Изучение возможности дезактивации загрязненных образцов растворами на основе кавитационно-активированной воды Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ОХРАНА ТРУДА И ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ LABOR PROTECTION AND INDUSTRIAL SAFETY

Оригинальная статья / Original article УДК 504.064.45; 614.876

DOI: http://dx.doi.org/10.21285/1814-3520-2018-3-36-43

«

ь

ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ДЕЗАКТИВАЦИИ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ОБРАЗЦОВ РАСТВОРАМИ НА ОСНОВЕ КАВИТАЦИОННО-АКТИВИРОВАННОЙ ВОДЫ

1 9

© В.В. Шеленкова1, Т.А. Кулагина2

Сибирский федеральный университет,

660041, Российская Федерация, г. Красноярск, пр. Свободный, 79.

ЦЕЛЬ. Поверхностное радиоактивное загрязнение является значимым фактором радиационного воздействия на персонал при проведении работ с использованием источников ионизирующего излучения. Поэтому в целях исключения дополнительных источников облучения персонала, образования радиоактивных аэрозолей и разноса радиоактивных загрязнений необходимо своевременно проводить дезактивацию оборудования, средств индивидуальной защиты и других загрязненных радиоактивными веществами поверхностей. Целью представленного исследования являлась отработка технологии дезактивации нержавеющей стали. МЕТОДЫ. Наиболее распространенными в настоящее время являются механические и химические методы дезактивации. Перед дезактивацией были измерены следующие радиационные параметры: гамма-излучение от образца, поверхностное радиоактивное бета-загрязнение. Измерения проводили дозиметром-радиометром МКС-АТ1117М с блоками детектирования БДПБ-01, БДКГ-03. РЕЗУЛЬТАТЫ. В настоящей статье приводятся результаты эксперимента по дезактивации загрязненных образцов нержавеющей стали дезактивирующими растворами различных составов. Особое внимание уделено рассмотрению результатов эксперимента по дезактивации образцов с использованием кавитационно-активированной воды. ВЫВОДЫ. Исходя из полученных результатов, можно сделать предположение, что растворы на основе кавитационно-активированной воды более эффективны при дезактивации поверхностей с радиоактивным загрязнением. Для повышения эффективности дезактивацию необходимо проводить в соответствии с условиями, описанными в данной статье.

Ключевые слова: радиоактивное загрязнение, атомная электростанция; дезактивация, профессиональные риски.

Информация о статье. Дата поступления 20 июля 2018 г.; дата принятия к печати 22 августа 2018 г.; дата он-лайн-размещения 28 сентября 2018 г.

Формат цитирования: Шеленкова В.В., Кулагина Т.А. Изучение возможности дезактивации загрязненных образцов растворами на основе кавитационно-активированной воды // XXI век. Техносферная безопасность. 2018. Т. 3. № 3. С. 36-43. DOI: 10.21285/1814-3520-2018-3-36-43

POSSIBILITY OF DECONTAMINATION OF CONTAMINATED SAMPLES USING SOLUTIONS WITH CAVITATION-ACTIVATED WATER

Veronika V. Shelenkova, Tatyana A. Kulagina

Siberian Federal University,

79, Svobodny pr., Krasnoyarsk, Russian Federation, 660041

1

Шеленкова Вероника Вячеславовна, аспирант, e-mail: tak.sfu@gmail.com Veronika V. Shelenkova, Postgraduate Student, e-mail: tak.sfu@gmail.com

2Кулагина Татьяна Анатольевна, доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой Инженерной экологии и безопасности жизнедеятельности, e-mail: tak.sfu@gmail.com

Tatyana A. Kulagina, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Engineering Ecology and Life Safety, e-mail: tak.sfu@gmail.com

Том 3, № 3 2018 XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ Vol. 3, no. 3 2018 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISNN 2500-1582

