КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ДОЛГОВРЕМЕННОГО ХРАНЕНИЯ ИОДА-129 Российский патент 2008 года по МПК G21F9/28 

Описание патента на изобретение RU2341836C2

Заявляемое изобретение относится к области прикладной радиохимии и может быть использовано для подготовки к захоронению радиоактивных отходов, а именно - иода-129, при переработке облученного топлива атомных электростанций (АЭС).

Химическое поведение иода при растворении отработавшего топлива является достаточно сложным и характеризуется следующими реакциями. В процессе растворения иод переходит в раствор в форме I- и IO-3, ионы I- окисляются азотной кислотой до I2, а ионы IO-3 восстанавливаются азотистой кислотой и NO2 до I2. Элементарный иод выделяется из раствора в газообразную фазу, при этом полнота выделения снижается с ростом кислотности раствора. Часть иода остается в нерастворимых остатках, образует в растворе с серебром и палладием коллоидные частицы и оседает на стенках аппарата-растворителя и трубах. Таким образом, при растворении топлива иод распределяется между раствором, газообразной фазой и нерастворимыми остатками.

Обращение с 129I на заводах Франции, Великобритании и Российской Федерации заключается в выделении его в форме I2 в газообразную фазу в процессе растворения облученного топлива в азотной кислоте с последующим улавливанием молекулярного иода из газообразных отходов при помощи противоточной промывки газообразных отходов щелочным раствором в промывной колонне.

Из технологических растворов иод-129 может быть выделен в форме устойчивых труднорастворимых соединений различными путями. Однако особенности химического поведения иода-129 в составе таких соединений не позволяют гарантировать надежность при длительном хранении или в аварийных ситуациях, например при затоплении хранилища с отходами водой. Так например, в "иодокс" "-методе ("Iodox") конечной формой иода является HI3O8(I2O5) - гигроскопичный продукт, непригодный для хранения. И его предполагается переводить дополнительно в форму Ва(IO3)2 (Орлова Э.К. Очистка отходящих газов при переработке облученного топлива. Вып.1. Улавливание иода. Обзорная информация АИФ 493. ЦНИИатоминформ, 1979, с.41). Учитывая, что все эти процессы протекают в сильнокислой среде, начиная от промывки газового потока дымящей азотной кислотой (20-22М) при кипении и заканчивая конечной стадией - осаждением Ва(IOз)2 в 1М HNO3, то становятся очевидными все трудности предлагаемого процесса. Кроме того, конечная форма Ва(IO3)2 - не обладает достаточной устойчивостью и начинает разлагаться при ≈300°С.

Известен процесс включения радиоиода, улавливаемого на серебросодержащих фильтрах, в низкоплавкое серебряно-фосфатное стекло (FuIipara H., Murase Т., Nishi Т. et al. Low Temperature Vitrification of Radioio-dine Using AgI-Ag2O-P2O5 Glass System / Mat. Res. Soc. Symp. Proc., 1999, v.556, p.375-382). Выделение иода из адсорбента проводят путем испарением иодида серебра в вакууме при 300°С. Стекла состава AgI-Ag2O-P2O5 готовят при 350°С. В восстановительных условиях скорость выщелачивания иода из полученных композиций при 35°С составляет 6·10-8 г/см2·сут в начальный период и далее уменьшается до 3·10-9 г/см2·сут. Недостатком данного способа является необходимость хранение отходов иода в восстановительных условиях.

Для повышения надежности фиксации иода изучалась также возможность включения трудно растворимых соединений иода и иодосодержащих сорбентов в цементы, битумы, синтетические смолы, низкоплавкое стекло (Treatment, Conditioning and Disposal of Iodine-129 / Techn. Rep. Ser. No.276, 1987, IAEA). Было показано, что скорость выщелачивания иода из бетона (с включенным Ва(IO3)2) составляет 2,6·10-6 г/см2·сут, из битума, также с Ва(IO3)2 - 8·10-7 г/см2·сут. Такой же порядок имеет скорость выщелачивания иода из фосфатных стекол (2-6·10-6 г/см2·сут).

Известна композиция для длительного хранения радиоиода, содержащая иодид меди. Радиоактивный иод осаждают в форме нерастворимой соли - иодида меди (US, патент, №4370306, кл. B01D 53/34, 1983). Недостатком известного способа является то, что при возникновении аварийной ситуации, в условиях доступа окислителей и влаги, иодиды меди неустойчивы и разлагаются с выделением в газовую фазу элементарного иода.

Наиболее близким к заявляемому (прототип) является композиция для длительного хранения радиоиода (патент РФ №2090945 1997 г, опубл. 20.09.97, Бюлл. №26), характеризующаяся тем, что помимо иодида в ее состав входит металлическая медь, наличие которой препятствует выделению легколетучего иода, образующегося в результате взаимодействия иодида меди с влажной воздушной средой или под влиянием света и радиации. Недостатком данной композиции является сильное распухание композиции при контакте с водой и потеря механической прочности материала.

Задача данного изобретения заключается в разработке устойчивой композиции, включающей долгоживущий иод-129, пригодной для длительного хранения или захоронения и лишенной указанных недостатков.

