Способ дезактивации крупногабаритного емкостного оборудования от радиоактивных загрязнений без предварительного фрагментирования методом контактного ультразвукового воздействия Российский патент 2021 года по МПК G21F9/34 

Изобретение относится к атомной промышленности и может применяться для дезактивации крупногабаритного емкостного оборудования, например на стадиях подготовки к выводу из эксплуатации и выводе из эксплуатации ядерно- и радиационно-опасных объектов, на объектах использования атомной энергии (ОИАЭ).

На ОИАЭ в большом количестве накоплены и постоянно образуются металлические радиоактивные отходы, представляющие собой крупногабаритное емкостное оборудование, такое как выпарные аппараты, емкости для хранения жидких радиоактивных отходов, емкости для хранения и транспортирования радиоактивных продуктов (например, гексафторида урана), отличающиеся массивным корпусом. При подготовке к выводу и во время вывода из эксплуатации данного оборудования, загрязненного радиоактивными веществами, для его утилизации или возврата в народное хозяйство его необходимо дезактивировать.

Известен способ дезактивации оборудования от поверхностных радиоактивных загрязнений путем воздействия ультразвука на поверхность через жидкую среду (дезактивирующую жидкость) воздействие ультразвука на дезактивируемую поверхность производят через водную глинистую суспензию, содержащую частицы, оказывающие абразивное воздействие на дезактивируемую поверхность. Отработанный раствор, вобравший в себя удаленные с поверхности оборудования радиоактивные загрязнения, подсушивают, формуют, затем термообрабатывают, переводя в керамическую матрицу, которая фиксирует в себе загрязнения. Абразивные частицы при этом служат отощителем для глины (RU 2328785, МПК G21F 9/28, G21F 9/16, опубл. 10.07.2008).

Недостатком известного способа является то, что ультразвуковой излучатель устанавливается на подвижную каретку и перемещается вдоль дезактивируемой детали. Таким образом, ультразвуковое воздействие является локальным и действует исключительно на участок детали, на который направлен акустический поток. Такое расположение ультразвукового излучателя будет не эффективно при озвучивании внутренней поверхности крупногабаритных емкостей, в связи со сложной механикой перемещения ультразвукового излучателя.

Для дезактивации крупногабаритных емкостей известными методами, например, такими как жидкостная химическая дезактивация, требуется предварительное фрагментирование емкости на части подходящего размера для размещения в ваннах дезактивации. Но, так как мощность дозы излучения от оборудования зачастую очень высока, фрагментирование становиться практически невыполнимой задачей.

Так как радиоактивное загрязнение в основном находится на внутренних стенках и дне емкости, для снижения мощности излучения необходимо дезактивировать внутреннюю поверхность емкости. Так как простая химическая дезактивация обычно имеет низкую эффективность по отношению к прочнофиксированным загрязнениям и низкую скорость дезактивации, в изобретении предлагается интенсифицировать процесс химической дезактивации ультразвуковым воздействием.

Известен способ дезактивации оборудования от радиоактивных загрязнений, заключающийся в том, что дезактивируемое оборудование помещают в ванну с дезактивирующим раствором и воздействуют на него ультразвуковыми колебаниями. При этом колебания возбуждают во всем объеме оборудования путем обеспечения жесткого акустического контакта поверхности оборудования с акустическими ультразвуковыми излучателями, причем колебания возбуждают в виде импульсов с частотой, соответствующей резонансной частоте нагруженных на оборудование излучателей (RU 2510667, МПК G21F 9/28, опубл. 10.04.2014).