и

и

ОХРАНА ТРУДА И ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ LABOR PROTECTION AND INDUSTRIAL SAFETY

PURPOSE. Surface radioactive contamination is a significant factor of the radiation influence on the staff dealing with sources of ionizing radiation. Therefore, to eliminate additional sources of radiation, formation of radioactive aerosols and distribution of radioactive contamination, it is necessary to carry out deactivation of the equipment, individual protection means and other surfaces contaminated by radioactive materials. The purpose of the presented research was working off of technology of deactivation of stainless steel. METHODS. The most widespread methods are mechanical and chemical ones. Before deactivation the following radioactive parameters were measured: gamma radiation, surface radioactive beta pollution. Measurements were taken using ISS-AT1117M dosimeter radiometer with detecting blocks BDPB-01, BDKG-03. RESULTS. The article describes the results of deactivation of the polluted samples made from stainless steel. Special attention is paid to the results of the experiment on deactivation of samples using cavitation activated water. CONCLUSIONS. Based on the results, it is possible to assume that solutions on the basis of cavitation activated water are more effective when deactivating surfaces with radio contamination. To improve efficiency, deactivation has to be carried out under the conditions described in this article.

Key words: radioactive pollution, nuclear power plant, deactivation, professional risks

Information about the article. Received on July 20, 2018; accepted for publication on August 22, 2018; available online on September 28, 2018.

For citation. Shelenkova V.V., Kulagina T.A. Possibility of decontamination of contaminated samples using solutions with cavitation-activated water. XXI vek. Tekhnosfernaya bezopasnost' = XXI century. Technosphere Safety, 2018, vol. 3, no. 3, pp. 36-43. DOI: 10.21285/1814-3520-2018-3-36-43. (In Russian).

Введение

При эксплуатации атомных электростанций, исследовательских реакторов, кораблей и судов с ядерными транспортными установками, предприятий ядерного топливного цикла, при добыче и переработке природных ископаемых (нефти, газа, цветных металлов), а также при переработке радиоактивных отходов и отработавшего ядерного топлива происходит загрязнение оборудования, помещений и средств индивидуальной защиты персонала радиоактивными изотопами в различной химической форме и агрегатном состоянии.

Следует отметить, что поверхностное радиоактивное загрязнение является значимым фактором радиационного воздействия на персонал при проведении работ с использованием источников ионизирующего излучения. Поэтому в целях исключения дополнительных источников облучения персонала, образования радиоактивных аэрозолей и разноса радиоактивных загрязнений необходимо своевременно проводить дезактивацию оборудования,

средств индивидуальной защиты и других загрязненных радиоактивными веществами поверхностей.

В работе [1] подробно рассмотрены чаще всего используемые в настоящее время механические и химические методы дезактивации.

В группе химических методов средством воздействия на загрязненную поверхность являются дезактивирующие растворы или другая среда, содержащая химические реагенты. Основные компоненты дезактивирующих растворов: вода, поверхностно-активные и комплексообразующие вещества, кислоты, щелочи, окислители и некоторые соли. В большинстве случаев используют сложные растворы, состав которых выбирают с учетом сил, удерживающих загрязняющее вещество на поверхности.

Целью настоящей работы являлась отработка технологии дезактивации нержавеющей стали.

Том 3, № 3 2018 XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ Vol. 3, no. 3 2018 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISNN 2500-1582

ОХРАНА ТРУДА И ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ LABOR PROTECTION AND INDUSTRIAL SAFETY

Объект и методы исследования

в

Ь

ны следующие радиационные параметры: гамма-излучение от образца, поверхностное радиоактивное бета-загрязнение. Измерения проводили дозиметром-радиометром МКС-АТ1117М с блоками детектирования БДПБ-01, БДКГ-03. Технические характеристики блоков детектирования представлены в табл. 1.

Для измерения гамма-излучения использовался прямой метод. Для оценки поверхностного радиоактивного бета-загрязнения были взяты сухие мазки.

Процедура отбора проб методом сухого мазка состоит в протирании загрязненного участка фильтровальной бумагой, для этого были приготовлены листки фильтровальной бумаги размером 5*5 см. Затем измеряли взятый мазок, тем самым получая значение снимаемого (нефиксированного) поверхностного загрязнения.

В табл. 2 представлены результаты измерения радиационных параметров образцов до дезактивации.

