Науковці Інституту загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України розробили метод електрохімічного вилучення радіонуклідного забруднення з поверхонь технологічного обладнання атомних електростанцій. Метод пройшов успішну апробацію на Чорнобильській атомній електростанції та Дослідницькому ядерному реакторі Інституту ядерних досліджень НАН України. За підсумками випробувань створено пристрій для електрохімічної дезактивації металевих поверхонь обладнання у нестаціонарних умовах і розроблено конструкторсько-технологічну документацію для його серійного виготовлення.
Україна має власну атомну енергетику, яку розвиватиме і в майбутньому. Тому актуальними задачами є забезпечення високого рівня безпеки обслуговуючого персоналу, зменшення екологічного тиску на довкілля. За нормативними документами, обладнання атомних електростанцій та експериментальних реакторів (теплообмінна апаратура, трубопроводи і з’єднання, пристрої для завантаження тепловидільних елементів тощо) слід періодично оглядати для виявлення ушкоджень і профілактичного ремонту. У процесі експлуатації це обладнання забруднюється радіонуклідами, стаючи джерелом підвищеної небезпеки для обслуговуючого персоналу й довкілля, тож потребує дезактивації. З огляду на події, що трапилися на Чорнобильській атомній електростанції (ЧАЕС) 1986 року, проблема дезактивації технологічного обладнання в Україні є ще гострішою, ніж у будь-якій іншій країні світу. Необхідність дезактивації особливо цінного обладнання і техніки потребує створення ефективних технологій та устаткування, що відповідали б міжнародним стандартам.
Радіонукліди накопичуються здебільшого в дефектах (мікротріщинах і мікровпадинах) поверхневого шару обладнання, сформованого оксидними сполуками. Видалити їх (радіонукліди) можна механічними, хімічними й електрохімічними методами. Товщина цього шару оцінюється у близько 50 мкм.
Аналіз сучасного стану проблеми показав, що серед відомих нині методів вилучення радіонуклідного забруднення (до них належать хімічний, механічний, абразивний та електрохімічний) лиш електрохімічний метод забезпечує високу інтенсивність розчинення поверхневого шару та якісну дезактивацію при невисоких питомих витратах реактивів і електроенергії, забезпечуючи при цьому збереження початкової форми, розмірів, якості обробки та механічних властивостей поверхонь обладнання.
Суть електрохімічної дезактивації полягає у руйнуванні поверхневого шару забрудненого обладнання під дією електричного струму (постійного, змінного струму та змінної полярності) та переведенні елементів, які його утворюють, у сполуки, що накопичуються в розчинах, за допомогою яких виконують цю операцію.
Слід зазначити, що відомі методи електрохімічного видалення радіонуклідів у стаціонарних умовах практично не придатні для дезактивації обладнання великих габаритних розмірів. Таке обладнання потребує створення ванн відповідних розмірів, що обумовлює великі питомі витрати реагентів та електроенергії, не забезпечує вилучення радіонуклідів зі внутрішніх поверхонь (наприклад, поверхонь трубопроводів).
Фахівці Інституту загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України розробили пристрій, який дозволяє уникнути цих недоліків.
Суть розробки полягає в тому, що поверхню, яку необхідно дезактивувати, з’єднують із позитивним полюсом джерела постійного струму (або роблять одним з електродів, якщо використовують змінний струм). Поступальними рухами нею переміщують катод, який контактує з анодом через шар пористого діелектричного матеріалу, насиченого розчином, за допомогою якого вилучають радіонукліди (рис.1).
 Рис.1. Принцип вилучення радіонуклідів у режимі виносного електроду з відкритих (на схемі ліворуч) і внутрішніх (праворуч) поверхонь |
Розроблений науковцями виносний електрод (катод) оснащено телескопічною штангою, на якій змонтовано пристрої, що забезпечують живлення електричним струмом, безперервну подачу розчину у пористий діелектрик, переміщення поверхнею аноду з будь-яким нахилом, швидку заміну пористого матеріалу при насиченні його радіонуклідами, не допускає контакту обслуговуючого персоналу із джерелом радіоактивного забруднення (рис.2).
