическим полем на радиоактивный материал, внешнее электростатическое поле инициируют источником в виде системы проводящих полос, расположенных на диэлектрической подложке, свернутой в форме ленты Мебиуса, при этом проводящие полосы снабжены контактными клеммами, расположенными с наружной и внутренней сторон поверхности ленты Мебиуса напротив друг друга.

На фиг.1 представлена схема реализации предложенного способа; на фиг. 2 устройство, с помощью которого реализуется предложенный способ; на фиг.3 графические результаты, полученные в соответствии с предложенным способом.

Как видно на фиг.1 обеззараживаемый объект 1 установлен в области действия источника 2 электростатического поля.

Как видно на фиг.2, устройство, с помощью которого реализуется предложенный способ, содержит проводящие полоски 3, расположенные на поверхности диэлектрической подложки 4, свернутой в форме ленты Мебиуса. Проводящие полоски имеют выходные контактные клеммы 5 и 6, расположенные с наружной и внутренней сторон поверхности ленты Мебиуса напротив друг друга и подключенные к источнику напряжения (не показан).

В основе предложенного способа лежат следующие физические представления. Известно, что число распадающихся ядер тем больше, чем больше их имеется в наличии и чем длительнее время, в течение которого происходит распад. Если ΔN число материнских ядер, распадающихся за промежутком времени от t до t + Δt, пропорционально числу N ядер, существующих к моменту времени t и интервалу времени Δt, то в соответствии с основным законом радиоактивного распада
ΔN λ N Δ t, где λ постоянная распада для данного вида ядер, которая представляет собой относительную убыль числа ядер, подвергающихся распаду за единицу времени
λ (c^-1)
Постоянная λ определяет скорость радиоактивного распада. Величина τ= 1/ λ является средней продолжительностью жизни радиоактивного изотопа.

Из основного закона радиоактивного распада следует закон убывания во времени числа радиоактивных ядер
N N_o e^-λt, где N_o первоначальное число радиоактивных ядер на время t 0;
N число радиоактивных ядер в момент времени t.

С другой стороны, из [2] известно, что статистический закон радиоактивного распада может быть заменен законом управляемого распада. Такое поведение радионуклидов может быть объяснено тем, что масса покоя нейтрона превышает сумму масс покоя протона и электрона на 782 кэВ. Поэтому, приложив к образцу радионуклида электрическое поле напряженностью ≅ 782 кВ, можно управлять их распадом. Известен еще один возможный способ управления распадом радионуклидов, который предполагает наличие источника частиц, при движении которых в пространстве возникают настолько сильные кулоновские поля, что процесс распада радиоактивного (неустойчивого) ядра может изменяться. Как известно, энергия для стабилизации нуклона в ядре не может быть меньше 782 кэВ. Кроме того, такие частицы должны обладать большой проникающей способностью. Из всех известных частиц такого типа наиболее подходит магнитный монополь, предсказанный П.Дираком в 1931 г. При движении в пространстве магнитный монополь должен возбуждать вокруг себя электрическое поле, превосходящее электрические поля от моноэлектрического пучка электронов, т.е. наиболее вероятным агентом, с помощью которого может быть осуществлен управляемый радиоактивный распад, является магнитный монополь.

Для конкретной реализации предложенного способа в лабораторных условиях была собрана установка, состоящая из импульсного генератора и излучателя монополий. Излучатель монополий выполнен в виде ленты Мебиуса с размерами: ширина диэлектрического основания 60 мм; диаметр 100 мм.

На диэлектрическом основании расположены плоские медные проводники, приклеенные к основанию клеем N 88. Проводники запараллелены двумя проводящими полосками, расположенными внутри и снаружи полости излучателя. Ширина каждого проводника 10,8 мм. Расстояние между проводниками 1 мм. При осуществлении способа на излучатель подают импульсное напряжение с амплитудой, не превышающей в 2 В при токе 0,6-1 кА, длительности импульсов 1,6х10^-4 с по уровню 0,5 и частот посылок 100 Гц.

Как видно из фиг.3 расстояние в 1,5 м от излучателя монополий является оптимальным для взаимодействия с радионуклидом, так как именно на таком расстоянии монополь набирает необходимую скорость.

В проведенном эксперименте исследуемые ампулы с радионуклидом ¹³¹J облучают по 15 мин 3 раза. Одну из ампул устанавливали на расстоянии 1,5 м от излучателя монополий, другую на расстоянии 7 с. Активность обеих ампул замеряли прибором РКСБ-104. Фон измеряли до и после основных измерений. Результаты эксперимента приведены на фиг.3, где оплошные кривые 1 и 2 соответствуют результатам исследований при расстояниях 1,5 и 7 м соответственно. Пунктирные кривые расчетные кривые распада радионуклида без воздействия.

По результата измерений (берется среднеарифметическое за 5 мин измерений) после 15 мин воздействия магнитных монополей на источник с радионуклидом ¹³¹J число распадов составило 70. После 45 мин воздействия число распадов составило также 70. Как видно из кривой 1 (фиг.3), через 72 ч после воздействия количество распадов составило 82, через 96 ч 75 распадов. Фрикционированное воздействие потоком магнитных монополей осуществлялось во временных позициях I. II, III.

Из кривой 1 (фиг.3) видно, что без воздействия монополей на источник с радионуклидов число распадов составило 50. Таким образом, при воздействии появляется возможность управлять периодом распада и существенно увеличивать скорость распада, что важно при проведении работ по обеззараживанию радиоактивных отходов, а также зараженных местностей.

Использование: в атомной энергетике, в частности в способе обеззараживания радиоактивных отходов. Сущность изобретения: способ основан на обеззараживающем воздействии внешне инициируемых электростатических полей на радиоактивный материал. Источником электростатических полей является система проводящих полос, расположенных на диэлектрической подложке, свернутой в форме ленты Мебиуса, параллельно ее краю. Проводящие полосы снабжены контактными клеммами, расположенными с наружной и внутренней сторон поверхности ленты Мебиуса напротив друг друга. 3 ил.

Способ обеззараживания радиоактивных материалов, основанный на воздействии внешним электростатическим полем на радиактивный материал, отличающийся тем, что внешнее электростатическое поле инициируют источником в виде системы проводящих полос, расположенных на диэлектрической подложке, свернутой в форме ленты Мебиуса параллельно ее краю, при этом проводящие полосы снабжены контактными клеммами, расположенными с наружной и внутренней сторон поверхности ленты Мебиуса одна напротив другой.