СПОСОБ СБОРА ПРОСЫПИ ТВЕРДЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ НА ОБЪЕКТАХ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ Российский патент 2010 года по МПК G21F9/34 

Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано для сбора и передачи на длительное хранение отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) в виде твердых радиоактивных фрагментов тепловыделяющих элементов (просыпи) в помещениях и на поверхностях оборудования АЭС. Просыпи могут образоваться, например, при падении тепловыделяющих сборок (ТВС) или пучка тепловыделяющих элементов (твэл), или при разделке ТВС на пучки твэл, или в других нештатных ситуациях.

Технологический процесс подготовки отработавших ТВС для промежуточного хранения и/или транспортирования предусматривает их разделку. Для выполнения этой операции на АЭС предусмотрена защитная ("горячая") камера (ГК) с набором необходимого оборудования. При разделке топливной сборки ядерного реактора возможно образование просыпи как в виде целых таблеток, так и в виде их фрагментов различной степени дисперсности.

Известен способ сбора и дезактивации просыпи твердых радиоактивных веществ и проливов радиоактивных жидкостей (Материалы конференции «Ярмарка инновационных проектов в области обращения с РАО, вывода из эксплуатации и экологической реабилитации», РОСАТОМ, Центр «Атом-инновации», М., 2007 г., стр.86-89), представляющий роботизированную технологию сбора твердых радиоактивных веществ, включающий разведку зоны гамма-локатором, укладывание манипулятором на просыпь дезактивирующих захватов, нанесение полимерной композиции, ее сушку и помещение дезактивирующих захватов, вобравших в себя просыпь, в контейнер для ТРО.

Указанный способ осуществляется следующим образом: сначала производят радиационную разведку зоны инцидента гамма-локатором. Затем на просыпь с помощью манипулятора укладывают дезактивирующие захваты, укрывая ими всю загрязненную поверхность. Дезактивирующий захват представляет собой одноразовую квадратную металлическую рамку с прикрепленной к ней армирующей сеткой. В каждый захват наносится полимерная композиция «ДЕЗПОЛ» (дозатором) или «ДЕЗПОЛ быстросохнущий», который выпускается в одноразовых капсулах. У «ДЕЗПОЛа» низкая стоимость, но значительное время высыхания - более шести часов в зависимости от температуры и влажности воздуха; быстросохнущая композиция дорогая, однако высыхает за 0,5-2 часа. По окончании необходимого времени сушки (оно определяется предварительными тестами) дезактивирующие захваты, вобравшие в себя просыпь, удаляют отрывными механизмами: «клещами» и «пантографом», применяемым в стесненных условиях, а также для обработки углов помещений. Отработанные захваты размещают в контейнер для твердых радиоактивных отходов; по окончании работ проводят видео- и радиационный контроль зоны инцидента.

Недостатками известного способа являются:

- сложность и даже невозможность размещения дезактивирующих захватов и нанесения композиции «ДЕЗПОЛ» на зоны пространственного рельефа пола, технологических систем и оборудования ГК;

- большая стоимость быстросохнущей полимерной композиции «ДЕЗПОЛ»;

- отсутствие возможности полного сбора частиц просыпей мелкой дисперсности указанным способом.

Известны способы дезактивации (Седов В.М., Нечаев А.Ф., Доильницын В.А., Крутиков П.Г. Химическая технология теплоносителей ядерных энергетических установок. - М.: Энергоатомиздат, 1985, 312 с.; Ампелогова Н.И., Симановский Ю.М. и др. Дезактивация в ядерной энергетике. - М.: Энергоиздат, 1982, с.147-149), использующие для удаления твердых частиц с поверхности оборудования АЭС струю воды или пара. Однако водоструйная и паровая дезактивация не позволяет осуществлять сбор просыпей. Кроме того, при проведении пароструйной дезактивации увеличивается опасность неконтролируемого распространения радиоактивных загрязнений.

Известны способы сбора просыпей твердых радиоактивных отходов с помощью промышленных пылесосов. Способ дезактивации с использованием вакуумирующих устройств (пылесосов) (Ампелогова Н.И., Симановский Ю.М. и др. Дезактивация в ядерной энергетике. - М.: Энергоиздат, 1982, с.139) позволяет осуществлять сбор просыпей твердых радиоактивных отходов.

Известен способ, позволяющий собирать твердые частицы во влажном состоянии (заявка RU 95122470 на изобретение «Пылесос, имеющий устройство для влажной уборки», A47L 5/00, опубл. 1997.09.20) и за счет смачивания обрабатываемой поверхности уменьшить распыление аэрозолей в процессе проведения работ по очистке поверхностей.

