СПОСОБ ДЕЗАКТИВАЦИИ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ОТ РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК G21F9/28 

Изобретение относится к ядерной технике и технологии, преимущественно к дезактивации материалов и изделий от радиоактивного загрязнения.

Известен способ дезактивации, основанный на двухстадийной обработке изделий: на первой стадии используют окисляющий раствор, содержащий марганцевую или хромовую кислоты при температуре 70^oC, на второй - проводится обработка изделий раствором щавелевой кислоты при комнатной температуре (Schenker Е. , Buckley D., Alder Н.Р., Francioni W., Heess W., Couraht A./ VS-decontamination process// Water Chem.Nucl.React. Syst.: Proc.Int.Conf. Bournemonth, 23-27 Oct., 1989, v. 2, London, 1989, p 186-187).

Недостатком указанного способа являeтся использование химически агрессивной среды (хромовая, марганцевая кислоты), проведение процесса при высокой температуре, двухстадийность цикла дезактивации.

Другой известный способ дезактивации изделий основан на использовании разбавленных растворов, содержащих комплексообразователи, например, лимонную, щавелевую кислоты, хелатные реагенты, раствор никoлиновой кислоты и формиата ванадия (II) при температуре 85-95^oC (Wold C.J. Chemical decontamination: an effective technology for nuclear plants "Power", 1984, 128, N 2, 83-87).

Достоинством этого способа является использование менее химически агрессивных веществ и низкая кислотность растворов. Недостатком является то, что и по указанному способу температура процесса высокая.

Наиболее близким по своей сущности и по назначению к заявляемому является способ дезактивации (патент США N 4226640, МКИ G 21 F 9/28, опубликован 07.10.80), заключающийся в том, что поверхностное загрязнение радионуклидным веществом удаляется вначале обработкой водным раствором перманганата щелочи при температуре 85-125^oC и промывкой водой. Затем производится обработка в течение 2-20 ч при температуре 85-120^oC раствором цейрата, оксалата и ингибитора (ЭДТА+ формиат железа III) при pH=3,5. На последней стадии промытое водой изделие обрабатывают в течение 2-8 ч при температуре 20-80^oC с водным раствором органической кислоты (H₃C) и перeкиси водорода, содержащим взвешенные инертные частицы.

Недостатками указанного способа являются:
- многостадийность и длительность процесса;
- проведение процесса при высоких температурах;
- использование агрессивных химических соединений (окислителя, восстановителя, щелочи и т.д.);
- необходимость контроля и поддержания величины pH раствора.

Таким образом, использование перечисленных методов дезактивации сопряжено со значительными неудобствами в работе, связанными с поддержанием высокой температуры, кислотности, использованием окислителей, контролем pH раствора, затратами времени для снижения высокой активности до фоновых или нулевых значений.

Поэтому целью изобретения была разработка более эффективного, простого в применении способа, при этом позволяющего очистить дезактивируемую поверхность до безопасного в использовании состояния.

Заявляемый способ заключается в том, что для дезактивации изделий используют растворы азотной кислоты (от 1,5 до 4 моль/л), содержащие ионы двухвалентного серебра в количестве 0,01-0,1 моль/л. Для повышения устойчивости двухвалентного серебра и увеличения эффективности дезактивации изделий в указанный состав дезактивирующего раствора добавляют также фосфорную кислоту в количестве от 0,01 до 0,5 моль/л и персульфат натрия (калия, аммония) в количестве 0,01-0,1 моль/л.

От прототипа заявляемый способ отличается тем, что:
- дезактивация проводится при комнатной температуре;
- процесс дезактивации протекает за один цикл;
- за один цикл дезактивации достигается снижение активности в 10²-10³ раз.

Примеры конкретного выполнения способа дезактивации.

1. Дезактивация изделий из нержавеющей стали, сплавов из титана и циркония.

Дезактивации подвергались изделия, загрязненные α-излучателями (^241,243Am; ²³⁸Pu; ²⁴²Cm), предварительно обработанные кипячением раствором 1 моль/л HNO₃ в течениe 4 ч для удаления снимаемой активности. Затем остаточная "неснимаемая" активность удалялась при дезактивации раствором 4 моль/л HNO₃ + 0,1 моль/л AgO + 0,1 моль/л Na₂S₂O₈ в течение 60 мин. Результаты дезактивации представлены в табл. 1.

2. Дезактивации подвергалась внешняя поверхность корпуса из нержавеющей стали гамма-источника на основе кобальта-60. Поверхностная γ-активность, обусловленная Co-60, была на уровне 7·10³-20·10³ Бк. Каждая партия источников обрабатывалась однократно раствором состава 3,0 моль/л HNO₃ + 0,5 моль/л H₃PO₄ + 0,1 моль/л AgO + 0,1 моль/л Na₂S₂O₈. Результаты приведены в табл. 2.

Приведенные экспериментальные данные, полученные на примерах 1 и 2, показывают, что с помощью заявляемого способа дезактивации достигается снижение на порядки поверхностной α-,γ-активности, которая не снимается мазком, не удаляется длительным кипячением в 1 моль/л азотной кислоты. При этом убыль массы для исследованных материалов не превышает 0,1 мас.%. Специальные исследования показали также, что наиболее эффективно дезактивация протекает при концентрации азотной кислоты в области 1,5-4,0 моль/л. Использование азотной кислоты ниже 1,0 моль/л нецелесообразно из-за снижения растворимости оксида серебра. При концентрации азотной кислоты выше 4 моль/л уменьшается устойчивость AgO. Добавление фосфорной кислоты до 0,5 моль/л, а также персульфата натрия (калия, аммония) до концентрации 0,1 моль/л увеличивает эффективность процесса дезактивации в результате увеличения устойчивости ионов двухвалентного серебра.

Отработанное серебро затем может быть повторно использовано после его регенерации с использованием известных процессов осаждения в виде хлорида серебра, восстановления его металлическим цинком с последующим растворением металлического серебра в растворе азотной кислоты. Проверка этого способа регенерации на реальных растворах показала, что препарат азотнокислого серебра получается с содержанием α-,γ-продуктов, не превышающем фоновых значений, и может быть использован в дальнейшем для дезактивации.

Сущность изобретения: для дезактивации используют растворы азотной кислоты концентрацией 1,5-4 моль/л, содержащие ионы двухвалентного серебра в количестве 0,01-0,1 моль/л. Для повышения эффективности дезактивации в дезактивирующий раствор добавляют фосфорную кислоту в количестве 0,01-0,5 моль/л и персульфат натрия в количестве 0,01-0,1 моль/л. Изобретение позволяет эффективно очистить поверхность за один цикл обработки при комнатной температуре до безопасного при дальнейшем использовании состояния. 2 з.п.ф-лы, 2 табл.

1. Способ дезактивации материалов и изделий от радиоактивного загрязнения, включающий обработку кислотой или смесью кислот, содержащими окислитель, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют оксид серебра или смесь оксида серебра и персульфата натрия (калия, аммония). 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для кислотной обработки используют азотную кислоту, концентрацию которой выбирают в диапазоне 1,5 - 4 моль/л, фосфорную кислоту концентрацией 0,1 - 0,5 моль/л. 3. Способ по п.1 отличается тем, что концентрацию окислителей выбирают в диапазоне 0,01 - 0,1 моль/л.