РОЗРОБКА ОКИСНЮВАЛЬНИХ ТА МЕМБРАННИХ МЕТОДІВ ОЧИЩЕННЯ РІДКИХ РАДІОАКТИВНИХ ВІДХОДІВ З ОБ´ЄКТУ «УКРИТТЯ»

summary

У вступі обговорюється стан наукової проблеми та розкрито її суть, обґрунтовано актуальність теми проведених досліджень, сформульовано задачі та мету роботи, визначено наукову новизну, практичне значення отриманих результатів та особистий внесок здобувача. Наведено дані про апробацію результатів роботи та кількість наукових публікацій.

У першому розділі проведено аналіз літературних даних який свідчить, що переробка РРВ з об’єкту «Укриття» пов’язана з дотриманням ряду критеріїв безпеки, найважливішими з яких є вміст α-випромінювачів і органічних речовин у відходах, що переробляються. Практика хімічного цеху ЧАЕС показала, що наявність органічних сполук в кубових залишках РРВ спричинює забивання змійовиків при їх подальшому концентруванні. Присутність α-випромінюючих ТУЕ з активністю більше 3,7∙10² Бк/дм³ є недопустимою з точки зору безпечного обслуговування сховищ РРВ та наступного їх випарювання перед переведенням у тверді відходи.

Існує спосіб окиснювального очищення кубових залишків Ленінградської АЕС реактивом Фентона і перманганатом калію для зменшення вмісту органічних речовин і наступного застосування фероціанідного сорбенту для зменшення активності радіонуклідів (^134,137Cs, ⁶⁰Cо). Але нині, для незрівнянно більш складної системи, де присутня велика кількість різноманітних органічних речовин і значний вміст α-випромінюючих нуклідів – РРВ і кубових залишків ЧАЕС, відсутні дані по ефективному методу зниження вмісту органічної складової і активності ТУЕ. Тому актуальними є дослідження по розробці методу окиснювального очищення РРВ і кубових залишків РРВ для суттєвого видалення органічних сполук і ТУЕ, а також інших радіонуклідів.

Для очищення РРВ та промислових вод від радіонуклідів і важких металів перспективне застосування реагентних та баромембранних методів. В зв’язку з розробкою нових олігомерів і полімерів в якості комплексотворних агентів для видалення урану і інших нуклідів актуальним є використання комплексотворення і ультрафільтрації. Важливим напрямком досліджень має бути вивчення динамічних мембран при очищенні від радіонуклідів.

На основі огляду літератури сформульовано мету та задачі дослідження.

У другому розділі наведені об’єкти дослідження – РРВ та кубові залишки РРВ з об’єкту «Укриття», що містять радіонукліди цезію, стронцію, урану, плутонію, америцію та кюрію, неорганічні і органічні речовини (солі, поверхнево-активні (ПАР), плівко- і комплексотворні речовини, мінеральні мастила і інші органічні сполуки і продукти їх деструкції), ґрунтові води проммайданчика об’єкту «Укриття» і модельні розчини. В якості комплексотворних агентів використано аміновмісний олігоетер та олігоетер, що містить фосфорнокислі групи, і поліетиленімін (поставка фірми Aldrich, США). Описано методи дослідження фазового розподілу та форм знаходження радіонуклідів.

Для з’ясування активності проб води за ізотопом ¹³⁷Cs використовували
γ-спектрометр з детектором із надчистого германію. Для визначення стронцію ⁹⁰Sr застосовували метод, заснований на видаленні стронцію з азотнокислих розчинів в колонці з насадкою, модифікованою краун-етером. Активність стронцію вимірювали за допомогою радіометру РУБ-01П з блоком детектування БДЖБ-06П1. Концентрацію урану в розчинах визначали фотометрично у вигляді комплексу з арсеназо ІІІ, а також по інтенсивності люмінесценції йонів урану при її збудженні ультрафіолетовим випромінюванням азотного імпульсного лазера. Активність ізотопів Pu, Am і Cm знаходили на α-спектрометричному комплексі фірми Canberra. Похибка вимірювання: ¹³⁷Сs 5 %, ⁹⁰Sr 30 %, U 25 %, Pu, Am, Cm 15 % (Р = 95).

Для визначення кількості органічних сполук використовувався метод визначення біхроматного окиснення. Похибка вимірювання 10 %.

У третьому розділі наведені результати аналізу фазово-дисперсного складу та форм знаходження ізотопів ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr, урану, плутонію, ²⁴¹Am, ²⁴⁴Cm в зразках РРВ з об’єкту «Укриття» на грубодисперсній твердій фазі, колоїдних частинках і в розчиненому стані. Проби РРВ брали з приміщень 012/16 (точка відбору 6), 012/13 (точка відбору 21) та 012/5-8 (точка відбору 32) в 2004-2006 роках. Встановлена наявність великого вмісту ТУЕ (табл.1): активність ізотопів ^{238, 239, 240}Рu досягає
4∙10³ Бк/дм³, ²⁴¹Аm – 5∙10⁵ Бк/дм³, ²⁴⁴Сm – 1∙10³ Бк/дм³ і урану до 30 мг/дм³. При упарюванні РРВ за штатною технологією ЧАЕС сумарний вміст α-випромінювачів значно перевищує допустимі норми для існуючих випарних апаратів.

З’ясовано, що наслідком процесу гідролізу є присутність в розчині як розчинених моно- і поліядерних комплексів різного ступеня ядерності, так і нерозчинних частинок – полімерів колоїдних розмірів і осадів. Частка ізотопів плутонію, америцію і кюрію, адсорбованих на частинках більше 1 мкм складає
11–73 %, на частинках 0,1–1 мкм – 15–67 % і на колоїдних частинках – 0,6–28 % від сумарної активності нуклідів в РРВ. ТУЕ в розчині знаходиться лише деяка невелика їх частина. Отримані незвичні дані про форми знаходження ізотопів ТУЕ і урану. Раніше було встановлено, що ізотопи урану, плутонію затримувалися на аніонообмінній смолі АВ-17-8ч СВ в гідроксильній формі і вказані ізотопи були представлені в розчині аніонними їх сполуками. Так, уран у воді з об’єкту «Укриття» визначався, як аніон [UO₂(CO₃)₂]^2-. У даному випадку відбувалося однакове поглинання йонів урану, плутонію, америцію і кюрію, як на аніонообмінній смолі АВ-17-8ч СВ в ОН^- – формі, так і на катіонообмінній смолі
КУ – 2–8ч СВ в Н⁺ – формі. Вказана поведінка нуклідів, ймовірно, була викликана присутністю в розчині колоїдної фази (частинок розміром 0,01–0,001 мкм), які в слаболужному середовищі (рН 8,8–9,8) могли поглинатися і катіонітом, і аніонітом, в зв’язку з можливою частковою перезарядкою колоїдних частинок.