СПОСОБ ДЕЗАКТИВАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1996 года по МПК G21F9/34 

Изобретение относится к атомной технике, к способам дезактивации пористых поверхностей, в частности к способам дезактивации в аварийных ситуациях.

Способ может быть применен для очистки поверхностей зараженными вредными для здоровья и экологии веществами.

Опыт дезактивации строительных конструкций при ликвидации последствий аварии на ЧАЭС показал, что они пропитываются радионуклидами при струйной отмывке водой, а в сухом виде происходит диффузия радионуклидов вглубь конструкции со скоростью 5-7 мм в год [1 с. 10-12]
Определенные трудности представляет процесс дезактивации бетонных и отштукатуренных поверхностей внутри и снаружи помещений атомной станции и сооружений на прилегающей к ней территории в период аварийной ситуации.

Известен способ дезактивации бетона [2, с. 215, табл. 8.4] путем механического скалывания загрязненной поверхности, например, зубилом. Недостатки такого способа состоят в том, что он не препятствует распространению радионуклидов вглубь материала, низок по производительности, работающий находится в зоне радиации. Способ применим к массивным конструкциям, несущие конструкции могут быть ослаблены за счет возникновения множественных концентраторов напряжений.

Известен способ дезактивации поверхностей пароэжекционными распылителями [3, с. 165] Способ эффективен для сталей. В пористых материалах РН заносятся в поры и требуется многократная обработка путем их вымыва пароэжекционной смесью. Полное удаление радионуклидов выполнить невозможно. Недостатки струйных методов отмечены в массовом порядке при дезактивации помещений ЧАЭС [1, с. 8. 10] и домов г.Припять в период ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году.

Известен способ дезактивации поверхностей съемными полимерными покрытиями (Ампелогова М.И. и др. Дезактивация в ядерной энергетике 1982,[3] с. 145-146, с. 168), содержащими полимер, поверхностноактивные вещества и комплексообразователи, нанесенные покрытия через некоторое время высыхают и затвердевают, превращаясь в эластичную пленку, удаляемую вместе с загрязнениями. Недостатком способа является удаление загрязнения с гладких поверхностей, загрязнения в порах продолжают движение вглубь.

Известен способ дезактивации с применением пленочных покрытий -[4] с. 313-314, принятый в качестве прототипа. Способ заключается в нанесении полимерной жидкой композиции на загрязненные поверхности, которая превращается в эластичную пленку, затем удаляемую вместе с загрязнениями.

Указанный способ имеет недостатки:
способ применим к гладким поверхностям [3] с. 146 и удаляет загрязнения только с поверхности;
низкая эффективность удаления прочнофиксированных загрязнений [3] с. 146;
пожароопасность составов при производстве работ (а.с. 1690490);
неспособность формирования ряда составов во влажной атмосфере (а.с. 1690490);
из-за содержания в ряде применяемых компонентах летучих токсичных и пожароопасных растворителей способ не может применяться в условиях с ограниченной вентиляцией (практически во всех помещениях АЭС при авариях, т.е. вентиляция будет способствовать выбросу загрязнений в атмосферу, а.с. 1690491);
недостаточная долговечность покрытий (а.с. 1690491);
дефицитность применяемых компонентов;
сложность технологии нанесения составов, наличие специального оборудования, для получения необходимой прочности требуется нанесение нескольких слоев;
дезактивация осуществляется до уровней ограниченного пребывания персонала [4] с. 313.

Технической задачей предлагаемого изобретения является:
повышение эффективности дезактивации за счет предотвращения проникновения радионуклидов вглубь пористых материалов и атмосферу, закреплением их на загрязненной наружной поверхности и в приповерхностном слое.

рассредоточение процесса дезактивации во времени с целью эффективного использования трудовых и материальных ресурсов, производственных мощностей и возможности подготовки рациональных способов дезактивации;
выбор эффективного состава пластмассовой композиции за счет применения не дефицитных компонентов, обладающих достаточной долговечностью и не токсичных;
усадка пленки при полимеризации и ее хрупкость при отверждении и создание напряжения в приповерхностном слое;
малая вязкость и большая глубина проникновения полимерного состава в загрязненный материал;
Поставленная задача достигается тем, что после аварийного радиационного загрязнения строительных конструкций из пористых проницаемых материалов, их сразу же после аварии покрывают жидким полимерным составом, способным к отвердеванию и, таким образом закрепляют радионуклиды на наружной поверхности, а дезактивацию путем удаления пропитанного слоя проводят после затвердевания покрытия. Кроме того, в качестве пластмассовой композиции для закрепления радионуклидов на пористой поверхности предлагается применять состав, мас.

