7.5. Обработка радиоактивных отходов

Твердые и жидкие радиоактивные отходы должны быть концентрированы для обеспечения безопасности обработки и хранения (временного или постоянного). Это достигается за счет уменьшения их объемов отверждения. Конечный продукт должен иметь устойчивость к меха­ническим, химическим воздействиям и к собственному ионизирующему |^лучению, а также хорошо проводить генерируемую в отходах теплоту.

7.5.1. Обработка отходов при переработке топлива 1-У\/В

7.5.1.1. Отверждение и хранение жидких отходов высокой удельной активности

Растворы отходов высокой удельной активности (ОВУА), образующиеся при экстракции урана и плутония в процессе переработки отработавшего топлива 13УК, концентрируют путем выпаривания. При этом их объем сокращается примерно в 10 раз и составляет 0,5 м³ жидких отходов на 1 т отработавшего топлива (см. рис. 7.6). Упаренный концентрированный раствор ОВУА закачивают в баки из кислотостойкой стали ||:(рис. 7.11). Баки с учетом возможности протечек устанавливают на ^Поддоны, выполненные из нержавеющей стали. Ввиду сильного ионизирующего излучения отходов баки устанавливают в горячие камеры, ко­торые изнутри покрыты сталью. Для отвода теплоты, выделяемой про­дуктами деления и актинидами, и охлаждения высокоактивного раство­ра баки оснащают змеевиками, по которым циркулирует охлаждающая вода 'с температурой не выше 65 °С. Предумотрены также резервные баки, имеющие достаточную вместимость. В таких условиях растворы ОВУА могут содержаться по крайней мере 20 — 30 лет.

Рис. 7.11. Различные виды отходов при переработке (КРА)

Для отверждения жидких ОВУА в качестве первого шага применяют кальцинацию, т. е. удаление жидкости из высокоактивного раствора прокаливанием при высоких температурах (900 °С). При этом образу­ются нитраты или оксиды металлов. Применяется также другой способ, с помощью которого раствор высокоактивных отходов может быть де-нитрирован добавлением горячей муравьиной кислоты, в результате чего при кальцинации образуются только оксиды. Известны четыре различных технологии кальцинации: в тиглях, в кипящем слое, путем разбрызги­вания и в ротационных трубах. Однако продукты кальцинации недоста­точно устойчивы к выщелачиванию. Кроме того, они не обладают высо­кой теплопроводностью и механической прочностью. Поэтому они рас­сматриваются лишь как промежуточные продукты, которые могут быть преобразованы в стеклообразные или керамические материалы. Образо­ванная из них смесь может быть разбавлена с добавлением кремния, бора или фосфора при температуре 1000 - 1200 °С и превращена в три типа стекла: боросиликатное, фосфатное и борофосфатное. Наибольшее признание получили боросиликатные стекла, допускающие хранение при температуре до 200 °С.

Все высокоактивные отходы, получаемые при переработке из ежегод­но выгружаемого топлива Ь^УК мощностью 1 ГВт(эл.), после отвержде­ния и остекловывания будут преобразованы в концентрированные отхо­ды объемом 2,5 —5м³. Соответственно на каждую тонну тяжелого ме­талла отработавшего топлива 1ЛУК будет приходиться 0,07 - 0,15 м³ остеклованных отходов. Блоки боросиликатного стекла получают, зали­вая соответствующий расплав в стальные канистры. Применяют и другой интересный способ отверждения, состоящий во внедрении фосфатного или боросиликатного стекла в металлическую матрицу в виде стеклян­ного бисера или стойких к выщелачиванию керамических гранул.

Стеклянные блоки, отлитые в стальных канистрах, имеют объем 77 -180 л. Стальные канистры завариваются и охлаждаются во временном хранилище до их отправки на окончательное захоронение.