Таблица 1

Технические характеристики блоков детектирования

Table 1

_Specifications of detecting blocks_

Блок детектирования БДПБ-01

Диапазон измерения плотности потока бета-частиц 1 * 5105 мин-1 см-2

Диапазон регистрируемых энергий 0,155 * 3,5 МэВ

Пределы допускаемой основной относительной погрешности ±20 %

Блок детектирования БДКГ-03

Диапазон измерения мощности амбиентного эквивалента дозы гамма-излучения 0,03 * 300 мкЗвч-1

Диапазон регистрируемых энергий 0,05 * 3 МэВ

Пределы допускаемой основной относительной погрешности ±20 %

В данной статье описан эксперимент по дезактивации загрязненных образцов нержавеющей стали. Эксперимент был реализован на промышленной площадке ФГУП «Горно-химический комбинат» в августе 2017 года.

Объект исследования - образцы нержавеющей стали, которые были получены путем фрагментации трубы, находившейся в технологическом процессе радиохимического производства Горно-химического комбината с 1967 по 2010 годы. Размер фрагментов составил 050*3, L = 100 мм.

Так как представленные образцы имели радиоактивное загрязнение, работы по дезактивации проводили с обязательным использованием средств индивидуальной защиты. Комплект СИЗ включал: комплект спецодежды (нательное белье х/б, комбинезон, чепчик, ботинки); полухалат пластикатовый; нарукавники пластика-товые; перчатки х/б; перчатки резиновые; лепесток ШБ-200.

Перед дезактивацией были измере-

Том 3, № 3 2018 XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ Vol. 3, no. 3 2018 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISNN 2500-1582

Ь

ОХРАНА ТРУДА И ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ LABOR PROTECTION AND INDUSTRIAL SAFETY

Hü

ь

Таблица 2

Результаты измерения радиационных параметров до дезактивации

Table 2

Results of radiative parameters measurement before deactivation

№ образца Y, мкЗв/ч МКС-АТ1117М о ß, част/см-мин МКС-АТ1117М AYnoCs137, Бк Inspector-1000

Образец № 1 5,3 13 000 5262

Образец № 2 4,2 27 000 13 125

Образец № 3 3,3 20 000 7301

Образец № 4 3,0 38 000 13 037

Образец № 5 3,0 5000 3766

Для изучения радионуклидного состава представленных образцов использовали спектрометр ^рейоМ000 со сцин-тилляционным детектором NaI; время набора спектра - 1000 сек. Для обработки спектров использовалось программное обеспечение Genie-2000. Условия проведения эксперимента: температура - 24,7°С, давление - 749 мм. рт. ст., влажность -61%. Измерения параметров микроклимата проводили термогигрометром ИВТМ-7М.

Для дезактивации образцов были испытаны следующие дезактивирующие растворы:

1. Щелочной (NaOH, KMnO4). Состав: вода - 99,3%; NaOH - 0,5%; ШПЭ4 - 0,2%.

2. Волгонат. Состав: вода - 99,3%; сульфонол - 0,5%; H2C2O4 - 0,2%.

3. Средство для дезактивации Фон-П. Состав: вода дистиллированная; изо-пропиловый спирт; полифосфат натрия; щавелевая кислота; сульфонол; смачиватель ОП-7; кислота ОЭДф.

Образец № 1 и № 2 были погружены в щелочной раствор, образцы № 3 и № 4 - в волгонат. Объем раствора - 1,5 л, время замачивания - 1,5 ч. Образец № 5 служил контролем и погружался в обычную воду. Объем воды - 1,5 л, время замачивания - 1,5 ч.

После замачивания образцов на 1,5 ч, используя ветошь, проводили дезактивацию растиранием раствора. Время воздействия - 5 минут. Дезактивацию образца № 5 проводили с использованием средства для дезактивации Фон-П. Для этого на загрязненную поверхность образца наносили пену, после ее оседания остатки вместе с десорбированным загрязнением удаляли ветошью и смывали водой.

К достоинствам дезактивации растиранием раствора можно отнести возможность проводить обработку оборудования сложной формы и труднодоступных участков. К недостаткам - применение ручного труда в радиационно-опасных условиях; как следствие - дозовые нагрузки на персонал.

Результаты и их обсуждение

На рис. 1, 2 представлен спектр исследуемых образцов труб. Установлено, что загрязнение образцов обусловлено в основном Cs-137.

В табл. 3, 4 представлены результаты измерений радиационных параметров образцов после дезактивации.

