Способ длительного хранения отработавшего ядерного топлива

 

Изобретение относится к технологии длительного хранения отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) АЭС в водном бассейне. Цель изобретения - улучшение радиационной обстановки за счет снижения уровня радиоактивности воды в бассейне и улучшение экологии обстановки. Изобретение заключается в том, что одновременно при очистке проводят насыщение воды бассейна хранения ОЯТ воздухом до предельной растворимости последнего (15-18)·10^-6м³/л. Одновременно проводится перемешивание путем барботажа воздухом в течение 3-4 сут. со скоростью 18-20 м³/ч. В бассейне хранения ОЯТ установлена система подвода воздуха на высоте, которая соотносится с глубиной бассейна как (0,8-1,0):10. Введение воздуха изменяет pH в кислую область, что улучшает растворимость продуктов коррозии. Одновременное перемешивание приводит к снижению концентрации радионуклидов в воде бассейна и улучшению радиационной обстановки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к технологии длительного хранения отработавшего ядерного топлива АЭС, а именно к области поддержания радиационной безопасности в помещениях бассейнов хранения при АЭС. Цель изобретения улучшение радиационной обстановки. На чертеже представлена схема водного бассейна, реализующего способ длительного хранения отработавшего ядерного топлива. На чертеже приняты следующие обозначения: 1 бассейн прямоугольной формы и глубиной 10-12 м, 2 перекрытие, 3 пеналы с отработавшим топливом, 4 заборный трубопровод, соединенный с системой очистки (на чертеже не показана), 5 коллекторы с отверстиями, 6 шланги для подвода воздуха к коллекторам. Способ осуществляется следующим образом. После предварительной выдержки в бассейне при реакторе отработавшее ядерное топливо передают на длительное хранение (более 10 лет) в здание-хранилище, где топливные сборки размещаются в пеналах 3 и развешиваются на металлическом перекрытии 2 бассейна 1 хранения. Поверхность отработавшего ядерного топлива покрыта радиоактивными продуктами коррозии, часть топлива негерметична. В результате в охлаждающую воду бассейна попадают растворимые и нерастворимые радионуклиды, в основном Fe⁵⁹, Co⁶⁰, Cs¹³⁴, Cs¹³⁷, причем основными носителями радиоактивности являются продукты коррозии. Часть радионуклидов сорбирована продуктами коррозии, находящимися во взвешенном виде в воде бассейна или на поверхности дна, стенок и конструкций бассейна. Суммарная активность до 10^-6 Ки/л. Для поддержания качества воды бассейнов на уровне нормируемых показателей периодически по мере увеличения общей активности воды больше предельно допустимой концентрации проводят насыщение воды воздухом до его предельной растворимости (15-18) ˙10^-6 м³/л при работающей системе очистки. При этом увеличивается растворимость радиоактивных продуктов коррозии, главным образом, продуктами коррозии железа и кобальта. Поскольку насыщение воды воздухом проводится путем барботажа из коллекторов 5, расположенных в нижней части бассейна 1, то при этом происходит одновременное перемешивание воды бассейна, что способствует как смыву с поверхностей пеналов и стенок бассейна рыхлых слоев продуктов коррозии, так и улучшению их растворимости, особенно мелкодисперсной фракции, которая составляет почти 80% от общего количества продуктов. В связи с тем, что поверхность бассейна открыта и вода, особенно верхние слои, находится в равновесии с воздухом, т. е. насыщена углекислотой, то водородный показатель рН в верхней части бассейна обычно находится на уровне 5,6-5,8. Насыщение же воды кислородом и азотом воздуха до его предельной растворимости (15-18)˙10^-6 м³/л приводит к сдвигу водородного показателя в более кислую область до 5,0-5,2 и установлению этого значения по всему объему бассейна за счет перемешивания воды. Изменение водородного показателя также способствует увеличению растворимости продуктов коррозии. Таким образом, увеличивается общее количество растворенных примесей. Увеличение концентрации радиоактивных примесей в воде, поступающей на систему очистки, приводит к увеличению общей эффективности очистки, так как за то же время из воды на фильтрах выводится большее количество радиоактивных примесей, чем без барботажа и насыщения воды бассейна хранения воздухом. Скорость подачи воздуха 18-20 м³/ч выбрана с учетом того, что вода должна равномерно перемешиваться, но в то же время не выплескиваться (более 20 м³/ч) и обеспечивать смыв рыхлых продуктов коррозии, отложившихся на поверхности пеналов, стен