Для синтеза соединений, пригодных в качестве материалов для длительного хранения или захоронения долгоживущих радионуклидов иода, перспективной идеей является использования продуктов деления, содержащихся в самом облученном топливе в достаточно больших количествах и способных образовывать труднорастворимые соединения с иодом.

Одним из таких элементов является палладий, содержание которого в топливе реакторов ВВЭР в зависимости от выгорания составляет 1.0-1.8 кг на тонну отработавшего топлива АЭС. "Реакторный" палладий содержит долгоживущий радиоактивный изотоп 107Pd (период полураспада 6,5×105 лет), присутствие которого не позволяет рассчитывать на возможность его использование в традиционных областях промышленности. И использование техногенного "реакторного" палладия для иммобилизации радионуклидов иода-129 в данном случае представляется вполне оправданным. (Вполне очевидно, что использование природного палладия в данном случае представляется маловероятным ввиду его высокой стоимости.)

Исследования показали, что поставленная задача решается путем использования композиции для длительного хранения радионуклидов иода-129 в виде иодида палладия и дополнительного компонента - мелкодисперсного порошка металлического палладия.

Для повышения устойчивости и уменьшения объема полученную смесь подвергают прессованию. Полученная композиция, предназначенная для долговременного хранения, содержит иодид палладия и металлический палладий в следующем соотношении, мас.%: иодид палладия - 20-80, металлический палладий - 20-80. Увеличение массового процента металлического Pd способствует повышению химической устойчивости и механической прочности композиции, но увеличивает вес и объем отходов. При содержании его меньше 20% увеличивается выщелачиваемость иода и не обеспечивается достаточная механическая прочность спрессованных таблеток.

Предложенная композиция обладает высокой устойчивостью к выщелачиванию иода-129 поскольку иодид палладия является труднорастворимых соединением и не является гигроскопическим веществом. Значение растворимости PdI2 по результатам наших экспериментов с использованием радиоактивной метки (125I, Т½ = 60 суток) составило 2,5 мкг/мл.

Иодид палладия устойчив при воздействии света и/или радиации. При возможном образовании молекулярного иода в результате окислительных процессов, например, с кислородом воздуха, данная композиция препятствует выделению иода за счет прохождения реакции с металлическим палладием:

Pd+I2→PdI2

Дополнительным преимуществом предлагаемой композиции является возможность ее использования и для трансмутации иода-129. Следует отметить, для полной трансмутации 129I требуется проведение несколько циклов, а это значит, что иод из облученной мишени нужно будет выделять и вновь направлять на трансмутацию. И в этом случае использование композиции в виде иодида палладия не представляет трудностей.

Характеристики заявляемой композиции приведены в указанных ниже примерах.

Пример 1. Иодид палладия смешивали с порошком металлического палладия. Готовая смесь (50 мас.% Pd + 50 мас.%. PdI2) подвергалась прессованию под давлением 1000 кгс/см2. При контакте таких таблеток с раствором, содержащим иодид, ион на уровне 1,5 мг/л, в течение 50 суток концентрация иода уменьшается в два раза, до 0.8 мг/л.

Пример 2. Иодид палладия смешивали с порошком металлического палладия. Готовая смесь (80 мас.% Pd + 20 мас.%. PdI2) подвергалась прессованию под давлением 1000 кгс/см2. Скорость выщелачивания полученных таблеток составила - 3·10-6 г/см2·сутки в начальный период, и 8·10-8 г/см2·сутки - в течение последующих 200 суток.

Пример 3. Иодид палладия смешивали с порошком металлического палладия. Готовая смесь (50 мас.% Pd + 50 мас.%. PdI2) подвергалась прессованию под давлением 1000 кгс/см2. Скорость выщелачивания полученных таблеток составила - 2.7·10-6 г/см2·сутки в начальный период, и (5.8-2.4)·10-8 г/см2·сутки - в течение последующих 200 суток.

Пример 4. Иодид палладия смешивали с порошком металлического палладия. Готовая смесь (20 мас.% Pd + 80 мас.%. PdI2) подвергалась прессованию под давлением 1000 кгс/см2. Скорость выщелачивания полученных таблеток составила - 8·10-6 г/см2·сутки в начальный период, и 6·10-8 г/см2·сутки - в течение последующих 200 суток.

Пример 5 (прототип). Порошок иодида меди в смеси с металлической медью (50 мас.% Cu + 50 мас.%. CuI2) подвергался прессованию под давлением 1000 кгс/см2. Скорость выщелачивания полученной композиции составила: 4,3·10-5 г/см2·сутки в начальный период и 3·10-7 г/см2·сутки в течение 200 суток.

Как было показано в приведенных примерах, предложенная композиция в виде иодида палладия и дополнительного компонента - порошка металлического палладия - позволяет на порядок снизить скорость выщелачивания иода при длительном хранении по сравнению с прототипом.

