СПОСОБ ДЕЗАКТИВАЦИИ НЕРАСТВОРИМОГО ОСТАТКА ТВЕРДОЙ ФАЗЫ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 1998 года по МПК G21F9/28 

Изобретение относится к области обработки твердых радиоактивных отходов, образующихся при регенерации облученного ядерного топлива, а именно к способам дезактивации твердой фазы радиоактивных отходов.

В атомной промышленности и энергетике известен способ дезактивации твердой фазы радиоактивных отходов, предусматривающий их обработку раствором азотной кислоты (см. Шевченко В.Б. Переработка топлива энергетических реакторов. М.: Атомиздат, 1972, с. 145).

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе в первом случае - низкая степень дезактивации радиоактивных отходов от α, β, γ -активных нуклидов.

Наиболее близким способом того же назначения к изобретению по совокупности признаков является способ дезактивации нерастворимого остатка твердой фазы радиоактивных отходов, который включает обработку твердой фазы раствором азотной кислоты с фтористоводородной кислотой, а также последующее разделение раствора и нерастворимого остатка (см. Зимон А.Д. Дезактивация. М.: Атомиздат, 1975, с. 145). В этом способе степень дезактивации твердой фазы увеличивается за счет образования прочных химических соединений фтористоводородной кислоты с компонентами отходов. Этот способ принят за прототип.

К причинам, препятствующим получению указанного ниже технического результата при осуществлении известного способа, принятого за прототип, относится то, что в данном способе не достигается требуемая степень дезактивации твердой фазы радиоактивных отходов от α, β, γ -активных нуклидов, а наличие в отработанном дезактивирующем растворе фтор-ионов значительно усложняет его переработку.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является обеспечить возможность безопасного хранения и последующего отверждения радиоактивных отходов.

Технический результат, который получен при осуществлении изобретения, - повышение степени дезактивации нерастворимого остатка твердой фазы радиоактивных отходов от α, β, γ -активных нуклидов, а также высокая экономичность процесса.

Указанный технический результат достигается тем, что по способу дезактивации твердой фазы радиоактивных отходов, включающему обработку твердой фазы раствором, содержащим азотную кислоту, с последующим разделением отработанного раствора и нерастворимого остатка твердой фазы, раствор для обработки дополнительно содержит отходы производства капролактама и дезактивацию нерастворимого остатка, полученного в результате обработки предыдущей порции твердой фазы, проводят совместно с растворением следующей порции твердой фазы радиоактивных отходов в растворе азотной кислоты и отходов производства капролактама.

Кроме того, особенность способа заключается в том, что совместную обработку твердой фазы повторяют до накопления фиксированного объема нерастворимого остатка.

Совмещение операций дезактивации нерастворимого остатка твердой фазы радиоактивных отходов с растворением в исходном растворе следующих порций обеспечивает создание высокого окислительного потенциала, который возникает при взаимодействии компонентов "свежей" порции твердых отходов с компонентами раствора. В этих условиях повышается степень дезактивации твердой фазы, а также уменьшается ее объем.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил выявить источники, содержащие сведения об аналогах изобретения, а также установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам изобретения. Определение из выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе. Следовательно, изобретение соответствует критерию "новизна".

Результаты дополнительного поиска известных решений показали, что данное техническое решение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками изобретения преобразований на достижение технического результата Это позволяет сделать вывод, что заявленное техническое решение соответствует условию "изобретательский уровень".

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, представлены в таблице, отражающей результаты опытов дезактивации нерастворимого остатка по прототипу и предлагаемому способу.

Примеры.

Предлагаемый способ дезактивации нерастворимого остатка твердой фазы радиоактивных отходов реализован в лабораторных условиях на производственных образцах твердой фазы - "застаревших" гидрооксидных радиоактивных отходах.

Состав твердой фазы:
Альфа-активные нуклиды, ГБк/л - 1,12
Бета-активные нуклиды, ГБк/л - 420,5
Гамма-активные нуклиды, ГБк/л - 318,4
Кремниевая кислота, моль/л - 0,16
Марганец (IV), моль/л - 0,05
Никель, моль/л - 0,06
Хром, моль/л - 0,03
Алюминий, моль/л - 0,14
Железо (III), моль/л - 0,07
Для обработки твердой фазы по известному и предлагаемому способам использовали раствор следующего состава:
Азотная кислота, моль/л - 3,5
Фтористоводородная кислота, моль/л - 1,5
В примерах по известному и заявляемому способам использовали порции твердой фазы объемом по 10 мл, причем по предлагаемому способу последовательно обработано пять порций.

Дезактивацию нерастворившегося остатка предыдущей порции твердой фазы по предлагаемому способу проводили совместно с растворением следующей порции твердой фазы в исходном растворе, объем которого во всех случаях перед обработкой составлял 50 мл. Температура исходного раствора при обработке образцов твердой фазы соответствовала комнатной и составляла 21 ± 2^oC. Время контакта раствора с образцами твердой фазы при перемешивании сжатым воздухом во всех опытах составляла 4 ч. Эксперименты проводили в мерных стеклянных цилиндрах.

Результаты экспериментов, представленные в таблице, наглядно показывают то, что остаточная удельная α, β, γ -активность нуклидов нерастворившегося остатка по прототипу составляет соответственно 369,2 МБк/л; 168,9 ГБк/л и 44,8 ГБк/л, тогда как по предлагаемому способу остаточная удельная α, β, γ -активность нуклидов нерастворившегося остатка составляет соответственно 194,7 МБк/л; 67,6 ГБк/л и 16,1 ГБк/л.

Таким образом, удельная активность твердой фазы, дезактивированной по предлагаемому способу, ниже удельной активности твердой фазы, дезактивированной по описанному прототипом способу, в среднем по α-активным нуклидам в 2,03 раза, по β-активным нуклидам в 2,5 раза и по γ-активным нуклидам в 1,8 раза. Очевидно также, что с увеличением числа циклов дезактивации совместно с растворением степень дезактивации твердой фазы будет возрастать.

Кроме того, из таблицы видно, что по предлагаемому способу достигается более высокая степень растворения твердой фазы радиоактивных отходов. Так, степень растворения твердой фазы по прототипу составила 81,0%, а средний показатель степени растворения пяти порций по предлагаемому способу составил 92,6%.

Способ включает обработку твердой фазы радиоактивных отходов раствором, содержащим азотную кислоту и отходы производства капролактама. Отделяют раствор от нерастворимого остатка твердой фазы. Полученный остаток смешивают со следующей порцией твердой фазы радиоактивных отходов и обрабатывают раствором исходного состава. Совместную обработку твердой фазы повторяют до накопления фиксированного объема нерастворимого остатка. Технический результат - повышение степени дезактивации нерастворимого остатка твердой фазы. 1 з.п. ф-лы. 1 табл.

1. Способ дезактивации нерастворимого остатка твердой фазы радиоактивных отходов, включающий обработку твердой фазы раствором, содержащим азотную кислоту, с последующим разделением отработанного раствора и нерастворимого остатка твердой фазы, отличающийся тем, что раствор для обработки дополнительно содержит отходы производства капролактама и дезактивацию нерастворимого остатка, полученного в результате обработки предыдущей порции твердой фазы, проводят совместно с обработкой следующей порции твердой фазы радиоактивных отходов раствором исходного состава. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что совместную обработку твердой фазы повторяют до накопления фиксированного объекта нерастворимого остатка.