СПОСОБ ДЕЗАКТИВАЦИИ ТВЕРДЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ Российский патент 2002 года по МПК G21F9/28 

1. Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области ядерной технологии и может быть использовано для дезактивации твердых поверхностей хранилищ радиоактивных материалов, выполненных преимущественно из бетона, цемента и кирпича, например потолочных перекрытий, стен, полов, других строительных, а также природных конструкций.

2. Уровень техники
Вопросы дезактивации различного оборудования и помещений рассмотрены в ряде работ [1, 2].

Известны различные способы дезактивации, среди которых следует назвать следующие:
- дезактивация паровыми смесями, в том числе, с использованием пароэжекционных распылителей;
- струйная дезактивация;
- ультразвуковая дезактивация;
- электрические способы дезактивации;
- сухие методы дезактивации (пасты, порошки, композиции, образующие полимерные пленки);
- комбинации различных способов.

В той или иной мере многие методы предполагают воздействие на загрязненный радиоактивными веществами слой раствором реагентов и удаление веществ, образующихся в результате реакции. Спектр реагентов очень широк и много изобретений описывают их разновидности. Большинство способов касаются дезактивации металлических поверхностей и связаны с их очисткой без разрушения.

Так, известен [3] способ дезактивации техники и вооружения, заключающийся в удалении радиоактивных веществ моющими растворами с последующей механической очисткой, при этом, в качестве сорбирующего радиоактивные нуклиды материала используют различные глины, имеющие свойство при высыхании сорбировать радиоактивные изотопы.

Известен способ очистки от радиоактивной пыли крыши сооружения во время Чернобыльской аварии, состоящий в том, что на поверхность крыши наносили путем разлива эпоксидную смолу, которую после ее полимеризации отдирали вместе с поглощенной пылью и отправляли на захоронение.

В работе [4] изложены принципы универсальной технологии пред демонтажной дезактивации корабельных ядерных энергетических установок, оборудование которых изготовлено из углеродистых, хромоникелевых сталей и титановых сплавов. Технология заключается в "последовательной обработке контурных систем десорбирующими растворами окислительно-восстановительного действия с внедрением принципа химической трансформации".

При дезактивации производственных помещений, хранилищ радиоактивных материалов или отходов значительные трудности вызывает очистка поверхностей строительных или природных конструкций (полов, стен, потолков) с глубинным прочнофиксированным загрязнением, обусловленным диффузией радиоактивных веществ в материал конструкции, прониканием их в микропоры и микротрещины поверхностей, механическим внедрением микрочастиц в материал на значительные глубины. Ввиду химической инертности материалов строительных и природных конструкций для их дезактивации требуются иные, чем указанные выше, способы, связанные с разрушением и удалением загрязненного поверхностного слоя.

Решение такой задачи возможно путем механического воздействия на поверхностный слой скалывающим инструментом, простейшим представителем которого является зубило. Известен [5] способ дезактивации твердых поверхностей на основе бетона с использованием зубила. При использовании этого способа коэффициент дезактивации бесконечен, однако, производительность его весьма низкая и соответственно велики дозозатраты, так как предполагается ручной труд.

Известен [2] способ дезактивации твердых поверхностей обрабатываемых объектов путем абразивного обдува. Суть способа основана на использовании воздушной струи после введения в нее порошка, обладающего абразивным действием. Коэффициент дезактивации может достигать 200-300. Недостатками способа является его малая производительность (11 м²/ч по бетонным поверхностям), образование вторичных отходов, сильное пыление, эрозионное повреждение поверхности.

Известен [2] способ дезактивации пылеотсасыванием. Сущность способа состоит в механической обработке дезактивируемой поверхности щеткой с одновременным отсасыванием радиоактивных загрязнений. Способ более безопасен, чем предыдущий, и более производительный (60-300 м³/ч).

Среди недостатков способа следует назвать следующие: трудоемкость и опасность реализации способа из-за постоянной забивки отсасывающих устройств; удаляются только адгезионно связанные загрязнения, а адсорбционно-связанные и глубинные загрязнения удалению не поддаются; откуда, очень низкий коэффициент дезактивации, не превышающий 20.