Том 3, № 3 2018 XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ Vol. 3, no. 3 2018 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISNN 2500-1582

Рис. 1. Образец № 1 до дезактивации Fig. 1. Sample No. 1 before deactivation

Рис. 2. Образец № 5 до дезактивации Fig. 2. Sample No. 5 before deactivation

f0f

Том 3, № 3 2018 Vol. 3, no. 3 2018

XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISNN 2500-1582

. 7\

/ГК

и

ОХРАНА ТРУДА И ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ LABOR PROTECTION AND INDUSTRIAL SAFETY

Результаты измерения активности образцов с использованием спектрометра Inspector-1000

И

Таблица 3

Table 3

Results of sample activity measurement using Inspector-100 10

№ образца AYПоCs137, Бк Inspector-1000 AYПоCs137, Бк Inspector-1000 Коэффициент дезактивации

Показания прибора до дезактивации Показания прибора после 1 цикла дезактивации

Образец № 1 5262 1328 3,96

Образец № 2 13 125 315 41,6

Образец № 3 7301 68 107,4

Образец № 4 13 037 122 106,8

Образец № 5 3766 2760 1,4

Результаты измерения плотности потока бета-частиц образцов

после дезактивации

Таблица 4

Table 4

Results of beta particles samples flow density measurement after deactivation

о ß, част/см-мин о ß, част/см-мин

№ образца МКС-АТ1117М МКС-АТ1117М Коэффициент

Показания прибора до дезактивации Показания прибора после 1 цикла дезактивации дезактивации

Образец № 1 13 000 2071 6,2

Образец № 2 27 000 906 29,8

Образец № 3 20 000 163 122,7

Образец № 4 38 000 253 150,2

Образец № 5 5000 2283 2,2

Для расчета коэффициента дезактивации использовали формулу:

КД = —,

(1)

где А - активность образца до дезактивации; А - активность образца после дезактивации.

Рассчитанные коэффициенты дезактивации представлены в табл. 5.

Из полученных данных видно, что наиболее эффективным способом дезактивации является дезактивация с использованием волгоната (образцы № 3 и № 4).

Низкую эффективность дезактивации образца № 5 можно объяснить тем, что образец был погружен на 1,5 ч в обычную воду без добавления дополнительных химических реагентов.

Различие в рассчитанных значениях коэффициента дезактивации может быть обусловлено неравномерным распределением загрязнения по поверхности, а также погрешностью измерений.

Для подтверждения полученных результатов был проведен второй цикл дезактивации. Последовательность действий аналогична первому циклу. Результаты представлены в табл. 6.

Том 3, № 3 2018 Vol. 3, no. 3 2018

XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISNN 2500-1582

щм

АС У-

ОХРАНА ТРУДА И ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ LABOR PROTECTION AND INDUSTRIAL SAFETY

Рассчитанные коэффициенты дезактивации Calculated deactivation coefficients

Hü

ь

Таблица 5 Table 5

№ образца КД1 Inspector-1000 КД2 МКС-АТ1117М

Образец № 1 3,96 6,2

Образец № 2 41,6 29,8

Образец № 3 107,4 122,7

Образец № 4 106,8 150,2

Образец № 5 1,4 2,2

Таблица 6

Результаты измерения радиационных параметров образцов после второго цикла дезактивации

Table 6

Results of measurement of radioactive parameters of samples _after the second deactivation cycle_

ß' 2 част/см-мин Р'2 част/см-мин A^Cs137, Бк A^Cs137, Бк

№ образца МКС-АТ1117М МКС-АТ1117М КД Inspector-1000 Inspector-1000 КД

Показания Показания Показания Показания

прибора прибора прибора прибора

после 1 цикла после 2 цикла после 1 цикла после 2 цикла

дезактивации дезактивации дезактивации дезактивации

Образец № 1 2071 750 2,7 1328 442 3,0

Образец № 2 906 320 2,8 315 170 1,8

Образец № 3 163 130 1,3 68 25 2,7

Образец № 4 253 160 1,6 122 38 3,2

Образец № 5 2283 700 3,3 2760 813 3,4

Из полученных данных видно, что эффективность второго цикла дезактивации для используемых дезактивирующих растворов примерно одинакова. Это можно объяснить тем, что радиоактивные частицы диффундировали в материал образца. И для разрыва связей между загрязнением и поверхностью действия одного дезактивирующего раствора недостаточно. Эффек-

тивность дезактивации можно увеличить перемешиванием, циркуляцией или повышением температуры раствора [2].

