Способ утилизации металлических деталей, радиоактивно зараженных ураном

 

Изобретение относится к способу утилизации металлических деталей, радиактивно зараженных ураном. При этом металлические детали расплавляют так, что образуется расплав и шлак. К металлическим деталям, к расплаву и/или к шлаку добавляют обедненный ураном U 235 уран в виде уранового стекла. Технический результат - обеспечение однородности перемешивания и связывания урана в отсутствии радиоактивной пыли. 5 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к способу утилизации металлических деталей, радиактивно зараженных ураном, причем металлические детали расплавляют так, что образуется расплав и шлак, и причем к металлическим деталям, и/или расплаву, и/или еще не застывшему шлаку добавляют обедненный ураном U235 уран.

При демонтаже, а также при работе ядернотехнических установок получается в большом объеме металлический лом, который должен устраняться или утилизоваться. Является обычным подвергать этот лом так называемой дезактивации плавлением. При этом металл расплавляют. Некоторые обуславливающие заражение радиоактивные вещества, которые перед расплавлением находились на поверхности металлических деталей, во время процесса дезактивации плавлением связываются в образующемся шлаке. Образующийся кроме того расплав, объем которого значительно больше, чем объем шлака, остается в значительной степени свободным от радиактивных веществ.

Шлак, как правило, должен быть отнесен к радиоактивным, содержащим ядерное топливо отходам, что требует особых мер техники безопасности при обращении с ним при его удалении. Коль скоро заражение вызвано урановым ядерным топливом, которое, например, содержит 3,1% U 235, дезактивация плавлением может применяться только ограниченно, в случае, если в 100 кг шлака можно ожидать больше чем примерно 3 грамма U 235. Поскольку в процессе плавления уран переходит в шлак и там концентрируется, это граничное значение, как правило, превышается, если не принимаются никакие дополнительные меры.

Превышения граничного значения можно было бы избежать, если к шлаку, который содержит уран, добавить другой шлак, который не содержит урана. С достаточно большим количеством свободного от урана шлака можно было бы в необходимой степени уменьшить концентрацию урана. Необходимое количество шлака было бы однако настолько большим, что общее количество шлака увеличивалось бы неэкономично. Нужно было бы утилизовать больше шлака, чем раньше.

Уже был предложен способ, который предусматривает ренатурирование урана, который вызывает заражение. При этом существенным является, что изотопный состав урана, который должен быть связан в шлаке или уже связан, изменяют таким образом, что он соответствует изотопному составу природного урана. Это значит, что содержание урана U 235 в уране не должно превышать примерно 0,7%. Уран, который по своему изотопному составу соответствует природному урану, не должен подчиняться правилам техники безопасности, которые действуют для уранового ядерного топлива.

Уже известно для уменьшения содержания изотопа урана U 235 к металлическим деталям, расплаву и/или еще не застывшему шлаку добавлять обедненный ураном U 235, уран. За счет этого получают, если способ реализован, шлак, в котором связан уран, содержание изотопа урана U 235 в котором соответствует или даже ниже, чем содержание изотопа урана U 235 в природном уране (выложенная заявка ФРГ N DE 3318377 A1, МПК G 21 F 9/30, опубл. 22.11.84).

До сих пор было обычно добавлять обедненный ураном U 235 уран в виде UO₂ или U₃O₈. Эти окислы присутствуют в виде порошка. Такой порошок, однако, согласно опыту не распределяется однородно в расплаве или шлаке. Следовательно может получиться, что шлаковая проба не имеет желаемого низкого содержания изотопа U 235. При добавлении этого порошка пыль попадает в воздух окружающего пространства. Тогда для защиты персонала пыль должна удаляться фильтрами.

В основе изобретения лежит задача указать способ утилизации металлических деталей, радиоактивно зараженных ураном, при котором возможно надежное и полное ренатурирование урана так, что с образующимся шлаком затем можно просто обращаться и устранять его.

Эта задача решается согласно изобретению тем, что обедненный ураном U 235 уран добавляют в виде уранового стекла.

За счет этого достигается преимущество, что обедненный ураном U 235 уран во время процесса дезактивации плавлением может однородно смешиваться с ураном, который вызвал заражение. Такое же преимущество достигается, если урановое стекло, которое содержит обедненный ураном U 235 уран, добавляют к еще не обработанному металлическому лому, и/или к расплаву, и/или к еще жидкому шлаку, когда он уже отделен от остального расплава.

