СПОСОБ ДЕЗАКТИВАЦИИ ПОЧВЫ Российский патент 2012 года по МПК G21F9/00 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, реабилитации территорий, загрязненных техногенными радиоактивными отходами.

Известен способ реабилитации почвы, загрязненной радиоактивными нуклидами (РФ №2317603, МПК G21F 9/12, заявл. 07.08.2006, опубл. 20.02.2008). Способ включает внесение в почву сорбента радионуклидов, взятого в эффективном количестве с учетом сорбционных характеристик и уровня загрязнения почвы, дезактивацию почвы, извлечение сорбента с нуклидами из почвы.

Известен способ реабилитации почвы, загрязненной радиоактивными нуклидами (п. РФ №2088064, МПК G21F 9/12, 3.12.01.1995, оп. 27.08.1997). Сущность изобретения: в почву вносят природные или искусственно созданные сорбенты, которые могут извлечь из почвы 100% радионуклидов стронция 90, 91, 89, цезия 137, урана 235, 238, плутония 239. Сорбенты прочно связывают в своей структуре радионуклиды. После полной дезактивации почвы сорбенты можно извлечь из почвы просеиванием ее, а в дальнейшем отправить на захоронение.

Основным недостатком данных способов является то, что сорбент с иммобилизованными нуклидами требуется удалять из почвы, для чего необходимо разрабатывать способы удаления сорбента из почвы. Кроме того, к недостатку способов должна быть отнесена их дороговизна, связанная с необходимостью удаления, транспортировки на дальние расстояния и захоронения отработанного сорбента.

Известен способ уничтожения радиоактивных отходов, заключающийся в том, что на ядра изотопов радиоактивных отходов воздействуют по меньшей мере двумя электромагнитными полями, направления распространения которых не перпендикулярны между собой, плоскости поляризации не совпадают, а фазы смещены (РФ №2172993, МПК G21F 9/00, з. 23.07.1998, оп.27.08.2001). Такое воздействие создает при интерференции полей вращающее магнитное поле, в котором ядро изотопа меняет свой угловой момент, за счет этого сокращается время уничтожения радиоактивных отходов.

Известен способ обработки радиоактивных отходов, при котором отходы облучают СВЧ-излучением с плотностью потока энергии более 5·10^-3 Дж/см² (РФ №2100858, МПК G 21F 9/00, з. 31.07.1995, оп. 27.12.1997). Достигаемый результат: постоянная распада после обработки отходов СВЧ-излучением указанной плотности потока энергии увеличилась на величину около 1% по сравнению с постоянной распада до облучения.

Основным недостатком данных способов является сложность установки и невозможность обработки больших объемов радиоактивных отходов.

Наиболее близким к заявляемому является способ дезактивации почвы (РФ №2059307, МПК G21F 9/12, з. 11.01.1993, оп. 27.04.1996). Способ предусматривает дезактивацию с помощью электродов, один из которых связан с отрицательным полюсом и покрыт труднорастворимым гидратированным окислом или соединением гидратированного окисла, обладающим кислотными свойствами, а другой электрод соединен с положительным полюсом и выполнен из инертного материала. Эти электроды помещают в почву или жесткую воду. При подаче на электроды постоянного напряжения через остаточные растворы проходит ток одного направления, создавая движение ионов. При этом, проходя через слой глинистых пород, катионы тяжелых металлов поглощаются в них в обмен на кальций, натрий и др. и закрепляются в них. Способ повышает степень очистки загрязненной почвы при сохранении ее физико-химических свойств и расширении типов почв, очистку которых нельзя провести другим способом.

Однако данный способ имеет ряд существенных недостатков: часть загрязнителей переотлагается в промежуточных слоях и может создать рецидивное загрязнение за счет капиллярного переноса; при наличии грунтовых вод возможна миграция загрязнителей в процессе очистки.

В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в очистке загрязненной почвы при сохранении ее физико-химических свойств, за счет превращения радиоактивных долгоживущих изотопов в стабильные и/или короткоживущие радионуклиды.

Поставленная задача достигается тем, что в способе дезактивации почвы от радиоактивных изотопов, заключающемся в том, что электроды помещают в загрязненную радионуклидами почву, увлажняют ее, подключают электроды к источнику электромагнитного поля, согласно изобретению, электроды подключают к генератору наносекундных электромагнитных импульсов и осуществляют облучение почвы однополярными электромагнитными импульсами мощностью более 1 МВт и длительностью менее 1 нс, частотой повторения не менее 1 кГц, при этом электроды организуют в систему из нескольких групп, расстояние между которыми составляет не менее 1 метра.

Предварительное увлажнение почвы водным раствором кислоты или щелочи и обработка мощными наносекундными электромагнитными импульсами позволяет снизить степень ее радиоактивного загрязнения, что обусловлено превращением долгоживущих изотопов радионуклидов в стабильные и/или короткоживущие радионуклиды.

