Способ электрохимической дезактивации неокрашенных металлических поверхностей от загрязнения радионуклидами Российский патент 2025 года по МПК G21F9/28 

Изобретение относится к области ядерных технологий и может быть использовано для дезактивации загрязненных радионуклидами неокрашенных металлических поверхностей металлоконструкций, трубопроводов и другого оборудования при ликвидации последствий аварий на ядерно опасных объектах, при снятии их с эксплуатации или ремонте.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ очистки металлических поверхностей от радиоактивных загрязнений RU 2210123 С2, МПК, G 21 F 9/28, авторы Емец Е.П. и др. Он заключается в растворении поверхности обрабатываемого объекта с фиксированными радиоактивными загрязнениями путем нанесения на нее вязких растворов, содержащих кислоты, пленкообразующие вещества и загустители при подводе постоянного тока к объекту и наносимому составу. Радионуклиды фиксируется в поверхностном слое и удаляются вместе с ним (после его высыхания и полимеризации компонентов) путем механической очистки обработанной поверхности. Достоинством способа является дезактивация поверхности объектов без образования жидких радиоактивных отходов. Однако, способ опробован только на образцах (пластинах из коррозионно-стойкой стали 20*20 см) после их загрязнения в модельных растворах с радионуклидами в лабораторных условиях.

Приведенные выше технологические особенности способа исключают возможность его применения в реальных условиях выполнения упомянутых работ по следующим причинам:

1. Возможность применения способа зависит от геометрии участка дезактивации и его расположения. Нанесение и удержание дезактивирующего состава на вертикальные и потолочные поверхности очень сложно или, вообще, невозможно. В особенности это относится к дезактивации внутренних полостей, труб как изнутри, так и с наружи, а также криволинейных поверхностей;

2. При наложении катода на дезактивирующий состав не представляется возможным избежать физического контакта электродов, что приведет к возбуждению дуговых разрядов и повреждению основной поверхности в результате электрической эрозии в месте контакта электродов;

3. Невозможно проконтролировать толщину наносимого слоя дезактивирующего состава;

4. При прохождении тока через дезактивирующий состав он моментально нагреется, загустеет и станет изолятором, что приведет к прекращению процесса дезактивации;

Задачей настоящего изобретения является создание способа электрохимической дезактивации металлических неокрашенных поверхностей объектов любой конфигурации в ограниченном пространстве с заданным коэффициентом дезактивации без образования жидких радиоактивных отходов и без недостатков выше упомянутого способа.

Техническим результатом является возможность применения способа на участках с любой геометрией, включая внутренние полости, трубы и криволинейные поверхности, отсутствие повреждения поверхности, благодаря отсутствию контакта электродов.

Заявленный технический результат достигается тем, что в известном способе электрохимической дезактивации неокрашенных загрязненных радионуклидами металлических поверхностей путем анодного растворения загрязненной поверхностности обрабатываемого объекта в среде электролита, согласно заявляемому изобретению процесс растворения металла осуществляется путем физического контакта и сканирования обрабатываемой поверхности движением электрода-инструмента (ЭИ) через пористую пропитанную электролитом мембрану при подключении электродов к источнику постоянного тока.

В частном случае, операции нанесения мембраны на обрабатываемую поверхность, сканирование ее ЭИ и удаление мембраны могут выполняться с помощью манипуляторов робототехнических устройств.

Путем изменения напряжения на электродах, площади рабочей части ЭИ и электропроводности электролита может регулироваться плотность тока в месте контакта электродов, что определяет производительность процесса дезактивации.

Способ реализуется путем анодного растворения поверхностного слоя обрабатываемой поверхности с радиоактивным загрязнением в среде электролита, которым пропитывается разделяющая анод и катод пористая мембрана, фиксации на ней загрязнения при ее разогреве и высыхании электролита проходящим током. При этом анодом является обрабатываемый объект, а катодом специальный электрод-инструмент (ЭИ), которым сканируют поверхность объекта обработки. Рабочие части ЭИ могут иметь любые формы и размеры. Они изготавливаются из материалов, обладающих высокой электропроводностью, с самыми различными механическими свойствами, а также способностью изменять форму и копировать рельеф поверхности обработки. Эффективность дезактивации определятся формами и размерами рабочих частей электродов-инструментов, подбором состава электролита, величиной напряжения на электродах, продолжительностью циклов обработки и их количеством.