карбамидформальдегидная смола 15-30; ортофосфорная кислота 34; вода остальное.

Применение такого состава для фиксации радионуклидов на поверхности определяется сочетанием следующих свойств:
недифицитностью карбамидформальдегидных смол;
способность смолы быстро отверждаться при температуре -15^oC до -35^oC [5, с.7]
значительная усадка при отверждении [5, с.2] создает в пропитанном слое поверхностное напряжение, способствующее отслоению покрытия от основного материала;
ортофосфорная кислота обладает быстрым каталитическим действием, не корозионноактивна, придает смеси огнезащитные свойства,[5, с.12]
по огнестойким свойствам отвержденный состав трудно воспламеняется, обладает самозатуханием, при воздействии пламени образуется карбонизированная ячеистая структура, препятствующая пиролизу. В дыме не содержится токсичных веществ, токсичных газов вдвое ниже по сравнению горения клееной фанеры [5, c.31]
полная безвредность для почвенной флоры, животных и людей [5, c.28]
высокое водопоглощение [5, с.2] покрытие перед механическим удалением смачивают и создают условия снижения пыления при выполнении работ;
не теряет свойства в течение 40 лет [5, с.28]
Отличительным признаком способа является конкретный состав композиции, использование которой по предложенному способу приводит к следующим техническим результатам: большая глубина проникновения полимерного состава в загрязненный материал, усадка пленки при полимеризации, образование хрупкой пленки при отверждении.

Авторами в технологию дезактивации предложено ввести новый полимерный состав закрепления радионуклидов на поверхности и в приповерхностном слое, предотвращение миграции их вглубь материалов, состав имеет хорошую текучесть и проникает вглубь, полимерный состав обеспечивает хрупкую пленку и ее усадку при отверждении, в приповерхностном слое образуется напряженность, что способствует ее отдалению. При этом в последующих работах по дезактивации уменьшается объем удаляемого слоя. Работы по дезактивации могут быть рассредоточены во времени и выполняться с привлечением меньшего количества персонала и техники, предотвращается поступление радионуклидов в окружающую среду, особенно в виде аэрозолей, снижаются общие дозовые облучения персонала.

Предложенная полимерная композиция и закрепление радионуклидов в приповерхностном слое позволяет изменить организацию процесса, повысить количество улавливаемых радионуклидов и улучшить условия труда персонала, снизить дозовые нагрузки, в связи с чем авторы делают вывод о наличии в предлагаемом решении полезности и существенных отличий.

Достижение положительного эффекта при осуществлении способа подтверждено опытами в натурных условиях.

Сущность осуществления предложенного способа заключается в следующем:
после аварии с выбросами радиоактивных веществ в виде пыли и аэрозолей проводят дозиметрические измерения и определяют уровень и границы загрязнения поверхностей;
на пористые строительные конструкции наносят предложенные растворы, растворы наносят известным в строительстве способом.

Состав приготовляется непосредственно в пистолете-распылителе инжекционного действия по предлагаемой схеме.

На штукатурку или бетон слой наносится непосредственно пистолетом-распылителем инжекционного типа, с одновременным всасыванием компонентов смолы и отвердителя через отверстия, размеры которых обеспечивают нужное соотношение компонентов. Каждый материал потребует отработки соотношений размеров на экспериментальных образцах.

В процессе затвердевания в полимеризационном слое закрепляются радионуклиды, которые в дальнейшем не могут мигрировать по порам строительной конструкции, в атмосферу и в водные растворы. Слой с радионуклидами может сохраняться длительное время до начала (процесса дезактивации) удаления локализованного слоя.

Положительный эффект от использования заявляемого состава и в снижении затрат за счет доступности исходных материалов, простоте получения, низкой горючести, как материала не поддерживающего горения, его свойства быстрой полимеризации, хрупкости и усадки, обеспечивающие отслаиваемость от основного материала.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами его осуществления:
а) дезактивация оштукатуренных, бетонных и асфальтовых поверхностей.