Недостатком данного способа является то, что дезактивируемый объект должен полностью помещаться в ванну с дезактивирующим раствором, то есть ванна должна быть больше дезактивируемого объекта. Таким образом, способ может применяться только для относительно небольших по размерам емкостей и теряет целесообразность при дезактивации крупногабаритных емкостей.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является дезактивация внутренней поверхности крупногабаритного емкостного оборудования, позволяющая полностью или частично снизить радиационный фон и обеспечить возможность фрагментирования данного оборудования для последующей утилизации.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе дезактивации крупногабаритного емкостного оборудования от радиоактивных загрязнений без предварительного фрагментирования методом контактного ультразвукового воздействия ультразвуковые излучатели монтируют на стенки дезактивируемой емкости снаружи, дезактивируемая емкость заполняют дезактивирующим раствором до необходимого уровня, колебания от ультразвуковых излучателей передаются на внутреннюю поверхность емкости и интенсифицируют процесс химической дезактивации и растворения отложений внутри емкости, после чего отработавший дезактивирующий раствор, вобравший в себя удаленные радиоактивные загрязнения, удаляют из обрабатываемой дезактивируемой емкости. Для усиления ультразвукового воздействия на донные и пристеночные отложения внутрь дезактивируемой емкости опускают ультразвуковой погружной блок с, по меньшей мере, одним фокусирующим ультразвуковым излучателем, при этом воздействие фокусирующих ультразвуковых излучателей ультразвукового погружного блока осуществляют через залитый в дезактивируемую емкость дезактивирующий раствор.

На фиг. 1 представлен пример 1 реализации способа, на фиг. 2 представлен пример 2 реализации способа, на фиг. 3 представлен ультразвуковой погружной блок с фокусирующими ультразвуковыми излучателями, размещенными в дне блока, на фиг. 4 представлен ультразвуковой погружной блок с фокусирующими ультразвуковыми излучателями, размещенными в дне и боковых стенках блока.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример 1. В заявленном изобретении дезактивирующий раствор 1 заливают непосредственно в дезактивируемую емкость 2, а ультразвуковые излучатели 3 монтируют (крепят) к наружной поверхности емкости 2 (фиг. 1). При работе ультразвуковых излучателей 3 колебания передаются на внутреннюю поверхность емкости 2 и интенсифицируют процесс химической дезактивации и растворения отложений 4 внутри емкости 2. Рабочую частоту ультразвуковых колебаний устанавливают в диапазоне от 17 до 40 кГц. При этом уровень заливаемого в емкость 2 дезактивирующего раствора 1 можно выбирать исходя из характера и расположения отложений 4. Например, если на дне емкости 2 имеются труднорастворимые отложения 4, отличающиеся по сложности удаления от загрязнений верхней части емкости 2, то целесообразно сначала удалить их. Для этого емкость 2 заполняют дезактивирующим раствором 1 не полностью, а только чтобы скрыть донные отложения 4. После удаления донных отложений 4 заполняют емкость 2 дезактивирующим раствором 1 полностью и дезактивируют ее. Такой способ позволяет экономить химические реагенты.

Крепление ультразвуковых излучателей 3 осуществляют таким образом, чтобы обеспечивался жесткий акустический контакт с емкостью 2 (сварное соединение, резьбовое соединение, плотный прижим). Количество ультразвуковых излучателей 3 и места их размещения подбирают исходя из габаритов и конструктивных особенностей дезактивируемой емкости 2. Эффективная ультразвуковая частота колебаний выбирается в процессе настройки ультразвуковых генераторов из основных или дополнительных гармоник резонансной частоты ультразвуковых излучателей 3.

В зависимости от природы загрязнений в качестве дезактивирующего раствора 1 могут быть использованы различные растворы кислот и щелочей. Они могут использоваться как самостоятельно, так и циклично чередоваться (кислота – щелочь – кислота – щелочь…) для достижения максимально полной дезактивации.

После цикла обработки ультразвуком отработанный дезактивирующий раствор 1, вобравший в себя удаленные с поверхности оборудования радиоактивные загрязнения, удаляется из обрабатываемой емкости 2, фильтруется и передается на переработку, либо после доукрепления может быть использован для следующего цикла.

