Мероприятия по ликвидации последствий радиоактивного загрязнения

Мероприятия по ликвидации последствий радиоактивного загрязнения

1 Общие понятия о радиоактивном загрязнении

Радиоактивное загрязнение происходит по трем причинам: в результате ядерного взрыва, аварии на АЭС или другой ядерной энергетической установке, а также как следствие безответственного хранения и халатного обращения с радиоактивными препаратами в медицине, научных учреждениях и промышленности.

Всем хорошо известны загрязнения местности  в результате трех крупных аварий на АЭС (в США, Англии и СССР). Но как-то мало упоминается о выбросе радиоактивных веществ из хранилища в 1957 г. в зоне химического предприятия «Маяк». Не все знают о загрязнении местности в 1964 г. после аварии американского спутника с ядерным источником энергии. И почти никто не представляет, что за последние 30 лет произошло более 100 инцидентов с ядерным оружием в армии США. Вот один из примеров. В 1966 г. в небе над Испанией (населенный пункт Паломарес) произошло столкновение американского бомбардировщика Б-52 с самолетом-заправщиком. На борту самолета было четыре водородной бомбы. Пилоту удалось включить и над местностью распылились радиоактивные вещества. Хорошо, что все обошлось без чудовищного взрыва. Работы по дезактивации американцам обошлись в 50 млн. долларов.

Радиоактивному загрязнению подвергается все: местность, растительность, человек, животные, здания и сооружения, транспорт и техника, приборы и оборудование, продукты питания, фураж и вода. Заражаются как наружные поверхности, так и все то, что находится внутри жилых и производственных помещений. Особенно опасно загрязнение пищеблоков, медицинских учреждений, предприятий пищевой промышленности.

Наиболее крупные  радиоактивные частицы оседают  на землю, а затем колесами транспорта, сельскохозяйственной техники, на ногах  людей и животных переносятся с одного места на другое, расширяя тем самым зону поражения. Частицы поменьше в виде пыли разносятся потоками воздуха во все мыслимые и немыслимые места: в квартиры, на чердаки, в подвалы, склады, дворовые постройки, кабины машин, уличные туалеты и т.д. Частицы еще более мелкие в виде аэрозолей витают в воздухе, а следовательно, попадают в органы дыхания человека и животных. Удалить, убрать эти частицы чрезвычайно трудно, вот почему они представляют довольно серьезную опасность.

Идеально ровных поверхностей не существует. Поэтому радиоактивные частицы, оседая на поверхность, проникают в щели, трещины, выемки, различные поры.

Возьмем шиферные крыши, кирпичные стены, асфальтовые  покрытия – все это прекрасно  воспринимает, как бы впитывает в себя всю эту зараженность. Поры могут быть чрезвычайно мелкими, измеряться микронами, но в них проникают как твердые, так и жидкие частицы.

Радиоактивное загрязнение за счет пор и проникновения радионуклидов вглубь материала было особо характерно для радиоактивных частиц при аварии в Чернобыле.

По мере увеличения времени, в течении которого длится загрязнение, все возрастает процесс  глубинного загрязнения, что требует  значительных затрат и особых способов дезактивации.

Дождь, работа червей, муравьев увеличивает проникновение радионуклидов в почву до 30 см.

Значительное  количество радиоактивных частиц попадает в воду непосредственно при выседании  или смывается паводковыми водами, дождями в реку, водохранилище, озеро, пруд. Но и здесь наиболее крупные  пылинки оседают на дно, а более легкие уносятся током воды вниз по течению, хотя и теряя плотность заражения, но в тоже время разнося его все дальше и дальше.

Внешние поверхности  зданий и сооружений заражаются тоже не одинаково. Прежде всего это зависит  от того, какая она: горизонтальная, наклонная или вертикальная. Конечно, на горизонтальной зараженность будет выше, по мере увеличения угла до 90о происходит снижение.

При авариях  на АЭС наиболее сильному загрязнению  подвергаются прилегающие к объекту территории. По мере удаления мощность дозы (МД) радиоактивного загрязнения падает. Однако после событий 26 апреля 1986 г. В Чернобыле мельчайшие частицы (радионуклиды) пересекли границу Польши, Швеции, Финляндии, Болгарии, Румынии, Венгрии и других стран. Наибольший уровень загрязненности отмечался в Швеции и Польше.

