В УрФУ создали модель контейнера для хранения опасных радиоактивных отходов
Контейнер для хранения отвержденных жидких радиоактивных отходов (ЖРО), способный заменить несколько традиционных, разработали ученые Уральского федерального университета (УрФУ), сообщает 27 сентября пресс-служба вуза.
Контейнер рассчитан на хранение отходов, содержащих цезий-137 и кобальт-60, — наиболее потенциально опасных из всех радиоактивных отходов из-за большого времени полураспада, и обеспечивает защиту от излучения во всех направлениях.
ЖРО образуются в процессе эксплуатации АЭС при удалении радиоактивных изотопов из воды, охлаждающей активную зону реакторов, или при дезактивации оборудования атомных станций во время вывода его из эксплуатации.
Для транспортирования и долгосрочного размещения отходов на объектах хранения используются специальные контейнеры.
Высокая функциональность новых контейнеров, разработанных в УрФУ, обеспечивается их оригинальной конструкцией и структурой: они состоят из трех основных слоев, а не обычных двух.
Внутренняя капсула контейнера изготовляется из нержавеющей стали, промежуточный слой состоит из галлуазитовой глины, а внешний слой, бетонный, образует стенки защитного контейнера. В капсуле ЖРО концентрируются в специальном сорбенте, используемом при ионоселективной очистке.
Смоделированные в УрФУ контейнеры снижают излучение от радиоактивных отходов до безопасного уровня, заменяя каждый 5–6 традиционных контейнеров, так как в капсуле вмещается более 450 тыс. куб см радиоактивных отходов.
Результаты исследований нового контейнера приведены в статье «Моделирование трехслойного контейнера на основе галлуазитовой наноглины для захоронения радиоактивных отходов», опубликованной в журнале Progress in Nuclear Energy.
Выбор нержавеющей стали для непосредственного контакта с жидкими радиоактивными отходами объясняется тем, что она более устойчива к коррозии и не требует защитного покрытия, в отличие от углеродистой стали.
Доцент кафедры атомных станций и возобновляемых источников энергии УрФУ, руководитель исследований и один из авторов статьи Олег Ташлыков рассказал:
«Как правило, такие контейнеры состоят из двух объемов, образующих защитные слои — бетонной стенки и внутренней металлической капсулы с радиоактивным сорбентом (либо внутри контейнера располагается сорбент в цементной матрице). Основным недостатком такой компоновки контейнеров является то, что их экранирующая, то есть защитная, способность ограничена».
Предложенный учеными трехслойный контейнер имеет дополнительный слой между внутренней металлической капсулой и внешней оболочкой. При выборе наполнителя ученые исходили из того, что он должен быть недорогим и при этом эффективно снижать гамма-излучение, испускаемое радиоизотопами, расположенными внутри контейнера.
Ученые в качестве материала для промежуточного слоя исследовали защитные свойства галлуазита — мелкодисперсной наноразмерной белой глины с химическим составом, богатым алюминием и кремнием.
Моделирование значений поглощенной дозы и мощности эквивалентной дозы излучения в детекторах, которые располагались за стенками контейнера, продемонстрировало, что при увеличении толщины внутренней капсулы до 3 см поглощается почти 83% гамма-фотонов, испускаемых РАО.
При толщине наполнителя из галлуазита в 17 см мощность эквивалентной дозы снижается еще примерно на 15%. А 15-сантиметровая бетонная стенка контейнера снижает мощность эквивалентной дозы излучения до безопасных значений.
Олег Ташлыков пояснил принцип работы новой конструкции: «Поглощенная доза уменьшается по мере увеличения толщины стенки капсулы с радиоактивными отходами и слоя галлуазитового наполнителя, потому что увеличивается расстояние, которое проходят гамма-фотоны в эффективно экранирующих материалах».
«Число их взаимодействий с окружающими атомами растет. Сталкиваясь с атомами, они теряют большую часть своей энергии. При этом контейнер обеспечивает защиту от излучения во всех направлениях от контейнера и соблюдение требований по радиационной безопасности при их хранении», — заключил ученый.
Моделирование также показало, что использование предлагаемой модели для переработки одинакового объема ЖРО снизит в пять-шесть раз потребность в контейнерах, чем при традиционной схеме, когда сорбент, содержащий радиоактивные изотопы, смешивается с цементным раствором и размещается внутри контейнера. Это делает разработанный контейнер перспективным для хранения отвержденных ЖРО.
Ученые УрФУ продолжают исследования в поиске оптимальной структуры защитных контейнеров для экономичного и максимально безопасного транспортирования и хранения жидких радиоактивных отходов.