Известны [2, 6-8] несколько способов дезактивации твердых поверхностей путем создания термических напряжений, достаточных для разрушения и удаления поверхностного слоя.

Так, в [6] описан способ обезвреживания асфальтобетонных покрытий, загрязненных радиоактивными веществами. Способ состоит в том, что на загрязненный участок на стеклотканевой подложке наносят порошкообразную гомогенизированную экзотермическую композицию из смеси приводимых ингредиентов, после чего композицию поджигают, участок разогревают до размягчения и удаляют механически.

Способ [7] дезактивации твердых негорючих поверхностей состоит в том, что на дезактивируемую поверхность наносят слой (толщиной 5 - 15 мм) порошкообразной экзотермической смеси приводимого состава, поджигают и впоследствии механически удаляют образовавшийся шлак. Приводят данные, что максимальная степень дезактивации поверхностей (97-99%), как металлов, так и бетона, железобетона, асбеста и кирпича достигается в области температур свыше 1000^oС.

Способ [8] предлагает термические напряжения в поверхностном слое создавать воздействием на поверхность открытыми (расположенными в ряд) газокислородными факелами в зоне их максимальной температуры, перемещаемыми вдоль поверхности с определенной скоростью. Зафиксированы: производительность (23,7 м²/ч) и коэффициент дезактивации (123).

Ряд изобретений [9-11] предлагают для решения обсуждаемой проблемы воздействовать на поверхностный слой ударной волной (УВ), образующейся при возбуждении взрыва. В результате воздействия УВ происходит дробление загрязненного наружного слоя поверхности и его осыпание. Осыпавшуюся массу потом собирают и удаляют. Коэффициент дезактивации приближается к бесконечности.

Так, в [9] ударную волну образуют при взрыве контактирующего с очищаемой поверхностью заряда конденсированного взрывчатого вещества (ВВ). Способ имеет серьезные недостатки [10], выражающиеся в ограниченности его эксплуатационных возможностей. Так, требуется дорогостоящая организация работ, связанная со специальным хранением, охраной и транспортировкой зарядов ВВ к месту их использования; значительные трудности связаны с креплением относительно тонкослойного заряда ВВ на поверхности большой площади, особенно криволинейной; при взрыве конденсированного ВВ образуются химически агрессивные и высокотоксичные газы; возможны случаи отказа в подрыве части заряда и их завала обрушившимся материалом; при последующем перемещении и эвакуации материала возможны случайные взрывы с трагическими последствиями.

Способ [10] и устройство [11], реализующие этот способ, в качестве ВВ предлагают использовать горючую газовую смесь, получаемую на месте ее применения смешиванием во взрывоспособном соотношении горючего газа и газа-окислителя.

Способ [10], принятый нами за прототип, имеет ряд преимуществ по сравнению со способом [9]. Так, приготовление взрывоспособной газовой смеси осуществляют на месте ее применения; приготовление смеси, а также доставка и хранение ее компонентов являются сравнительно безопасными процедурами. Горючие газы имеют относительно невысокую стоимость; способ экологически безвреден, характеризируется высокими эффективностью и производительностью.

Однако ему присущ и ряд недостатков, в числе которых следует назвать следующие: для реализации способа необходимо большое количество различных устройств (форвакуумный насос, газовые вентили для магистралей горючего и окислителя, генератор высоковольтных импульсов, газовый манометр, высоковольтная свеча зажигания), материалов (радиочастотный кабель, дюритовый и иные шланги, локализующий экран, приспособления для его герметизации и крепления, баллоны, клей); трудоемкость при установке экранов и изготовлении резервуаров и пр.

Способ [12] описывает возможность использования технических взрывов для минимизации объема отходов при разрушении загрязненного бетонного оборудования.

