Спосіб закріплення радіоактивних матеріалів

Изобретение относится к переработке радиоактивных отходов высокой активности, в частности к переводу их в компактное состояние, путем закрепления в массе вещества, стойкого к выщелачиванию водой, позволяющего обеспечить надежную фиксацию радиоактивных частиц в твердом веществе и предотвратить загрязнение ими окружающей среды. Известен способ фиксации радиоактивных материалов в виде порошков [1], включающий следующие операции. Смесь порошков радиоактивного вещества с порошком химически стойкого материала получают в специальном смесителе, за счет перемешивания и термообработки нитратных растворов соответствующи х компонентов. Далее смесь порошков загружают в стальной контейнер, имеющий форму сильфона. После виброуплотнения с целью достижения максимальной плотности упаковки порошка (~20 - 25% от теоретической плотности) контейнер откачивают через отверстие в крышке в течение 20 - 24 часов и герметизируют с помощью сварки. Расфасованный порошок спекается в полностью уплотненные монолиты путем нагрева до 1150 - 1200°C с одновременным одноосным сжатием под давлением 10 - 150МПа в прессах горячего прессования. Сильфонная конфигурация контейнера необходима для того, чтобы скомпенсировать большое уменьшение объема порошка с сокращением, в основном, размера вдоль продольной оси сильфона с образованием "лепешек", которые впоследствие загружаются в сосуд для окончательного захоронения. К недостаткам этого способа относятся: наличие операции перемешивания порошков, в процессе которого используются специальные смесители, что вызывает дополнительный риск, загрязнения окружающей среды, за счет возможной разгерметизации этих смесителей; процесс откачки длителен по времени (20 - 24 часа) и требует применения специальных фильтров, которые в дальнейшем необходимо захоранивать; при откачке газа и герметизации с помощью электросварки возможен выход за пределы капсулы мелких твердых частиц радиоактивного материала. В качестве прототипа выбран способ обработки радиоактивного материала [2], включающий следующие операции: приготовление смеси порошков радиоактивного материала и защитного вещества; смесь порошков загружают в стальной контейнер, имеющий форму сильфона; вставляют металлическую крышку; проводят предварительное уплотнение с помощью прессования в пресс-формах на прессе; проводят вакуумную о ткачку и герметизируют контейнер с помощью электросварки; окончательное горячее изостатическое прессование. В данном способе предварительное уплотнение в прессе смеси порошков позволяет значительно уменьшить время откачки с 20 часов до 1 - 2 часов. К недостаткам данного способа относится наличие операции перемешивания порошков радиоактивного материала и защитного вещества, что в конечном итоге, как и в [1] не обеспечивает экологическую чистоту технологического процесса за счет возможной разгерметизации контейнера. Задачей изобретения является обеспечение экологической чистоты технологического процесса, путем сведения к минимуму возможности выхода частиц радиоактивного материала за пределы контейнера за счет загрузки радиоактивного и защитного материалов в разные объемы. Поставленная задача по обеспечению экологической чистоты процесса достигается тем, что в способе обработки радиоактивных материалов, высокой активности в защитном герметичном корпусе, стойком к выщелачиванию, включающем загрузку радиоактивного материала и засыпку защитного материала в металлический контейнер в форме сильфона, последующее прессование, герметизацию и окончательное горячее изостатическое прессование, согласно изобретению, перед операцией прессования загрузку радиоактивного материала производят в стакан, закрывают пробкой по плотной посадке и помещают в металлический контейнер, который заполняют защитным материалом и закрывают пробкой. Радиоактивный материал за счет того, что его засыпают в стакан, а затем стакан помещают в металлический контейнер и засыпают защитным материалом, после изостатического прессования оказывается замурованным в спрессованном брикете, из которого не могут просочиться твердые частицы радиоактивного вещества в окружающую среду. Так, в случае каких-либо нарушений, например, механические удары, трещины в контейнере, разгерметизация, в окружающую среду возможен выход только частиц защитного материала, который не является опасным и не несет пагубных последствий. Чтобы повреждения контейнера повлияли на радиоактивный материал и вызвали нарушения экологической чистоты, необходимо, чтобы был поврежден внутренний стакан или извлечена пробка, которая была вставлена по плотной посадке да еще и смещена внутрь стакана при предварительном уплотнении. Однако вероятность вышеуказанных процессов ничтожно мала. Таким образом, выход наружу из контейнера радиоактивного порошка ограничен, во-первых, за счет дополнительного внутреннего защитного стакана, во-вторых, за счет компактирования и связывания активного порошка в брикет, в третьих, за счет его фиксации в герметичной защитной оболочке. Дальнейшее горячее изостатическое прессование позволяет получить спеченый высокоплотный монолитный герметичный защитный корпус, который в конечном счете полностью исключает выход радиоактивного материала за пределы контейнера. Пример. Для заполнения металлического контейнера - сильфона из нержавеющей стали с диаметрами: внутренним 18мм и внешним 22мм, высотой 40мм, использовали в качестве защитного материала - порошок размолотого гранита с размером частиц, менее 50мкм в количестве 32г и в качестве радиоактивного отхода - оксид урана с размером частиц (10 - 50)мкм в количестве 8г. К исходному сильфону приваривали дно и вставляли внутрь стакан из нержавеющей стали высотой 15мм. Стакан заполняли порошком оксида урана и закрывали пробкой по плотной посадке. Внутреннюю полость сильфона заполняли порошком гранита. Верхнюю часть сильфона закрывали резиновой пробкой, после этого закрытый сильфон обрабатывали гидростатическим прессованием, в качестве рабочей среды использовали масло, давление прессования 20МПа, выдержка 5 минут. Сбрасывали давление в гидростате, и извлекали сжатый сильфон, вынимали резиновую пробку. В результате приложения давления из порошка защитного материала образовывался цельный герметичный брикет с плотностью ~40 - 60% от теоретической и высыпание порошков из контейнера становилось невозможным. Затем вместо резиновой пробки вставляли металлическую, проводили откачку в течении 30минут и герметизировали с помощью сварки. Сжатый герметичный сильфон окончательно обрабатывали в газостате при температуре 850°C и давлении 300МПа для получения полностью уплотненного защитного корпуса с плотностью, близкой к теоретической. Источники информации: 1. Ramm E.J. and Ringwood A.E. Australian Patent Application №72825 - 81. 2. Заявка ЕПВ №0044381. кл. G21F9/36, 1985 (прототип).