Способ повышения эффективности локализации поверхностных радиоактивных загрязнений вспененными пленкообразующими композициями
Владельцы патента RU 2321910:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк" (RU)
Изобретение относится к атомной энергетике и радиохимической промышленности, в частности к способу локализации поверхностных радиоактивных загрязнений при проведении работ по ремонту и демонтажу оборудования, выводу из эксплуатации ядерных объектов. На загрязненную радиоактивными веществами поверхность наносят слой пены, содержащей пленкообразующее вещество, которое непосредственно после нанесения разрушается механическим способом. Изобретение позволяет увеличивать толщину защитной пленки и повышать эффективность локализации. 2 табл.
Изобретение относится к атомной энергетике и радиохимической промышленности, в частности к способу локализации поверхностных радиоактивных загрязнений при проведении работ по ремонту и демонтажу оборудования, выводу из эксплуатации ядерных объектов с использованием вспененных композиций, содержащих пленкообразующие вещества.
Локализация радиоактивных загрязнений является необходимым элементом проведения работ в условиях, когда эффективная дезактивация невозможна или затруднена. Пены, содержащие пленкообразующие вещества, во многих случаях, в частности в труднодоступных или высокозагрязненных местах, являются единственным способом нанесения защитных покрытий. Обработка объектов локализующими пенами может быть выполнена с малыми затратами времени, ручного труда и приводит к повышению уровня безопасности работ и снижению дозовых нагрузок на персонал.
Известен способ перевода пленкообразующих композиций во вспененное состояние путем введения в раствор поверхностно-активных веществ в концентрациях, обеспечивающих необходимое пенообразование [патент России №2194321, 7 G21F 9/18, 9/34. Способ локализации поверхностных радиоактивных загрязнений / Арсентьева Н.В., Емельянов Н.М., Кладченко С.Ю., Ровный С.И. 10.12.2002, Бюл. №34]. Обработка радиоактивно загрязненных поверхностей пенами на основе поливинилового спирта и сульфонола приводит к снижению остаточной нефиксированной загрязненности.
Достижению указанного ниже технического результата препятствует то, что в определенных случаях формируются защитные пленки малой толщины.
Наиболее близким способом того же назначения заявляемому изобретению по совокупности признаков является способ локализации продуктов деления на металлических поверхностях пенами на основе поливинилового спирта и неионогенного поверхностно-активного вещества ОП-10 [Ровный С.И., Арсентьева Н.В., Емельянов Н.М., Казакевич Ю.В. Вспененные композиции для улучшения радиационной обстановки при выводе из эксплуатации ядерных объектов. / Атомная энергия, 2002, вып.5, с.372-376], принятый за прототип. Наиболее важным фактором, способствующим высокой эффективности локализации, является толщина сформировавшейся защитной пленки.
Формированию более толстых защитных пленок, помимо прочих факторов, препятствует капиллярное разрежение в пене (ΔР), характеризующее разность давлений в газовой фазе и пенообразующей жидкости [Канн К.Б. Капиллярная гидродинамика пен. Новосибирск, Наука, 1989, с.95], связанное с параметрами пены соотношением
где ΔР - капиллярное разрежение;
σ - поверхностное натяжение;
k - коэффициент, зависящий от дисперсности пены,
K - кратность пены;
r - радиус пузырька пены.
Величина капиллярного разрежения увеличивается во времени за счет неизбежного синерезиса, приводящего к увеличению кратности пены, и способствует переносу накопившейся на поверхности пенообразующей жидкости в объем пены и, соответственно, снижению толщины защитной пленки. Время контакта защищаемой поверхности (10-30 минут) в прототипе и аналоге определялось временем естественного разрушения пены.
Задачей изобретения является создание способа повышения толщины защитной пленки и, соответственно, эффективности локализующего действия пен применительно к композициям, содержащим любые пленкообразующие и поверхностно-активные вещества, и пенам с различными показателями устойчивости.