При аварийных ситуациях для ликвидации ее последствий, в первую очередь, применяют смыв загрязнений с помощью струи воды. Замоченная при этом поверхность с имеющимися на ней пылевидными радионуклидами сразу же пропитывается на значительную толщину, поэтому для дезактивации необходимо удалять верхний слой. По предложенной авторами технологии, дезактивацию выполняют в следующей последовательности:
струю воды применяют только для смыва с металлических поверхностей, отштукатуренные поверхности защищают от попадания влаги;
осуществляют замер дозиметрической обстановки и определяют виды радионуклидов;
наносят строительными распылителями полимерный состав;
удаляют полимеризованный слой дробеструйной обработкой или обстукиванием поверхности;
собирают радиоактивные отходы в емкости в зависимости от активности и токсичности радионуклидов и направляют на кондиционирование, затем в могильник соответствующей активности.

Предложенный способ обладает по сравнению с прототипом следующими технологическими преимуществами:
а) сразу же после аварии кондиционируют в затвердевшем слое пылевые и аэрозольные загрязнения, что препятствует распространению радиоактивных загрязнений в толщу пористого материала и дальнейшему аэрозольному переносу загрязнений в помещениях и природной среде;
б) сокращаются затраты на дезактивацию пористых поверхностей за счет уменьшения снимаемого объема загрязненного материала, объема переработки жидких радиоактивных отходов, сокращения объемов кондиционирования радиоактивных отходов;
в) уменьшаются дозы облучения работающего персонала за счет исключения заражения окружающего воздуха при проведении работ, возможности рассредоточения дезактивации во времени и по объему работ, возможности подготовки индивидуальной технологии и специального оборудования;
г) процесс закрепления и кондиционирования радиоактивных отходов может быть организован дистанционно, механизирован и автоматизирован на базе оборудования для отделочных работ;
д) могут быть выполнены стационарные установки, срабатывающие автоматически при аварийных ситуациях.

По предлагаемому техническому решению проведены опыты подтверждающие изложенное решение по заявке.

Экономический эффект в настоящее время оценить затруднительно. Внедрение изобретения решает задачи по снижению затрат на дезактивацию, улучшает условия труда персонала, уменьшается объем радиоактивных отходов, появляется возможность выполнения работ с рассредоточением во времени и по объему, предотвращаются заражения других поверхностей и вовлечение радионуклеидов в природный оборот, появляется возможность механизации и автоматизации работ по дезактивации.

Источники информации, использованные при выявлении изобретения и составления его описания:
1. Минатомэнергетики СССР, ГНТУ, Чернобыль 88. Доклады 1 Всесоюзного научно-технического совещания по итогам ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС. Под редакцией д.т.н. Е.Н.Игнатенко. том 2. Чернобыль 88, стр. 8-12
2. А.Д.Зимон. Дезактивация. М.Атомиздат.

3. Н. И. Анпелогова. Дезактивация в ядерной энергетике. М.Энергоиздат. 1982, с. 145-146, с.165, с.168.

4. Атомная энергия, 1986, т.61 вып.5 стр. 313-314.

5. В. Д. Алперин и др. Карбамидформальдегидные пенопласты. М. НИИТЭХИМ. 1984 с. 2, 4, 7, 12, 28, 31.

Использование: очистка пористых поверхностей от радионуклидов, в частности, дезактивация поверхности загрязненной почвы. Сущность: способ дезактивации заключается в том, что на поверхность наносят полимеробразующую смесь состава: карбамидформальдегидная смола 15-30%, ортофосфорная кислота 3-4%, вода - остальное. После полимеризации пропитанный слой механически удаляют. По способу достигается высокая эффективность дезактивации за счет предотвращения проникновения радионуклидов в глубь пористого материала вследствие закрепления радионуклидов на поверхности.

Способ дезактивации поверхности пористых материалов, заключающийся в том, что на поверхность наносят полимеробразующую смесь и после полимеризации пропитанный слой механически удаляют, отличающийся тем, что полимеробразующая смесь имеет состав,
Карбамидформальдегидная смола 15 30
Ортофосфорная кислота 3 4
Вода Остальное