3. Сущность изобретения
Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что снятие загрязненного слоя с твердых поверхностей предлагается проводить взрывным способом с использованием разного рода Квазар-зарядов, в числе которых удлиненные Квазар-заряды, частным случаем которых является детонирующий шнур Квазар-ДШ [13] , удлиненные кумулятивные Квазар-заряды (УККЗ) [14-16] и листовые Квазар-заряды.

Предлагаемый способ дезактивации твердых поверхностей (стен, потолка, пола) строительных или природных конструкций хранилищ, состоящий в снятии загрязненного радиоактивными веществами слоя путем создания в нем механических напряжений, воздействием образующейся при взрыве ВВ ударной волны, сборе радиоактивного мусора, его транспортировании и захоронении отличается тем, что снятие загрязненного слоя производят подрывом удлиненных, удлиненных кумулятивных или листовых Квазар-зарядов, при этом по исходным данным выбирают требуемый для выполнения работы заряд определенных формы и размера, вне хранилища на нескольких однотипных рамах (подложках, основаниях, сборках) раскладывают определенным образом и закрепляют пустые оболочки (основы, корпуса) Квазар-зарядов, заполняют оболочки (удлиненных или удлиненных кумулятивных Квазар-зарядов) или смачивают (пропитывают) основу (листовых Квазар-зарядов) жидким взрывчатым веществом (Квазар-ВВ или ВВЖИМИ по ТУ 7276-001-17582644-93), устанавливают средства взрывания, переносят рамы в хранилище, распределяют и закрепляют их на подлежащих очистке поверхностях, организуют электровзрывную цепь и подрывают заряды.

В числе исходных данных, по которым выбирают требуемый заряд, следует назвать материал очищаемой поверхности, его прочностные характеристики и требуемую толщину снимаемого слоя.

Число однотипных рам (подложек, сборок) определяется размерами хранилища; размер и масса рамы - удобством ее переноски и установки в конкретном месте хранилища.

Форма зарядов: КЗ-у (Квазар-заряд удлиненный) - цилиндрическая;
УККЗ (удлиненный кумулятивный Квазар-заряд) - цилиндрическая с кумулятивной выемкой или утолковая;
КЗ-л (Квазар-заряд листовой) - лист заданной формы;
Квазар-ДТП (детонирующий шнур) - цилиндрическая;
Размер зарядов: для КЗ-у, Квазар-ДШ и УККЗ определяется диаметром;
для КЗ-л - определяется толщиной.

Пустые оболочки Квазар-зарядов раскладывают на рамах определенным образом, обеспечивающим выполнение задачи снятия с поверхности слоя заданной толщины по всей очищаемой поверхности, например, в виде змеевика с заданным шагом между параллельными ветвями.

Рамы (подложки, основания, сборки) могут быть собраны из любого подручного материала, например, из деревянных или полимерных реек, металлических уголков, тканевого материала и пр.

Закрепление рам в хранилище на подлежащих очистке поверхностях осуществляют, например, путем подвешивания на предварительно заделанных в стены и потолок крепежных элементах, например, крюках или гвоздях.

При необходимости установленные на рамах заряды могут быть соединены в единый заряд.

Одновременно подрываемая масса ВВЖИМИ не может превышать массы расчетно-определенного для данного хранилища предельно допустимого заряда взрывчатого вещества.

В качестве средств взрывания возможно использование как штатных средств взрывания, так и взрывобезопасных средств вырывания Квазар-СВ.

Среди преимуществ предлагаемого способа можно назвать следующие:
- простота, дешевизна и безопасность;
- ВВЖИМИ имеет очень малый критический диаметр (доли миллиметра), что позволяет использовать при необходимости заряды малых диаметров;
- ВВЖИМИ (в отличие от известных твердых промышленных ВВ) не образуют в атмосфере радиоактивных аэрозолей, ведущих к облучению персонала;
- ВВЖИМИ - ВВ жидкое, изготовляемое на месте использования из двух порознь взрывобезопасных компонентов;
- возможность охватить все поверхности хранилища;
- сборку рам, раскладку и закрепление пустых оболочек Квазар-зарядов, а также заделку крепежных элементов в потолки и стены могут вести не обученные взрывному делу работники;
- возможность сокращения времени пребывания персонала в опасной зоне и тем самым снизить дозовые нагрузки.

4. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Работа удлиненных и удлиненных кумулятивных Квазар-зарядов неоднократно проверена в производственных условиях, в том числе, для целей разделки металлоконструкций.

Источники информации
1. Шведов В.П., Седов В.М., Рыбальченко И.Л., Власов И.Н. Ядерная технология. Атомиздат, М., 1979, с. 336.

2. Зимон А.Д., Пикалов В.К., Дезактивация. Атомиздат, М., 1994.

3. А.С. СССР 1752119, G 21 F 9/34, 1990.

4. Константинов Е.А., Моченов М.И., Нормализация радиационной обстановки в реакторных отсеках атомных подводных лодок перед началом демонтажных работ. Тезисы доклада на международном научном семинаре "Проблемы вывода из эксплуатации и утилизации атомных подводных лодок", 19-22 июня 1995 г., М., 1995, с. 61.

5. А.С. СССР 1538800, G 21 F 9/34, 1988.

6. Патент РФ 2086022, G 21 F 9/28, 1995.

7. Патент РФ 2114470, G 21 F 9/28, 1997.

8. Патент РФ 2025802, G 21 F 9/34, 1991.

9. Заявка ФРГ 2745458, F 42 D 3/00, 1/08, F 42 В 1/02, G 21 F 9/00, публ. 1980.

10. Патент РФ 2146841, G 21 F 9/28, 9/34, F 42 D 3/00, 1998 - прототип.

11. Патент РФ 2152094, G 21 F 9/34, 1998.

12. Патент РФ 2144707, G 21 F 9/00, B 09 В 3/00; F 42 D 3/00.

13. Патент РФ 2151758, С 06 С 5/04, F 42 В 3/087, 1998.

14. Патент РФ 2065559, F 42 В 1/02, 1993.

15. Патент РФ 2084806, F 42 В 1/02, F 42 D 3/00, 1995.

16. Патент РФ 2094741, F 42 В 1/02, 1995.

Сущность изобретения: дезактивацию твердых поверхностей осуществляют путем создания в загрязненном радиоактивными веществами слое механических напряжений, образующихся под воздействием ударной волны при взрыве взрывчатого вещества, после обработки поверхностей полученный радиоактивный мусор собирают и транспортируют для захоронения. Снятие загрязненного слоя производят подрывом удлиненных, удлиненных кумулятивных или листовых Квазар-зарядов, которые раскладывают вне хранилища на нескольких однотипных рамах определенным образом. Затем либо заполняют оболочки зарядов, либо смачивают их основу жидким взрывчатым веществом, устанавливают средства взрывания и переносят рамы в хранилище. Далее распределяют сборки, закрепляют их на подлежащих очистке поверхностях, организуют электровзрывную цепь и подрывают заряды. Выбор заряда зависит от материала очищаемой поверхности, его прочностных характеристик и требуемой толщины снимаемого слоя. Преимуществами изобретения являются простота осуществления, дешевизна и безопасность.

Способ дезактивации твердых поверхностей хранилищ радиоактивных материалов, состоящий в снятии загрязненного слоя путем создания в нем механических напряжений воздействием образующейся при взрыве взрывчатого вещества ударной волны, сборе радиоактивного мусора, его транспортировании и захоронении, отличающийся тем, что снятие загрязненного слоя производят подрывом удлиненных, удлиненных кумулятивных или листовых Квазар-зарядов, при этом в зависимости от материала очищаемой поверхности, его прочностных характеристик и требуемой толщины снимаемого слоя выбирают требуемый по форме и размеру заряд, вне хранилища на однотипных рамах раскладывают и закрепляют его пустую оболочку или основу, заполняют оболочку или пропитывают основу жидким взрывчатым веществом ВВЖИМИ, устанавливают средства взрывания, переносят сборки в хранилище, распределяют и укрепляют их на подлежащих очистке поверхностях, организуют электровзрывную цепь и подрывают заряды.