Значительное  ухудшение радиационной обстановки происходит за счет ветрового переноса радиоактивных веществ, а также  в результате перемещения людей  и техники. Происходит, так называемое, вторичное загрязнение. На чистую местность на колесах машин, гусеницах тракторов, ногах людей, животных переносятся более высокоактивные частицы. Вторичное заражение получают самосвалы, бульдозера, погрузчики – вся та техника, которая была задействована на снятии и перевозке зараженного грунта. Опыт Чернобыля показал, что один и тот же объект может за счет вторичных процессов загрязняться несколько раз. При пожаре леса радионуклиды превращаются в дым и золу, загрязняя воздух и поверхность земли. Если вы топили печь загрязненными дровами, то на многие годы сделали дымоход радиоактивным, да еще практически не поддающимся дезактивации.

2 Способы и методы дезоктивации

Существующие  способы дезактивации могут быть подразделены на  группы:

1)Физико-механические способы дезактивации:

Сухие способы  дезактивации (вакуумированные, обдув) предназначены для очистки от нефиксированных, радиоактивных загрязнений (радиоактивные частицы, пыль). Механическая и термическая обработка удаляет поверхностный слой материала вместе с содержащимися в нём радиоактивными загрязнениями.

Эти способы  обладают высокой эффективностью, но вследствие больших потерь материала  применяются для грубо обработанных поверхностей или с целью использования  очищенного металла в качестве вторичного сырья.

Механическую дезактивацию используют для пористых и непористых материалов (дерево, бетон, металлы). Необходимый съём материала определяет глубина проникновения радиоактивных загрязнений. Поверхностный слой металла может быть снят режущим инструментом, шлифованием, крацеванием. Для неметаллических материалов применяют скалывание или соскабливание поверхностного слоя.

Крацевание - очистка  поверхности эластичными щётками (капроновыми, проволочными) вручную  или с помощью специальных  приспособлений. Проволочные щётки  используют для очистки стальных деталей и сварных швов, капроновые - для очистки от слабой ржавчины и поверхностных загрязнений. Давление щётки на поверхность увеличивает съём металла, а смачивание щёток - уменьшается, глубина съёма металла составляет 0,01-0,5 мм.

Обдув потоком  воздуха или газа очищает поверхность  от аэрозольных и пылевидных загрязнений. Чтобы удалить частицы размером 2,5-5 мкм, скорость воздушного потока должна быть в пределах 150-500 м/с. Эффективность  дезактивации обычно невысока, Кд не превышает 10. Использование способа может привести к распространению радиоактивных загрязнений.

Для удаления пылевидных, радиоактивных загрязнений с  пористых и непористых материалов, в особенности из щелей и зазоров, применяют также вакуумирование. Для вакуумирования используют пылесосы. Отрыв радиоактивных частиц происходит не только под действием воздушного потока, но и в результате механического воздействия щётки. Кд обычно невелики: при простом отсасывании пыли 2-8, при использовании щётки 5-10. Этот способ прост, не разрушает поверхность, не приводит к вторичному загрязнению, но малоэффективен. Используют его обычно как первую ступень дезактивации.

Термическая дезактивация заключается в нагревании дезактивируемого оборудования на воздухе до 600-800°С или в газовой окислительной среде (O2,SО2, NО2). Варианты термической дезактивации - обработка поверхностей высокотемпературным, воздушным или газовым потоком. Дезактивация основана на том, что радиоактивные загрязнения обычно сосредоточены в поверхностном слое металла и при его окислении переходят в окалину, которую затем удаляют. Достоинства метода - отсутствие жидких отходов и ручных операций, недостатки - высокий съём металла, большой расход энергии, необходимость дополнительной операции по удалению окалины. Испарение летучих радионуклидов предъявляет особые требования к очистке отходящих газов.

Ионно-плазменный способ дезактивации. Поток заряженных частиц (плазмы, протонов, ионов), падающий в вакууме на поверхность, вызывает десорбцию атомов поверхностного слоя. Энергия ионов (например, Ar) должна быть около 100 эВ. При высокой интенсивности пучка может быть удалено несколько моно слоев. Для работы в защитных камерах предложен охлаждаемый ионный пистолет, позволяющий проводить очистку поверхности вплоть до глубокого её травления. Применение этого метода ограничено трудностями создания и эксплуатации такого рода устройств.

Водоструйный  способ. Направленная струя воды под давлением удаляет с поверхности дисперсные загрязнения, окалину и т. п. вследствие возбуждения воды при её деформации, а также гидравлического и термического действия струи. Эффективность очистки зависит от энергии удара струи, т.е. от ее мощности и давления. Для проявления скалывающего действия необходима высокая скорость струи - в пределах 20-25 м/с. Увеличение давления в сопла в 6 раз повышает Кд в 2 раза.