Известно устройство (Авт. свид. СССР № 1231126, МПК 4, Е02В 15/10, 1986), с помощью которого можно удалять отходы с днища ядерного реактора, бассейнов хранения отработавшего топлива ядерных реакторов. Устройство содержит захватывающее устройство, выполненное в виде воронки, поставленной основанием вниз, гибкий шланг для отвода отходов, механизм для опускания и подъема воронки, вакуум-насос, ресивер, соединенный с вакуум-насосом с помощью запорной арматуры. Устройство работает следующим образом. С помощью механизма захватывающее устройство опускают на дно резервуара, включают вакуум-насос, который создает вакуум в ресивере, куда устремляется поток воды по гибкому шлангу через захватывающее устройство. Известное устройство не обеспечивает удаление твердых остатков со дна резервуара, а также не решает проблему утилизации радиоактивных отходов.

Известна система очистки воды бассейнов (Охрана окружающей среды на предприятиях атомной промышленности. Ф.З.Ширяев, В.И.Карпов, В.М.Крупчатников и др. - М.: Энергоиздат, 1982, с.145). Она включает узел фильтрации (очистки воды от механических примесей), узел обессоливания воды на ионообменных колоннах, узел сбора и выгрузки твердых радиоактивных отходов. При очистке воду прокачивают через узел фильтрации, где она очищается только от взвесей, твердые отходы не собираются. После выработки ресурса фильтры и другие отходы перемещают в специальные контейнеры, которые хранят там же или отправляют на захоронение.

Недостатками известных вакуумных способов для сбора просыпи являются:

- низкая эффективность удаления крупнодисперсных отложений;

- загрязнение пылесосов радиоактивными отложениями и, как следствие, необходимость их дезактивации. Поскольку при дезактивации с применением промышленных пылесосов удаляются только поверхностные мелкодисперсные радиоактивные загрязнения, в процессе работы таких пылесосов загрязняются внутренние поверхности, особенно пылесборник и фильтр, что представляет опасность для персонала, производящего дезактивационные работы. Кроме того, дезактивация пылесоса весьма трудоемка или вовсе невозможна.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ, описанный в патенте на полезную модель RU 40687 «Система для сбора и упаковки твердых отходов с днища ядерного реактора», МПК 7, G21F 9/34, опубл. 2004.09.20. Система включает устройство для сбора твердых отходов и пенал для хранения твердых отходов, причем устройство для сбора отходов содержит емкость для сбора отходов, представляющую собой сосуд, имеющий в нижней части сужение конусообразной формы с отверстием, диаметр которого сопряжен с диаметром всасывающего трубопровода, а в верхней части патрубки для присоединения к трубопроводу сжатого воздуха и вакуумной системе через ресивер, а пенал представляет собой сосуд, имеющий в нижней части фильтр, а в верхней части конусообразное сужение с отверстием.

Сбор просыпи твердых отходов осуществляют следующим образом: с помощью грузоподъемного механизма устройство для сбора твердых отходов устанавливают в ячейку активной зоны, доступной до днища реактора. В емкость для сбора твердых отходов подают сжатый воздух, который вытесняет воду из внутренней полости емкости. Затем с помощью вакуумной системы (всасывающим трубопроводом) захватывают твердые частицы диаметром до 20 мм и транспортируют в емкость для сбора. После чего устройство для сбора твердых отходов грузоподъемным механизмом устанавливают над пеналом для упаковки твердых отходов, всасывающий патрубок поднимают в верхнее положение, при котором открывается отверстие для сброса твердых частиц. Подачей сжатого воздуха вода с твердыми отходами вытесняется из устройства в пенал. На этом цикл сбора и выгрузки твердых частиц заканчивается.

Указанный способ не обеспечивает полноты сбора поскольку не позволяет удалять крупные твердые фрагменты ЯМ из труднодоступных мест, поверхностей со сложным рельефом и оборудования.

Задачей изобретения является обеспечение радиационной безопасности.

Изобретение обеспечивает получение технического результата, заключающегося в полном и безопасном для обслуживающего персонала сборе всего просыпавшегося ЯМ в пределах горячих камер АЭС.

Указанный технический результат достигается тем, что сбор просыпи осуществляют, используя пневматическую систему. Оценивают объем и размер просыпи, определяют место расположения видимых фрагментов посредством системы промышленного телевидения. Затем захватывают крупные фрагменты просыпи с помощью пневматической системы и помещают в капсулу для сбора просыпи пневматической системы, контролируя ее заполнение, с последующей сушкой и герметизацией. Оценивают полноту сбора крупных фрагментов просыпи и, используя гидравлическую систему, по крайней мере один раз, смывают мелкодисперсные остатки просыпи через улавливающий фильтрующий элемент, водой, например, химически обессоленной, после чего просыпи в фильтрующем элементе устанавливают в капсулу для фильтрующего элемента, сушат и герметизируют.

