Модульне сховище для довгострокового контрольованого зберігання радіоактивних відходів низької та середньої активності

Розроблено та виготовлено зразок повнофункціонального елементу модульного сховища для зберігання радіоактивних відходів низької та середньої активності на основі утилізованого транспортно-пускового контейнера ракетоносія стратегічного призначення. Досліджено та розроблено композит, призначений для...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2006
Автори:	Андріанов, А.Ю., Джур, Є.О., Крикун, Ю.О., Білоус, В.А., Саєнко, С.Ю.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2006
Теми:	Інноваційні проекти Національної академії наук України
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/113881
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Модульне сховище для довгострокового контрольованого зберігання радіоактивних відходів низької та середньої активності / А.Ю. Андріанов, Є.О. Джур, Ю.О. Крикун, В.А. Білоус, С.Ю. Саєнко // Наука та інновації. — 2006. — Т. 2, № 5. — С. 53-65. — Бібліогр.: 18 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-113881
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1138812017-02-19T22:05:50Z Модульне сховище для довгострокового контрольованого зберігання радіоактивних відходів низької та середньої активності Андріанов, А.Ю. Джур, Є.О. Крикун, Ю.О. Білоус, В.А. Саєнко, С.Ю. Інноваційні проекти Національної академії наук України Розроблено та виготовлено зразок повнофункціонального елементу модульного сховища для зберігання радіоактивних відходів низької та середньої активності на основі утилізованого транспортно-пускового контейнера ракетоносія стратегічного призначення. Досліджено та розроблено композит, призначений для виготовлення радіаційно-захисного покриття основного елементу модульного сховища. Теоретично обґрунтовано і експериментально доведено оптимальний склад композиту, що задовольняє вимогам радіаційної безпеки персоналу. Розроблена експериментальна технологія виготовлення радіаційно-захисного покриття з досліджуваного композита. Результати дослідження визначають умови створення серійного виробництва модульних сховищ для зберігання радіоактивних відходів низької та середньої активності. Разработан и изготовлен образец полнофункционального элемента модульного хранилища для хранения радиоактивных отходов низкой и средней активности на основе утилизированного транспортно-пускового контейнера ракетоносителя стратегического назначения. Исследован и разработан композит, предназначенный для изготовления радиационно-защитного покрытия основного элемента модульного хранилища. Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден оптимальный состав композита, удовлетворяющий требованиям радиационной безопасности персонала. Отработана экспериментальная технология изготовления радиационно-защитного покрытия из исследуемого композита. Результаты исследования определяют условия создания серийного производства модульных хранилищ для радиоактивных отходов низкой и средней активности. Full-scale prototype of modular repository for storage of low and intermediate radioactive waste is developed and manufactured. Prototype of modular repository based on utilized transportation and launch container of strategic launch-vehicle. Composite material for manufacture of radiation-shielding coating of mentioned prototype is investigated and developed. Optimum material's composition meeting the radiation safety requirements for repository personnel is grounded and experimentally approved. Technology of radiation-shielding coating manufacture is refined experimentally. Results of research works promote small-lot production of modular repositories for storage of low and intermediate radioactive waste. 2006 Article Модульне сховище для довгострокового контрольованого зберігання радіоактивних відходів низької та середньої активності / А.Ю. Андріанов, Є.О. Джур, Ю.О. Крикун, В.А. Білоус, С.Ю. Саєнко // Наука та інновації. — 2006. — Т. 2, № 5. — С. 53-65. — Бібліогр.: 18 назв. — укр. 1815-2066 DOI: doi.org/10.15407/scin2.05.053 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/113881 uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Інноваційні проекти Національної академії наук України Інноваційні проекти Національної академії наук України
spellingShingle	Інноваційні проекти Національної академії наук України Інноваційні проекти Національної академії наук України Андріанов, А.Ю. Джур, Є.О. Крикун, Ю.О. Білоус, В.А. Саєнко, С.Ю. Модульне сховище для довгострокового контрольованого зберігання радіоактивних відходів низької та середньої активності
description	Розроблено та виготовлено зразок повнофункціонального елементу модульного сховища для зберігання радіоактивних відходів низької та середньої активності на основі утилізованого транспортно-пускового контейнера ракетоносія стратегічного призначення. Досліджено та розроблено композит, призначений для виготовлення радіаційно-захисного покриття основного елементу модульного сховища. Теоретично обґрунтовано і експериментально доведено оптимальний склад композиту, що задовольняє вимогам радіаційної безпеки персоналу. Розроблена експериментальна технологія виготовлення радіаційно-захисного покриття з досліджуваного композита. Результати дослідження визначають умови створення серійного виробництва модульних сховищ для зберігання радіоактивних відходів низької та середньої активності.