Способ осуществляют следующим образом:

1. Изготавливают рабочие части электродов-инструментов;

2. Готовят электролит, например, 40% раствор ортофосфорной кислоты с добавлением азотной кислоты в количестве 10% от объема электролита, вводят компонент, обеспечивающий адгезию материала мембраны к поверхности обрабатываемого объекта, например, поливиниловый спирт в количестве 5% от общего объема;

3. Подготовленную мембрану пропитывают электролитом и укладывают на обрабатываемый участок поверхности. Для пропитки мембраны может быть использовано специальное устройство подачи электролита в ЭИ, в случае обработки криволинейных участков, труб снаружи и изнутри мембрану наносят на рабочую часть ЭИ и также пропитывают ее электролитом;

4. Включают источник тока и начинают сканировать дезактивируемую поверхность движением ЭИ до высыхания мембраны. Для достижения наилучшего результата эту операцию повторяют;

5. После завершения процесса дезактивации мембрану удаляют.

Для изготовления рабочей части ЭИ используют графит марок ЭГ, анизотропный пиролитический графит ПГВ и другие марки графита с высокой электропроводностью (графиты электрощеток), порошки из графита различной дисперсности, электропроводную графитированную ткань, медный провод марки ПЩ, свинец и свинцовую дробь.

Источники тока должны обладать жесткой вольтамперной характеристикой такой как, например, корабельные трансформаторы ОСВМ-4,5, и снабжены блоком выпрямителей, пусковой и контрольно-измерительной аппаратурой. Также могут использоваться автомобильные аккумуляторы. Величина выходного напряжения составляет 12-30 В.

Для подачи электролита в зону обработки используются монжусы и автомобильные компрессоры.

Перечисленное выше оборудование размещают на тележке.

Рабочие части ЭИ съемные и фиксируются на держателе ЭИ, который оснащается кнопками включения и выключения источника тока и компрессора, а также амперметром. Рабочая зона оснащается устройством для удаления паров электролита. Мембраны изготавливаются из любых пористых тканей, например, укрывных или стеклотканей.

Путем использования перечисленных материалов и оборудования в зоне обработки (дезактивации) получают плотность тока до 60 А/дм², что обеспечивает дезактивацию при скорости обработки поверхности в среднем от 5 до 15м²/мин, в зависимости от степени загрязненности поверхности, ее материала, состояния и условий в зоне проведения работ.

В Научно-исследовательском и конструкторском институте монтажной технологии (НИКИМТ) были проведены работы по дезактивации чехлов реакторов атомных подводных лодок с фиксированным поверхностным загрязнением с плотностью потока бета частиц 60–76 част./см²мин. Общая поверхность чехлов, подлежащей дезактивации составила около 1.2 м². После одного цикла дезактивации предложенным способом в течение 8 мин загрязнение было практически удалено (остаточная активность поверхности составила 10 част./см²мин). Поверхность контакта электродов (площадь рабочей части ЭИ) составила 8 см². Обработка выполнялась при напряжении на электродах 26 В.

Изобретение относится к области ядерных технологий и может быть использовано для дезактивации загрязненных радионуклидами неокрашенных металлических поверхностей металлоконструкций, трубопроводов и другого оборудования при ликвидации последствий аварий на ядерно опасных объектах, при снятии их с эксплуатации или ремонте. Техническим результатом является возможность применения способа на участках с любой геометрией, включая внутренние полости, трубы и криволинейные поверхности, а также отсутствие повреждения поверхности, благодаря отсутствию контакта электродов. Для этого при дезактивации неокрашенных металлических поверхностей с фиксированным радиоактивным загрязнением осуществляют анодное растворение поверхности обрабатываемого объекта через пористую мембрану в межэлектродном промежутке. При этом с целью снижения жидких радиоактивных отходов и локализации радиоактивных загрязнений на мембране, ее высушивают проходящим током в процессе работы. За счет применения электродов-инструментов с изменяемыми формами рабочих частей, соответствующих рельефу, формами и размерам обрабатываемых поверхностей, способ применим на поверхностях любой конфигурации и рельефа в стесненной габаритной обстановке, такой как трубы малого диаметра или щели. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ дезактивации неокрашенных металлических поверхностей с фиксированным радиоактивным загрязнением путем анодного растворения поверхности обрабатываемого объекта через пористую мембрану в межэлектродном промежутке, отличающийся тем, что с целью снижения жидких радиоактивных отходов и локализации радиоактивных загрязнений на мембране ее высушивают проходящим током в процессе работы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что он осуществляется на поверхностях любой конфигурации и рельефа в стесненной габаритной обстановке труб малого диаметра или щелей путем применения электродов-инструментов с изменяемыми формами рабочих частей: соответственно с рельефом, формами и размерами обрабатываемых поверхностей.