Недостатки  водоструйного метода - низкая эффективность  удаления прочнофиксированных загрязнений, большой расход воды и большой  объем ЖРО. Более эффективны высокоскоростные струи, но соответствующие технические средства значительно сложнее и дороже.

Гидроабразивная обработка обеспечивает удовлетворительную дезактивацию, удаление ржавчины, краски и менее повреждает поверхность, чем сухой абразивный обдув. Интенсивность обработки зависит от содержания абразива в смеси, наиболее эффективны суспензии с содержанием абразива около 50 мас.%.

Паровая дезактивация более эффективна, чем водоструйный способ, вследствие высокой температуры пара (около 180?С). Дезактивация паром сокращает время обработки и объем ЖРО, но повышает опасность распространения радиоактивных загрязнений.

2) Химические и физико-химические способы дезактивации:

При использовании этих способов основным средством воздействия  на загрязненную поверхность является дезактивирующий раствор или другая среда, содержащая химические реагенты.

- Погружная дезактивация - один из наиболее простых и эффективных способов дезактивации, заключающийся в погружении дезактивируемого изделия в ванну с раствором. Этим способом можно дезактивировать изделия различной конфигурации и габаритных размеров. Основной эффект достигается вследствие химического действия дезактивирующего раствора на радиоактивные загрязнения и коррозионные отложения. Эффективность возрастает при перемешивании или циркуляции раствора и повышении температуры. Погружной способ используют для дезактивации съемного контурного оборудования, оснастки, арматуры, инструмента. При дезактивации парогенераторов, теплообменников применяют заполнение их дезактивирующим раствором с помощью специальных средств. Недостаток способа - большой расход растворов и большие объемы ЖРО.

- Пенную дезактивацию применяют для создания достаточного объема дезактивирующей среды в случае дезактивации больших емкостей, при этом сильно сокращаются расход раствора и объем ЖРО. Этим способом дезактивируют также трубопроводы и транспортные средства.

Пенная дезактивация имеет  некоторые недостатки: высокое содержание ПАВ может вызвать затруднения  с переработкой жидких отходов; известные  пенообразователи взаимодействуют  с KMnO4, что не позволяет применять двух ванный способ. Однако предложены неионогенные ПАВ на основе продукта конденсации формальдегида и фенола, совместимые с окислителями. Это позволяет проводить обработку пенистыми растворами KMnO4.

- Дезактивация пастами и суспензиями. В технике для очистки металлов в некоторых случаях применяют травильные пасты. Паста может находиться в контакте с поверхностью длительное время (1-3 ч). В состав этих паст входят травильные агенты (HCl, HF), ингибиторы коррозии, наполнители и загустители. Пасты применяют и для очистки полимерных покрытий; в состав очищающих и дезактивирующих паст входят ПАВ (анионактивные), комплексообразователи (полифосфаты, оксалаты, цитраты, трилон Б), наполнители (каолин, бентонит), загуститель (карбоксиметилцеллюлоза).

Достоинства дезактивации пастами - высокая эффективность, возможность  удаления локальных загрязнений  без распространения их по поверхности, отсутствие жидких отходов. Недостатки заключаются в трудоемкости нанесения  и удаления паст, использовании ручного труда в неблагоприятных радиационных условиях. Существенно также, что основная доля объема пасты приходится не на действующий агент, а на наполнитель и носитель.

- Сорбционная дезактивация. Дальнейшее совершенствование способа дезактивации суспензиями привело к созданию «сухого» способа дезактивации с использованием сорбентов. Этот способ заключается в обработке поверхности небольшим количеством разбрызгиваемого раствора с последующим покрытием ее слоем порошкообразного впитывающего сорбента. Сбор сорбента осуществляют вакуумированием. Дезактивирующий раствор вместе с радиоактивными десорбированными загрязнениями впитывается сорбентом и поступает в твердые отходы. В случае необходимости сорбент можно регенерировать. При обработке раствором с сорбентом радиоактивное загрязнение распределяется в системе поверхность - раствор - сорбент в соответствии со значениями коэффициента распределения его между раствором и сорбентом Кd и Кд. Введение сорбента в дезактивирующий раствор равносильно сокращению его объема. В присутствии сорбента в сравнительно небольшом объеме раствора можно получить максимальный эффект дезактивации, при этом радиоактивное загрязнение будет фиксировано в сорбенте в соответствии со значением Кd.