Увлажнение почвы водным раствором кислоты или щелочи и обработка мощными короткими электромагнитными импульсами приводит к возникновению между электродами электромагнитного поля, в котором могут происходить слабые взаимодействия. В результате слабых взаимодействий происходит процесс электронного захвата. В процессе электронного захвата происходит переход протонов ядра в нейтрон, при этом испускается антинейтрино, то есть могут изменяться свойства возбужденного ядра, что вызывает их превращения в стабильные и/или короткоживущие радионуклиды.

В общем случае процесс электронного захвата описывается формулой

,

где X - химический символ, A - массовое число, Z - атомный номер, ν - нейтрино.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.

Загрязненную почву обрабатывают водным раствором щелочи или кислоты. Систему, состоящую из нескольких групп электродов, помещают в загрязненную радионуклидами почву и подключают к генератору наносекундных электромагнитных импульсов (например, устройство для генерации мощных коротких однополярных импульсов, описанное в патенте РФ №2004064 «Формирователь наносекундных импульсов»). Расстояние между группами электродов не менее 1 метра. Подключение к генератору осуществляется следующим образом: к одной группе электродов подключается центральная жила питающего кабеля, к другой группе подключается оплетка питающего кабеля от генератора. Расположение системы, состоящей из нескольких групп электродов, и подключение питающего кабеля от генератора выбираются в экспериментальном порядке в зависимости от типов почв, степени ее увлажнения и вида радиоактивного загрязнения. Затем производят обработку однополярными электромагнитными импульсами мощностью более 1 МВт и длительностью менее 1 нс, частотой повторения не менее 1 кГц. Время воздействия выбирается экспериментально. Через определенные промежутки времени обработки определяется содержание радионуклидов в почве. После достижения нормативно-допустимого содержания радионуклидов на дезактивируемой территории процесс обработки завершается.

Пример 1.

В данном опыте обрабатывалась проба загрязненного радионуклидами грунта, взятого на территории Восточно-Уральского радиоактивного следа. Перед обработкой в почву был добавлен раствор, содержащий соли ⁹⁰Sr и ⁹⁰Y. Обработка осуществлялась в емкости объемом 10 литров. Начальное значение кислотности почвы 9 pH. Электроды размещались следующим образом: к электроду, который был вставлен в емкость, подключалась центральная жила кабеля от генератора. Вывод оплетки соединялся со вторым электродом, который находился под емкостью. Время обработки наносекундными электромагнитными импульсами 30 минут. До обработки радиоактивность почвы составляла 177 Бк/кг, после обработки - 102,5 Бк/кг. Степень очистки составляет 58%, что является удовлетворительным результатом.

Пример 2.

Проводилась обработка почвы, загрязненной радионуклидами в районе Восточно-Уральского радиоактивного следа. Для увлажнения почву обработали водным раствором щелочи до достижения влажности почвы от 60% до 80%. Площадь обработки 10 м². Систему из групп электродов поместили в загрязненную радионуклидами почву, при этом к одной группе электродов подключили центральную жилу, к другой группе подключили оплетку питающего кабеля от генератора наносекундных электромагнитных импульсов. Расстояние между группами электродов составило не менее 1 метра. Время одной обработки составило 30 минут. Время полной обработки участка 2,5 часа. До обработки радиоактивность почвы составляла 485,2 Бк/кг, после обработки - 302,3 Бк/кг.

Таким образом, согласно заявляемому способу достигается эффективная дезактивация исходных почв от радионуклидов, и обработанная почва может быть возвращена в сельскохозяйственный оборот. Данный способ позволяет достаточно быстро и с минимальными затратами очистить обширные территории, подвергшиеся радиоактивному заражению.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, реабилитации территорий, загрязненных техногенными радиоактивными отходами. Способ дезактивации почвы от радиоактивных изотопов заключается в том, что электроды помещают в загрязненную радионуклидами почву, увлажняют ее, подключают электроды к источнику электромагнитного поля. Электроды подключают к генератору наносекундных электромагнитных импульсов и осуществляют обработку почвы однополярными электромагнитными импульсами мощностью более 1МВт, длительностью менее 1 нс и частотой повторения не менее 1 кГц, при этом электроды организуют в систему из нескольких групп, расстояние между которыми составляет не менее 1 метра. Изобретение позволяет очистить загрязненную почву при сохранении ее физико-химических свойств, за счет превращения радиоактивных долгоживущих изотопов в стабильные и/или короткоживущие радионуклиды.

Способ дезактивации почвы от радиоактивных изотопов, заключающийся в том, что электроды помещают в загрязненную радионуклидами почву, увлажняют ее, подключают электроды к источнику электромагнитного поля, отличающийся тем, что электроды подключают к генератору наносекундных электромагнитных импульсов и осуществляют обработку почвы однополярными электромагнитными импульсами мощностью более 1МВт, длительностью менее 1 нс и частотой повторения не менее 1 кГц, при этом электроды организуют в систему из нескольких групп, расстояние между которыми составляет не менее 1 м.