Похожие патенты RU2341836C2

название год авторы номер документа
КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ДОЛГОВРЕМЕННОГО ХРАНЕНИЯ ТРАНСУРАНОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 2013
  • Похитонов Юрий Алексеевич
  • Стрелков Сергей Александрович
RU2524930C1
КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ДОЛГОВРЕМЕННОГО ХРАНЕНИЯ ЙОДА - 129 1994
  • Исупов В.К.
  • Веселов В.К.
  • Галкин Б.Я.
  • Любцев Р.И.
RU2090945C1
СПОСОБ ФИКСАЦИИ РАДИОИЗОТОПА I-129 2007
  • Тихонов Валерий Иванович
  • Капустин Валериан Константинович
  • Москалев Павел Николаевич
RU2340966C1
СПОСОБ ИММОБИЛИЗАЦИИ РАДИОАКТИВНОГО ИОДА В КЕРАМИЧЕСКУЮ МАТРИЦУ 1997
  • Суворова В.А.
  • Зырянов В.Н.
  • Котельников А.Р.
RU2145451C1
СПОСОБ ОТВЕРЖДЕНИЯ ОТХОДОВ, СОДЕРЖАЩИХ РАДИОАКТИВНЫЙ ЙОД 1997
  • Масахиро Фукумото
  • Манабу Канзаки
RU2142173C1
СПОСОБ ИММОБИЛИЗАЦИИ ДОЛГОЖИВУЩИХ РАДИОНУКЛИДОВ 2007
  • Абдулахатов Мурат Камалович
  • Бартенев Сергей Александрович
  • Гойхман Михаил Яковлевич
  • Грибанов Александр Владимирович
  • Гусельников Валерий Сергеевич
  • Зыков Михаил Петрович
  • Фирсин Николай Григорьевич
RU2340968C1
СОРБИРУЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ ХРАНИЛИЩ ОТРАБОТАННОГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА 1995
  • Еперин А.П.
  • Ковалев С.М.
  • Ампелогова Н.И.
  • Крупенникова В.И.
  • Козлов Е.П.
  • Иванова Г.В.
RU2086018C1
Способ иммобилизации радиоактивного иода 1987
  • Калинин Н.Н.
  • Кузнецов Ю.В.
  • Елизарова А.Н.
  • Старыгин Е.И.
SU1419371A1
СПОСОБ ФИКСАЦИИ ДОЛГОЖИВУЩИХ РАДИОНУКЛИДОВ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И ТРАНСМУТАЦИИ 2007
  • Тихонов Валерий Иванович
  • Капустин Валериан Константинович
  • Москалев Павел Николаевич
RU2343575C2
СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ ОТ ЙОДА 2009
  • Металиди Михаил Михайлович
  • Колядин Анатолий Борисович
  • Безносюк Василий Иванович
  • Федоров Юрий Степанович
RU2414280C1

Реферат патента 2008 года КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ДОЛГОВРЕМЕННОГО ХРАНЕНИЯ ИОДА-129

Изобретение относится к прикладной радиохимии и предназначено для подготовки к захоронению радиоактивных отходов, а именно - иода-129, при переработке облученного топлива атомных электростанций. Композиция для долговременного хранения иода-129 включает соль йода и металла. В качестве соли композиция содержит иодид палладия и в качестве добавки металлический палладий в следующем соотношении компонентов, мас.%: иодид палладия - 20-80, металлический палладий - 20-80. Изобретение направлено на снижение скорости выщелачивания йода при длительном хранении.

Формула изобретения RU 2 341 836 C2

Композиция для долговременного хранения иода-129, включающая соль иода и металла, отличающаяся тем, что в качестве соли композиция содержит иодид палладия и в качестве добавки металлический палладий при следующих соотношениях компонентов, мас.%: иодид палладия - 20-80, металлический палладий - 20-80.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2008 года RU2341836C2

КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ДОЛГОВРЕМЕННОГО ХРАНЕНИЯ ЙОДА - 129 1994
  • Исупов В.К.
  • Веселов В.К.
  • Галкин Б.Я.
  • Любцев Р.И.
RU2090945C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ ДОЛГОВРЕМЕННОГО ХРАНЕНИЯ ИЗОТОПА ЙОД-129 1995
  • Исупов В.К.
  • Веселов В.К.
  • Галкин Б.Я.
  • Любцев Р.И.
  • Анисимов О.П.
RU2092918C1
СПОСОБ ФРАКЦИОННОЙ ОЧИСТКИ ГАЗОВ ОТ ВРЕДНЫХ ХИМИЧЕСКИХ И РАДИОАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ РАСТВОРЕНИИ ОЯТ 1997
  • Исупов В.К.
  • Любцев Р.И.
  • Галкин Б.Я.
  • Колядин А.Б.
  • Веселов В.К.
  • Гаврилов В.В.
RU2143756C1
US 4370306 A, 25.01.1983
СПОСОБ И УСТАНОВКА СЖИЖЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА 2018
  • Морель Тома
  • Шамлевски Кристоф
  • Ваким Майкл
  • Де Безомб Луи
RU2711374C2
DE 3214825 A1, 03.11.1983.

RU 2 341 836 C2

Авторы

Похитонов Юрий Алексеевич

Стрелков Сергей Александрович

Веселов Виктор Константинович

Даты

2008-12-20Публикация

2007-01-17Подача