Пневматическая система включает воздушный газоструйный эжектор; капсулу для сбора просыпи (например, описанную в прототипе) в виде емкости, имеющей сужение конусообразной формы; всасывающую насадку, соединенную с капсулой гибким шлангом, по которому осуществляется транспортировка частиц просыпи в капсулу; трубопровод разводки сжатого воздуха и трубопровод отвода очищенного воздуха в эжектор с γ-датчиком и датчиком влажности.

Гидравлическая система включает расположенные по периметру ГК стационарные коллекторы, представляющие собой набор трубопроводов с врезанными в них регулируемыми форсунками, расположенными по периметру ГК; вентильную панель для независимой подачи воды в каждый коллектор; мобильную форсунку, соединенную с трубопроводом подачи гибким шлангом и управляемую при помощи штатных манипуляторов; установленное в сливном трапе ГК фильтрующее устройство, выполненное в виде воронки со сменным улавливающим фильтрующим элементом из пористого коррозионно-стойкого материала в форме полого цилиндра с дном.

Изобретение может быть осуществлено следующим образом: при помощи установки промышленного телевидения оценивают объем и размер просыпи в ГК и определяют место расположения визуально фиксируемых частиц просыпи, составляя картограмму. Управляя с помощью штатных манипулятора или крана ГК положением всасывающей насадки пневматической системы, осуществляют сбор крупных фрагментов топливных таблеток в капсулу пневматической системы. В процессе сбора на картограмме отмечаются собранные фрагменты просыпи. Собирают просыпи до полного сбора всех отмеченных на картограмме фрагментов. Затем проверяют полноту сбора просыпи визуально через защитное стекло операторской ГК, а также при помощи перископа и телевизионной системы. После сбора просыпи пневматической системой на полу ГК на оборудовании и в сливном трапе могут остаться мелкие фрагменты ОЯТ. Окончательный сбор просыпи ОЯТ осуществляют гидравлической системой. Просыпи смывают химически обессоленной водой с помощью стационарных форсунок. Затем оператор, управляя мобильной форсункой гидравлической системы, смывает направленной струей воды оставшиеся частицы просыпи в сливной трап ГК, в котором установлено фильтрующее устройство, где фрагменты просыпи улавливаются фильтрующим элементом. Оценивают полноту сбора просыпи визуально и по монитору системы промышленного телевидения. Операции смыва повторяют до полной дезактивации. Захватом фильтрующий элемент с частицами просыпи извлекают из фильтрующего устройства, выдерживают на весу 1,5-2 часа для предварительной сушки, устанавливают в капсулу просушивают и герметизируют. Капсулы для сбора просыпи могут быть размещены в свободные ячейки транспортного чехла и оставлены на временное хранение при условии прекращения работ по разделке топлива или транспортированы к месту длительного хранения.

Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано для сбора отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) в виде твердых радиоактивных фрагментов тепловыделяющих элементов (просыпи) в помещениях и на поверхностях оборудования горячей камеры. Предварительно оценивают объем и размер просыпи, определяют место расположения ее видимых фрагментов. Просыпь собирают с помощью пневматической и гидравлической систем и помещают ее в капсулы для сбора просыпи, сушат и герметизируют. Затем оценивают полноту сбора просыпи и, используя гидравлическую систему, по крайней мере один раз, мелкодисперсные остатки просыпи смывают водой, например, химически обессоленной, в улавливающий фильтрующий элемент, размещают в аналогичной капсуле, сушат и герметизируют. Технический результат - полнота сбора всего просыпавшегося ядерного материала в пределах горячих камер АЭС и безопасность обслуживающего персонала.

Способ сбора просыпи твердых радиоактивных отходов на объектах атомной энергетики путем сбора просыпи с помощью пневматической системы и помещения в капсулу для сбора просыпи, отличающийся тем, что предварительно оценивают объем и размер просыпи, определяют место расположения видимых фрагментов просыпи и после помещения их в капсулу для сбора просыпи сушат и герметизируют, затем оценивают полноту сбора крупных фрагментов просыпи и, используя гидравлическую систему, по крайней мере один раз, мелкодисперсные остатки просыпи смывают водой, например химически обессоленной, в улавливающий фильтрующий элемент, размещают в капсуле, сушат и герметизируют.