俄罗斯开发新的去污技术

Rosatom 燃料公司 TVEL 和特洛伊茨克创新与热核研究所 (TRINITI) 开发了一种技术，可以使用臭氧浴对受辐射污染的金属设备进行净化。TVEL表示，它的效率比国外同行高得多，并且可以显着减少处理二次液体放射性废物所需的时间。

由耐腐蚀钢制成的核电厂设备通常采用化学方法进行去污。需要去除残留放射性的元素使用特殊溶液长时间清洗，包括高锰酸钾作为碱，然后是酸。该过程需要 6-8 小时，成本高，并且会导致形成大量二次液体放射性废物 (LRW)。

受 TVEL 委托，TRINITI 专家开发了一种替代方法。不使用高锰酸钾溶液，而是将高浓度臭氧气泡饱和的水倒入设备腔体或去污浴中，并加热至 95ºC。臭氧是一种非侵蚀性、环保的强氧化剂。TRINITI 的项目经理 Igor Vtorushin 说，使用这种水气混合物进行清洁只需 20 分钟。这不仅节省了时间和资源，而且更安全——清洁过程越快，辐射剂量越低。

它也更有效率。用高锰酸钾溶液在去污浴中大量“沐浴”受放射性污染的产品需要反复更换试剂。Vtorushin 解释说：“与高锰酸钾不同，臭氧不会向 LRW 中引入任何其他化合物。使用后，含臭氧的水无需更换，只需增加臭氧含量即可添加气泡。LRW 的体积即使经过三到四个纯化循环也没有变化。”

TVEL 核与辐射危险设施退役首席专家 Alexander Ermakov 说：“二次 LRW 的回收既复杂又昂贵，它需要收集和运输系统、加工和固化装置。特殊容器中的固化产品，在暂存后，被转移到放射性废物处理场所。” 整个链条涉及大量的技术工作和巨大的财务成本。Ermakov 解释道：“我们的技术不使用这么多化学危险试剂——我们的试剂是臭氧，一种氧气，处理前后，零件用草酸溶液清洗，但其浓度较弱，进入 LRW 的试剂减少了十倍。结果，LRW 的处理得到简化，我们可以将更少的废物送到处置场。”

臭氧的使用并非俄罗斯独有。以东芝为例，采用臭氧水溶液去污，但溶解氧化膜的操作温度仅为70℃。然而，臭氧的溶解度随着温度升高而降低，因此其在溶液中的浓度降低。随着温度的升高，钢上氧化膜的松散速度和其中所含放射性核素向臭氧溶液中的转变速度急剧增加。TRINITi 科学家通过使用气态高浓度臭氧向前迈出了重要一步。这使得将介质温度提高到 95ºC 成为可能，并且在此温度下臭氧几乎不溶于水。

“在接近 95ºC 的温度下，氧化铬不会与溶解在水中的臭氧发生激烈反应，而是与通过气泡中的薄水层扩散的气态臭氧发生激烈反应，”Vtorushin 解释道。“气泡越小，水膜越薄，臭氧的扩散和氧化铬的氧化就越快。我们为工厂配备了臭氧发生器，可以生产浓度超过 200 mg/l 的臭氧。外国类似物的最大值为 100 mg/l。浓缩臭氧和在液相高温下控制气相分散提供了优势。”

TRINITI建造了一个用于测试高浓度臭氧净化模式的实验台和一个用于NPP管道设备净化的可移动模块化支架。“现在的开发处于模型实验阶段——使用具有真实设备尺寸的元素。今年计划在真实物体上进行测试，”Ermakov 说。正式的全面测试将在 Seversk 的铀-石墨反应堆退役试点和示范中心的蒸汽发生器上进行。一个模块化的展台将被送到那里。与此同时，另一个地点正在筹备中——位于奥焦尔斯克的玛雅克放射化工厂。

玛雅克中央实验室测试实验室负责人 Natalya Kuznetsova 说：“他们决定使用这项技术来净化由耐腐蚀含铬合金和钢制成的拆卸式可折叠设备。”TRINITI 专家正在估算升级放射化工厂净化场以实施新技术的成本。如果台架试验成功，到 2025 年，使用高浓度臭氧去污的实验设备将在 Rosatom 企业投入使用。