 Рис.2. Загальний вигляд виносного електроду (ліворуч) і робочої зони без пористого матеріалу (посередині) та з ним (праворуч) |
Радіонукліди, що переходять у розчин при електролізі, накопичуються в пористому матеріалі. Як пористий матеріал рекомендовані кремнеземні або базальтові багатошарові тканини. Вони мають високу здатність утримувати робочі розчини та сорбувати радіонукліди, які переходять у розчин під час електрохімічної обробки. Питомі витрати розчину при використанні цих матеріалів оцінюються приблизно у 3-4 мл/дм2 поверхні. На відміну від стаціонарного режиму, розроблений метод дозволяє дезактивувати обладнання без демонтажу з місця експлуатації та без обмежень за розмірами.
На відміну від електрохімічної дезактивації у стаціонарних ваннах, яка супроводжується накопиченням значних об’ємів відпрацьованих розчинів, забруднених радіонуклідами, що, своєю чергою, потребує додаткових операцій знешкодження й захоронення, використання виносного електроду дозволяє локалізувати радіонуклідне забруднення в невеликих об’ємах пористих діелектричних матеріалів, придатних для тривалого зберігання або регенерації.
Створене обладнання вчені Інституту загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України протестували спільно з колегами із Дослідницького ядерного реактору Інституту ядерних досліджень НАН України (на фото нижче).
 Під час експериментів з електрохімічної дезактивації та обговорення отриманих результатів на Чорнобильській АЕС (ліворуч) і на Дослідницькому реакторі Інституту ядерних досліджень НАН України (праворуч) |
 Фрагменти обладнання після електрохімічної дезактивації |
Отримані результати показали, що електрохімічна дезактивація дозволяє зменшити рівень забруднення поверхонь різних фрагментів технологічного обладнання до норм, що допускають безпечну експлуатацію обслуговуючим персоналом.
Автори розробки:
− завідувач відділу електрохімії та технології неорганічних матеріалів Інституту загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України член-кореспондент НАН України Анатолій Омельчук;
− старший науковий співробітник цього відділу кандидат хімічних наук Інституту загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України Інна Юденкова;
− доцент кафедри теоретичної механіки Національного університету харчових технологій кандидат технічних наук Микола Масло;
− заступник головного інженера Дослідницького ядерного реактору Інституту ядерних досліджень НАН України кандидат технічних наук
Валерій Шевель. Зліва направо: член-кореспондент НАН України Анатолій Омельчук, кандидат хімічних наук Інна Юденкова, кандидат технічних наук Микола Масло, кандидат технічних наук Валерій Шевель |
Публікації та патенти
1.
Омельчук А.О., Юденкова І.М., Шевель В.М. Електрохімічна дезактивація радіоактивно забрудненого технологічного обладнання. // Наука та інновації. – 2012. – Т.8, №1. – С.77-86.
2.
Омельчук А.О., Юденкова І.М., Шевель В.М., Масло М.А. Електрохімічна дезактивація поверхонь. // Хімія, фізика та технологія поверхні. – 2015. – Т.6, №1. – С.122–134.
3.
Omel’chuk A. A., Yang Li Qiang, Yudenkova I. N., Maslo N. A., Huang Jian Wen. Electrochemical decontamination. – Proceedings of the 3rd International Multi-Conference on Engineering and Technological Innovation: IMETI 2010 (June 29th – July 2nd, 2010 – Orlando, Florida, USA). – V1. − PP.281–286.
4.
Патент № 60694 А. Україна, С25F 7/00, С25F 3/00.
Електрод для електрохімічної дезактивації та обробки металічних поверхонь. / Зарубицький О.Г., Омельчук А.О., Будник В.Г., Юденкова І.М., Козін В.Х. – Опубл. 15.10.2003 р. Бюл. №13.
За інформацією Інституту загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України