Важной особенностью предлагаемого способа является то, что дезактивацию можно проводить непосредственно в месте размещения дезактивируемого объекта (например, в бетонном каньоне) и исключить какие-либо перемещения крупногабаритного радиационно-опасного объекта.

Пример 2. Способ отличается от примера 1 тем, что дополнительно применяется ультразвуковой погружной блок 5, опускаемый на дно дезактивируемой емкости 2 для усиления ультразвукового воздействия на донные и пристеночные отложения (фиг. 2). Воздействие ультразвуковых излучателей 6 блока 5 осуществляют через залитый в емкость 2 дезактивирующий раствор 1.

Ультразвуковой погружной блок 5 имеет размеры, позволяющие опускать его в емкость 2 через люк в верхней крышке.

Ультразвуковой погружной блок 5 имеет от одного до нескольких ультразвуковых фокусирующих излучателей 6, размещенных на нижней поверхности блока 5 (фиг. 3). Также ультразвуковые фокусирующие излучатели 6 могут размещаться на боковых стенках блока 5 для воздействия на пристеночные отложения (фиг. 4). Конструкция блока 5 также имеет ограждения 7 для защиты ультразвуковых фокусирующих излучателей 6 от механического воздействия. Данное ограждение 7 отставлено от излучающей поверхности излучателя 6 на такое расстояние, что при установке блока 5 на дно емкости 2 удаляемые отложения находятся на фокусном расстоянии от излучателя 6 и разрушаются наиболее эффективно.

По сравнению с известным решением заявленное изобретение позволяет проводить дезактивацию внутренней поверхности крупногабаритного емкостного оборудования, позволяющую полностью или частично снизить радиационный фон и обеспечить возможность фрагментирования данного оборудования для последующей утилизации.

Изобретение относится к атомной промышленности и может применяться для дезактивации крупногабаритного емкостного оборудования, например, при подготовке к выводу из эксплуатации и в процессе вывода из эксплуатации ядерно- и радиационно-опасных объектов, на объектах использования атомной энергии. В способе дезактивации крупногабаритного емкостного оборудования ультразвуковые излучатели монтируют на стенки дезактивируемой емкости снаружи. Дезактивируемую емкость заполняют дезактивирующим раствором до необходимого уровня, колебания от ультразвуковых излучателей передаются на внутреннюю поверхность емкости и интенсифицируют процесс химической дезактивации и растворения отложений внутри емкости. Отработавший дезактивирующий раствор, вобравший в себя удаленные радиоактивные загрязнения, удаляют из обрабатываемой дезактивируемой емкости. Изобретение позволяет полностью или частично снизить радиационный фон и обеспечить возможность фрагментирования данного оборудования для последующей утилизации. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ дезактивации крупногабаритного емкостного оборудования от радиоактивных загрязнений без предварительного фрагментирования методом контактного ультразвукового воздействия, при котором ультразвуковые излучатели монтируют на стенки дезактивируемой емкости снаружи, дезактивируемую емкость заполняют дезактивирующим раствором до необходимого уровня, колебания от ультразвуковых излучателей передаются на внутреннюю поверхность емкости и интенсифицируют процесс химической дезактивации и растворения отложений внутри емкости, после чего отработавший дезактивирующий раствор, вобравший в себя удаленные радиоактивные загрязнения, удаляют из обрабатываемой дезактивируемой емкости.

2. Способ дезактивации крупногабаритного емкостного оборудования от радиоактивных загрязнений без предварительного фрагментирования методом контактного ультразвукового воздействия по п. 1, отличающийся тем, что для усиления ультразвукового воздействия на донные и пристеночные отложения внутрь дезактивируемой емкости опускают ультразвуковой погружной блок с, по меньшей мере одним фокусирующим ультразвуковым излучателем, при этом воздействие фокусирующих ультразвуковых излучателей ультразвукового погружного блока осуществляют через залитый в дезактивируемую емкость дезактивирующий раствор.