Технический результат при осуществлении изобретения состоит в том, что в заявляемом способе локализующие пены непосредственно после нанесения на защищаемые поверхности разрушаются механическим способом (например, сжатым воздухом). Разрушение пены снижает время контакта пенообразующей жидкости с высокократной пеной, повышает долю полезно используемой пенообразующей жидкости и, соответственно, увеличивает толщину защитной пленки.
Способ осуществляется следующим образом.
Подготовленный к локализации объект с помощью существующих средств пеногенерации (пеногенераторы ГВП-500 и др.) покрывается снаружи или заполняются изнутри пеной, которая непосредственно после нанесения разрушается воздействием потока сжатого воздуха. Последующие работы на объекте проводятся после формирования твердых защитных пленок.
Пример 1. Для определения влияния времени контакта поверхности нержавеющей стали с пеной на основе 7% поливинилового спирта и 1% ОП-10 на удельную массу нанесенной пенообразующей жидкости образцы с площадью поверхности 10,4 см2 приводили в контакт с пенами различной кратности на разное время (при высоте слоя пены 5 см). Удельную массу нанесенной пенообразующей жидкости определяли гравиметрическим методом, взвешивая образцы до и после контакта с пеной. Результаты испытаний приведены в табл.1.
| Таблица 1 | ||
| Влияние времени контакта нержавеющих образцов с пеной и кратности пены на удельную массу нанесенной пенообразующей жидкости | ||
| Время контакта, мин | Удельная масса, г/м2 при начальной кратности пены | |
| 93 | 152 | |
| 0,2 | 84,13 | 74,81 |
| 1,5 | 67,20 | 38,94 |
| 2,0 | 55,48 | 29,80 |
| 3,0 | 34,40 | 22,69 |
| 4,5 | 26,92 | 20,11 |
Приведенные результаты показывают значительное снижение удельной массы накопленной на поверхности жидкости с увеличением времени контакта с пеной.
Пример 2. Для оценки влияния времени контакта нержавеющей стали с пеной и ее кратности на эффективность локализации образцы, оговоренные в примере 1, загрязняли продуктами деления (Sr-90, Cs-137, Ru-106), приводили на разное время в контакт с пеной на основе пенообразующего раствора, оговоренного в примере 1. Пену после необходимого времени контакта разрушали сжатым воздухом. Толщину локализующей пленки определяли гравиметрическим методом после сушки на воздухе в течение 24 часов. За начальную загрязненность принимали плотность потока β-излучения. Остаточную снимаемую загрязненность определяли стандартным методом сухого мазка. Результаты испытаний приведены в табл.2.
| Таблица 2 | |||
| Влияние времени контакта образцов с пеной и ее кратности на параметры локализации при разрушении пены сжатым воздухом | |||
| Время контакта до разрушения пены, мин | Толщина пленки, г/м2 | Начальная загрязненность, 1/см2мин | Остаточная снимаемая загрязненность, 1/см2мин |
| Начальная кратность пены 85 | |||
| 0,8 | 3,8 | 24300 | 110 |
| 1,8 | 4,8 | 31400 | 270 |
| 3,1 | 3,9 | 32500 | 260 |
| 6,0 | 4.0 | 34600 | 130 |
| 9,0* | 2,1 | 38500 | 300 |
| Начальная кратность пены 125 | |||
| 0,3 | 6,3 | 26700 | 100 |
| 1,2 | 5,2 | 29200 | 180 |
| 2,0 | 4,2 | 24500 | 270 |
| 9,3* | 1,2 | 22550 | 320 |
| * Естественное разрушение пены |
Из приведенных данных следует, что, несмотря на то, что пены являются термодинамически неустойчивыми системами, а разрушение их сжатым воздухом трудноконтролируемым процессом, снижение времени контакта локализуемых поверхностей с пенами увеличивает толщину защитной пленки и повышает эффективность локализации.
Способ повышения эффективности локализации поверхностных радиоактивных загрязнений вспененными пленкообразующими композициями, включающий нанесение на загрязненные радиоактивными веществами поверхности слоя пены, содержащей пленкообразующее вещество, отличающийся тем, что нанесенный слой локализующей пены разрушается механическим способом (например, сжатым воздухом) непосредственно после его нанесения.