Также предполагается возможным увеличить эффективность дезактивации, используя в дезактивирующих растворах вместо обычной воды воду, прошедшую кавитационную обработку [3].

Выводы

Для подтверждения гипотезы был проведен эксперимент по погружной дезактивации загрязненных образцов в кавита-ционно-активированной воде. Для экспери-

мента использовались фрагменты трубы, аналогичные для серии эксперимента по дезактивации растворами на основе обычной воды._

Том 3, № 3 2018 XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ Vol. 3, no. 3 2018 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISNN 2500-1582

и

и

ОХРАНА ТРУДА И ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ LABOR PROTECTION AND INDUSTRIAL SAFETY

Таблица 7

Результаты погружной дезактивации в кавитационно-активированной воде

Table 7

Results of submersible deactivation in cavitation activated water

№ образца 2 ß, част/см -мин МКС-АТ1117М 2 ß, част/см -мин МКС-АТ1117М кд A^Cs137, Бк Inspector-1000 A^Cs137, Бк Inspector-1000 КД

Показания прибора до дезактивации Показания прибора после дезактивации Показания прибора до дезактивации Показания прибора после дезактивации

Образец № 1 39 000 2600 15 29 532 1685 17,5

Образец № 2 35 000 3270 10,7 18 779 1564 12,0

Образец № 3 14 000 1100 12,7 11 733 820 14,3

Также были проведены измерения радиационных параметров загрязнения до и после замачивания. Полученные результаты представлены в табл. 7.

Исходя из полученных результатов, можно сделать предположение, что растворы на основе кавитационно-

активированной воды наиболее эффективны при дезактивации поверхностей с радиоактивным загрязнением. Для повышения эффективности дезактивацию необходимо проводить в соответствии с условиями, описанными в данной статье.

Библиографический список

1. Кулагина Т.А., Шеленкова В.В. Способы дезактивации поверхностей с радиоактивным загрязнением // Техника и технологии. 2017. № 10 (3). С. 352-363.

2. Савкин А.Е., Карлина О.К., Васильев А.П, Малин-кин В.М., Дубинин Г.В., Лебедев Н.М. Испытания ультразвуковой установки для дезактивации метал-

лических радиоактивных отходов // Безопасность окружающей среды. 2007. № 3. С. 38-41. 3. Кулагин В.А. Методы и средства технологической обработки многокомпонентных сред с использованием эффектов кавитации. Красноярск: СФУ, 2004. 379 с.

References

1. Kulagina T.A., Shelenkova V.V. Sposoby dezaktivacii poverhnostej s radioaktivnym zagryazneniem [Ways of deactivation of surfaces with radioactive pollution]. Tekhnika i tekhnologii [Equipment and technologies]. 2017, no. 10, pp. 352-363. (In Russian).

2. Savkin A.E., Karlina O.K., Vasil'ev A.P, Malinkin V.M., Dubinin G.V., Lebedev N.M. Ispytaniya u'trazvu-kovoj ustanovki dlya dezaktivacii metallicheskih radi-oaktivnyh othodov [Tests of ultrasonic installation for

Критерий авторства

Шеленкова В.В., Кулагина Т.А. имеют равные авторские права. Шеленкова В.В. несет ответственность за плагиат.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в этой работе.

deactivation of metal radioactive waste]. Bezopasnost' okruzhayushchej sredy [Safety of Environment]. 2007, no. 3, pp. 38-41. (In Russian). 3. Kulagin V.A. Metody i sredstva tekhnologicheskoj obrabotki mnogokomponentnyh sred s ispol'zovaniem ehffektov kavitacii [Methods and means of technological processing of multicomponent environments with use of effects of cavitation]. Krasnoyarsk: SFU Publ., 2004, 379 p. (In Russian).

Contribution

Shelenkova V.V., Kulagina T.A. have equal author's rights. Shelenkova V.V. bears responsibility for plagiarism.

Conflict of interests

The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this article.

Том 3, № 3 2018 XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ Vol. 3, no. 3 2018 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISNN 2500-1582