и дна (не менее 18 м³/ч). Барботаж воздухом воды бассейна хранения проводится в течение 3-4 сут время полного обмена воды бассейна (с учетом объема бассейна и производительности системы очистки). После прекращения барботажа воздухом система очистки продолжает работать еще в течение нескольких дней с тем, чтобы вывести все растворенные радиоактивные продукты коррозии, оставшиеся в воде, что и приводит к резкому снижению общей активности воды бассейна и улучшает радиационную обстановку. Коллекторы 5 установлены на высоте от дна бассейна, которая соотносится с глубиной бассейна как (0,8-1,0): 10. Данная высота выбрана экспериментально. Коллекторы 5 не могут быть опущены на дно, так как на них находится большое количество шлама, и не могут быть подняты выше низа пеналов 3. Изобретение иллюстрируется следующими примерами. П р и м е р 1. Способ был осуществлен в лабораторных условиях в серии опытов по изучению влияния рН на растворимость различных форм железа-лепидокрокита (αFeOOH) и магнетита (Fe₃O₄). Лепидокрокит и магнетит составляют основную часть продуктов коррозии, находящихся в воде бассейна хранения. Измерения проводились при 298 К. (см. табл. 1). Эти результаты и позволили рекомендовать для улучшения радиационной безопасности помещения, где хранятся сотни тонн отработавшего ядерного топлива, провести изменение рН воды бассейна хранения, сместив его в более кислую область с помощью кислорода, азота и углекислого газа, содержащихся в воздухе (до 5,0-5,2). П р и м е р 2. Испытания проводились в бассейне хранения отработавшего ядерного топлива (объем бассейна 1600 м³). Измерения проводились в двух режимах: без барботажа (работа в "штатном" режиме с подключением системы очистки воды производительностью 50 м³/ч в течение 7 дней); с барботажем (работа в штатном режиме с подключением системы очистки воды производительностью 50 м³/ч и одновременным барботажем воздуха через коллекторы 5 в течение 3-4 дней). Барботаж воздуха производится через три перфорированных коллектора 5 длиной до 6 м, подвешенных на тросах в нижней части бассейна. Скорость подачи воздуха 18-20 м³/ч (см. табл. 2). Если же систему подвода воздуха устанавливали на дне, то установка коллектора 5 на дно бассейна 1 нецелесообразна, так как для выведения растворенных продуктов коррозии после прекращения подачи воздуха требовалось, чтобы система очистки продолжала работать еще в течение 10 дней. В начальный период происходит кратковременное увеличение концентрации радионуклидов в воде бассейна, а затем ее резкое снижение за счет эффективного вывода радионуклидов на системе очистки воды. Снижение концентрации радионуклидов в воде бассейна за 7 дней происходит в 25-35 раз от начального значения. При этом в "штатном" режиме за это же время концентрация радионуклидов снижается в 2,0-2,5 раза. Причем нижний предел достигаемого снижения определяется интенсивностью поступления в воду "свежесорбированных" радионуклидов. Включение барботажа вызывает растворение поверхностных слоев отложений продуктов коррозии, освобождение (начальный "всплеск" концентрации радионуклидов), а также интенсивное перемешивание воды в бассейне и связанное с этим ускорение движения взвесей к точке отбора на систему очистки воды. В этом случае нижний предел концентрации радионуклидов определяется эффективностью работы системы очистки, так как скорость поступления радионуклидов на очистку превышает скорость поступления их в воду с поверхностей пеналов с отработавшим ядерным топливом и облицовки бассейна хранения. Изобретение позволяет существенно уменьшить концентрацию радионуклидов в воде бассейнов хранения, а за счет этого значительно улучшить радиационную обстановку в помещениях, где хранится отработавшее ядерное топливо.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ДЛИТЕЛЬНОГО ХРАНЕНИЯ ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА путем погружения пеналов с отработавшим топливом в бассейн с водой и периодического выведения радиоактивных продуктов коррозии и радионуклидов на системе очистки, отличающийся тем, что, с целью улучшения радиационной обстановки, одновременно при очистке проводят насыщение воды бассейна воздухом до предельной растворимости (15-18) · 10^-6 м³/л с одновременным перемешиванием путем барботажа воздухом в течение 3-4 сут со скоростью 18-20 м/ч. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подвод воздуха осуществляют от дна бассейна на высоте (0,8-1,0) · 10^-1 от глубины бассейна.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3