За счет однородного перемешивания и связывания урана из уранового стекла достигается преимущество, что изотопный состав урана в шлаке также является однородным. В шлаке не может быть никаких зон, которые имеют слишком высокую концентрацию урана U 235. Следовательно весь шлак, поскольку его содержание урана относительно изотопного состава соответствует природному урану, не должен обрабатываться как содержащие ядерное топливо отходы. Предпочтительно со шлаком затем можно просто обращаться и устранять его.

Обедненный ураном U 235 уран добавляют, например, в виде (крупного) песка уранового стекла, гранул уранового стекла, стержней уранового стекла и/или кусков уранового стекла. Подобные частицы из уранового стекла можно изготавливать известными способами и хранить в запасе.

Например, добавляют плавящееся при более низкой температуре урановое стекло. При этом является важным, что урановое стекло является жидкотекучим при температуре плавления металла металлических деталей. Тем самым достигается преимущество, что только за счет стекла, независимо от его содержания урана, достигается улучшенное разжижение шлака. Это приводит тогда к еще лучшему однородному распределению добавленного урана.

Например, добавляют урановое стекло типа окиси щелочного металла/SiO₂UO₂. Подобное стекло может содержать 50% урана. Окись щелочного металла может быть, например, Na₂O.

Например, добавляют урановое стекло, уран которого имеет содержание изотопа урана U 235 ниже 0,7%, например порядка 0,2 %. Тогда при достаточной добавке достигают содержания изотопа урана U 235 в шлаке, которое преимущественным образом является настолько малым, что шлак может устраняться без проблем. В случае, если, например, содержание изотопа урана U 235 в уране, который вызвал заражение, составляет 3,1%, то с урановым стеклом, в котором содержание изотопа урана U 235 составляет 0,2%, достигается содержание изотопа урана U 235 в шлаке меньше чем 0,7%.

Например, добавляют урановое стекло, которое содержит меньше 50% урана. В частности, урановое стекло содержит меньше 40%, например, между 5% и 15% урана. Плотность уранового стекла тем меньше, чем меньше содержание урана в стекле. В случае, если содержание урана в урановом стекле значительно меньше 50%, образуется содержащий уран шлак, плотность которого явно меньше, чем плотность содержащего железо расплава. За счет этого шлак плавает на расплаве и может быть особенно легко отделен от расплава, например, счерпан. Плотность уранового стекла с содержанием урана, например, 10%, составляет 3,5 г/см³. При содержании урана, например, равном 50%, плотность уранового стекла составляет 7,7 г/см³. Плотность железа равна примерно 7,8 г/см³.

Ниже на примере поясняется, сколько уранового стекла требуется для способа согласно изобретению.

При дезактивации плавлением зараженных металлических деталей образовалось 55,4 кг шлака, который содержит 69,25 г урана U 238 2,21 г урана U 235. Это соответствует содержанию изотопа урана U 235 в 3,09%. Для ренатурализации содержание изотопа урана U 235 должно быть уменьшено с 3,09% до 0,5%. Это содержание лежит ниже содержания-изотопа урана U 235 природного урана. Для достижения желаемого снижения используют обедненный или разобогащенный ураном U 235 уран. Содержание изотопа урана U 235 в этом обедненном уране составляет, например, 0,2%. Необходимо 620 г такого обедненного урана, чтобы получить шлак с содержанием изотопа урана U 235 в 0,5%.

В способе согласно изобретению обедненный уран добавляют в виде уранового стекла. Это урановое стекло содержит, например, 10% урана, содержание изотопа урана U 235 в котором равно 0,2%. Тогда предпочтительным образом необходимо всего 6,2 кг стекла, чтобы понизить содержание изотопа урана U 235 в 55,4 кг шлака настолько, чтобы со шлаком можно было легко работать и хранить и устранять простыми средствами.

Способом согласно изобретению, в частности, достигается преимущество, что возникающий при дезактивации плавлением шлак, который содержит уран, можно легко устранять. Нагрузка урановой пылью на персонал и на пылевые фильтры в значительной степени исключается.

Формула изобретения

1. Способ утилизации металлических деталей, радиоактивно зараженных ураном, причем металлические детали расплавляют так, что образуются расплав и шлак и причем к металлическим деталям, и/или расплаву, и/или еще не застывшему шлаку добавляют обедненный ураном U 235 уран, отличающийся тем, что обедненный ураном U 235 уран добавляют в форме уранового стекла.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что урановое стекло имеет форму песка, и/или гранул, и/или стержней, и/или кусков.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что урановое стекло при температуре плавления металла металлических деталей является жидкотекучим стеклом.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что урановое стекло является стеклом типа окиси щелочного металла (SiO₂)UO₂.

5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что содержание изотопа урана U 235 в уране уранового стекла составляет ниже 0,7%.

6. Способ по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что содержание урана в урановом стекле меньше 50%.