format	Article
author	Андріанов, А.Ю. Джур, Є.О. Крикун, Ю.О. Білоус, В.А. Саєнко, С.Ю.
author_facet	Андріанов, А.Ю. Джур, Є.О. Крикун, Ю.О. Білоус, В.А. Саєнко, С.Ю.
author_sort	Андріанов, А.Ю.
title	Модульне сховище для довгострокового контрольованого зберігання радіоактивних відходів низької та середньої активності
title_short	Модульне сховище для довгострокового контрольованого зберігання радіоактивних відходів низької та середньої активності
title_full	Модульне сховище для довгострокового контрольованого зберігання радіоактивних відходів низької та середньої активності
title_fullStr	Модульне сховище для довгострокового контрольованого зберігання радіоактивних відходів низької та середньої активності
title_full_unstemmed	Модульне сховище для довгострокового контрольованого зберігання радіоактивних відходів низької та середньої активності
title_sort	модульне сховище для довгострокового контрольованого зберігання радіоактивних відходів низької та середньої активності
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2006
topic_facet	Інноваційні проекти Національної академії наук України
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/113881
citation_txt	Модульне сховище для довгострокового контрольованого зберігання радіоактивних відходів низької та середньої активності / А.Ю. Андріанов, Є.О. Джур, Ю.О. Крикун, В.А. Білоус, С.Ю. Саєнко // Наука та інновації. — 2006. — Т. 2, № 5. — С. 53-65. — Бібліогр.: 18 назв. — укр.
work_keys_str_mv	AT andríanovaû modulʹneshoviŝedlâdovgostrokovogokontrolʹovanogozberígannâradíoaktivnihvídhodívnizʹkoítaserednʹoíaktivností AT džurêo modulʹneshoviŝedlâdovgostrokovogokontrolʹovanogozberígannâradíoaktivnihvídhodívnizʹkoítaserednʹoíaktivností AT krikunûo modulʹneshoviŝedlâdovgostrokovogokontrolʹovanogozberígannâradíoaktivnihvídhodívnizʹkoítaserednʹoíaktivností AT bílousva modulʹneshoviŝedlâdovgostrokovogokontrolʹovanogozberígannâradíoaktivnihvídhodívnizʹkoítaserednʹoíaktivností AT saênkosû modulʹneshoviŝedlâdovgostrokovogokontrolʹovanogozberígannâradíoaktivnihvídhodívnizʹkoítaserednʹoíaktivností
first_indexed	2025-07-08T06:36:23Z
last_indexed	2025-07-08T06:36:23Z
_version_	1837059627418648576
fulltext	Інноваційні проекти Національної академії наук України 53© А. Ю. Андріанов, Є. О. Джур, Ю. О. Крикун, В. А. Білоус, С. Ю. Саєнко. 2006 А. Ю. Андріанов1, Є. О. Джур1, Ю. О. Крикун1, В. А. Білоус2, С. Ю. Саєнко2 1ДП “Виробниче об'єднання Південний машинобудівний завод ім. О. М. Макарова”, Дніпропетровськ 2ННЦ “Харківський фізико<технічний інститут” НАН України, Харків МОДУЛЬНЕ СХОВИЩЕ ДЛЯ ДОВГОСТРОКОВОГО КОНТРОЛЬОВАНОГО ЗБЕРІГАННЯ РАДІОАКТИВНИХ ВІДХОДІВ НИЗЬКОЇ ТА СЕРЕДНЬОЇ АКТИВНОСТІ Анотація: Розроблено та виготовлено зразок повнофункціонального елементу модульного сховища для зберігання радіоактивних відходів низької та середньої активності на основі утилізованого транс� портно�пускового контейнера ракетоносія стратегічного призначення. Досліджено та розроблено ком� позит, призначений для виготовлення радіаційно�захисного покриття основного елементу модульного сховища. Теоретично обґрунтовано і експериментально доведено оптимальний склад композиту, що задовольняє вимогам радіаційної безпеки персоналу. Розроблена експериментальна технологія виго� товлення радіаційно�захисного покриття з досліджуваного композита. Результати дослідження виз� начають умови створення серійного виробництва модульних сховищ для зберігання радіоактивних відходів низької та середньої активності. Ключові слова: зберігання радіоактивних відходів, модульне сховище, елемент модульного сховища, радіаційно�захисні покриття, експериментальна технологія виготовлення, композит, хімічний склад, фізико�механічні властивості. А. Ю. Андрианов, Е. А. Джур, Ю. А. Крикун, В. А. Белоус, С. Ю. Саенко. МОДУЛЬНОЕ ХРА< НИЛИЩЕ ДЛЯ ДОЛГОСРОЧНОГО КОНТРОЛИРОВАННОГО ХРАНЕНИЯ РАДИОАКТИВ< НЫХ ОТХОДОВ НИЗКОЙ И СРЕДНЕЙ АКТИВНОСТИ. Аннотация: Разработан и изготовлен образец полнофункционального элемента модульного хранили� ща для хранения радиоактивных отходов низкой и средней активности на основе утилизированного транспортно�пускового контейнера ракетоносителя стратегического назначения. Исследован и раз� работан композит, предназначенный для изготовления радиационно�защитного покрытия основного элемента модульного хранилища. Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден опти� мальный состав композита, удовлетворяющий требованиям радиационной безопасности персонала. Отработана экспериментальная технология изготовления радиационно�защитного покрытия из ис� следуемого композита. Результаты исследования определяют условия создания серийного производ� ства модульных хранилищ для радиоактивных отходов низкой и средней активности. Ключевые слова: хранение радиоактивных отходов, модульное хранилище, элемент модульного хра� нилища, радиационно�защитные покрытия, экспериментальная технология изготовления, композит, химический состав, физико�механические свойства. Наука та інновації.2006.Т 2.№ 5.С. 53–65. 54 Інноваційні проекти Національної академії наук України НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 5, 2006 1. АКТУАЛЬНІСТЬ ПРОБЛЕМИ Наразі в Україні надзвичайно актуальною є проблема зберігання радіоактивних відходів (РАВ), які виникли в результаті аварії на Чор� нобильській АЕС. Існуючі пункти тимчасової локалізації радіоактивних відходів (ПТЛРВ) та пункти захоронення радіоактивних відхо� дів (ПЗРВ) для РАВ низької та середньої ак� тивності, які розташовані на території 30�кі� лометрової Чорнобильської зони відчуження, практично не задовольняють вимогам радіа� ційної безпеки. Тільки ПЗРВ "Буряківка" від� повідає нормативам захоронення РАВ даного типу. Однак ресурси сховища при досягнутих темпах надходження РАВ практично вичер� пані [1]. Слід зазначити також, що 8 000 підпри� ємств та установ України використовують ра� діоактивні матеріали і приблизно 5 500 про� довжують напрацьовувати РАВ низької та се� редньої активності [2]. На даний момент на те� риторії України накопичено близько 3 млн ку� бометрів РАВ. Отже, виникла гостра пробле� ма їх зберігання та утилізації [3]. Більш ніж 90 % від загальної кількості відходів складають відходи з високим вмістом довгоіснуючих радіонуклідів. Згідно з законодавством Укра� їни для забезпечення високого рівня безпеки довгоіснуючі відходи, що містять ізотопи з великим періодом піврозпаду, підлягають ізо� ляції в глибоких геологічних формаціях [4]. Розробка та експлуатація подібних споруд ви� магає особливого підходу, високих техноло� гій та значних капіталовкладень [5]. В Украї� ні споруди для ізоляції РАВ в глибоких геоло� гічних формаціях відсутні, прийняття рішен� ня щодо їх спорудження відкладене на невиз� начений строк. Згідно з загальносвітовою практикою як альтернативний спосіб захоронення РАВ в гео� логічних формаціях довгоіснуючі відходи під� лягають тимчасовому контрольованому збе� ріганню в спеціальних сховищах [6]. Наявні сховища, як відмічалося вище, не задоволь� няють всім вимогам радіаційної безпеки. По� рушення правил поводження з РАВ цього ти� пу, а також недооцінка їх потенційної небез� пеки може призвести до тяжких наслідків як для навколишнього середовища, так і для здо� ров'я населення України. 2. МЕТА РОБОТИ Метою роботи є розробка та виготовлення основного елементу сховища модульного ти� пу для РАВ низької та середньої активності з суттєво підвищеними (порівняно з традицій� ними сховищами) експлуатаційними та захи� сними характеристиками. Це завдання можна вирішити шляхом проведення комплексу дос� лідних, конструкторських та технологічних робіт, спрямованих на забезпечення радіацій� ного захисту персоналу, що обслуговує схо� A. Yu. Andrianov, Ye. A. Dzhur, Yu. A. Krikun, V. A. Belous, S. Yu. Sayenko. MODULAR REPOSI< TORY FOR LONG<TERM STORAGE OF LOW AND INTERMEDIATE RADIOACTIVE WASTE. Abstract: Full�scale prototype of modular repository for storage of low and intermediate radioactive waste is developed and manufactured. Prototype of modular repository based on utilized transportation and launch container of strategic launch�vehicle. Composite material for manufacture of radiation�shielding coating of mentioned prototype is investigated and developed. Optimum material's composition meeting the radiation safety requirements for repository personnel is grounded and experimentally approved. Technology of radiation�shielding coating manufacture is refined experimentally. Results of research works promote small�lot production of modular repositories for storage of low and intermediate radioactive waste. Keywords: : radioactive waste storage, modular repository, element of modular repository, radiation�shielding coatings, experimental technology of manufacturing, composite, chemical composition, physical�mechanical properties. 55НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 5, 2006 Інноваційні проекти Національної академії наук України вище, та виконання технічних і технологіч� них операцій для забезпечення виготовлення повномасштабного елементу модуля (діамет� ром до 3,5 м, висотою 1,5–2,5 м) із заданими характеристиками. Об'єктом дослідження є основний елемент сховища модульного типу для зберігання РАВ. 3. ТЕХНІЧНИЙ ПІДХІД Проблему безпечного зберігання РАВ в Ук� раїні пропонується вирішити, створивши мо� дульні сховища на основі елементів утилізо� ваних ракетоносіїв стратегічного призначен� ня та передових технологій ракетно�косміч� ної галузі. Як основний елемент модульного сховища запропоновано використати транс� портно�пусковий контейнер (ТПК) ракето� носія Р36�М. Обґрунтування такого підходу для вирішення безпечного контрольованого зберігання відходів пов'язане зі значними пе� ревагами порівняно з існуючими сховищами та технологією їх реалізації: – універсальність і мінімальні капіталовкла� дення, пов'язані з мінімальними доробка� ми для забезпечення відповідності ТПК конструкціям ємностей, які використову� ються для тимчасового зберігання або за� хоронення РАВ; – невеликий строк реалізації, що забезпе� чується за рахунок наявних на підприєм� ствах ВПК України утилізованих виробів ракетоносіїв; – забезпечення надійної ізоляції РАВ за ра� хунок високих експлуатаційних характе� ристик композиційного матеріалу ТПК; – забезпечення конверсії високих ракетно� космічних технологій в галузь екології та захисту навколишнього середовища; – опосередковане вирішення проблеми ос� таточної утилізації елементів і вузлів бойових ракетних комплексів. Слід зазначити, що деякі вироби косміч� ної промисловості України експлуатуються в мирних цілях дотепер, при цьому по ряду ха� рактеристик вони не мають аналогів. Це наслідок використання при розробці косміч� них систем високих технологій, передових конструкцій, а також унікальних компози� ційних матеріалів. 4. ОБҐРУНТУВАННЯ ЗАСТОСУВАННЯ НОВИХ МАТЕРІАЛІВ Існуючі сховища були побудовані з викорис� танням конструкційних матеріалів, які широ� ко використовуються в будівництві. Останнім часом ці конструкційні матеріали модифіку� ються для збільшення специфічних характе� ристик, що відіграє важливу роль при експлу� атації сховища. Основними конструкційними матеріалами є бетон і сталь. Бетон займає визначене місце серед ма� теріалів, що використовуються для будівниц� тва сховищ РАВ, завдяки порівняно низькій вартості. Широке застосування знайшли такі модифікації бетону: залізобетон, фібробетон, полімербетон, бетони на основі важких на� повнювачів. Останні використовуються для зменшення рівня проникаючого із споруди випромінювання. Однак аналіз характеристик бетонів після їхньої тривалої експлуатації ви� явив ряд їх недоліків, пов'язаних з відносно високою водопроникністю, високою крихкістю і навіть корозією (вилучення з бетону іонів кальцію ґрунтовими водами (вилуження)). Ще є один матеріал, що збільшує твер� дість і міцність системи і широко використо� вуються в конструкціях сховищ як додатковий компонент – це сталь. Сталь є міцним конст� рукційним матеріалом, однак велика схиль� ність до корозії (для легованих сталей – до крапкової корозії) зменшує використання даного матеріалу для будівництва сховищ. На сьогодні ведеться ще ряд цікавих дос� ліджень, спрямованих на поліпшення влас� тивостей існуючих сховищ. Так, проводяться аналіз компонентів, які зменшують вилуження 56 Інноваційні проекти Національної академії наук України НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 5, 2006 бетонів [7] і пошук нових стійких матеріалів серед древніх архітектурних споруджень [8]; здійснюється відновлення порушеної цілісно� сті сховища за допомогою тонкоплівочного покриття на основі оксиду цирконію [9]; ве� дуться розробки нових матеріалів і технологій для кондиціювання РАВ [10] тощо. Однак дані модифікації збільшують вартість як самих матеріалів, так і існуючих сховищ в цілому, при цьому визначається тільки екстрапольо� вана надійність. Отут і виникає питання про використання принципово нових матеріалів в галузі зберігання РАВ. Для виготовлення ТПК ракет використо� вується композиційний матеріал – модифіко� ваний склопластик на основі епоксидної смо� ли, який має високі питомі фізико�механічні властивості, що перевищують такі ж власти� вості сталі і бетону. За результатами експлуа� тації матеріалу в умовах сонячної радіації, оки� слення, підвищеної вологості та промислової загазованості протягом 30�и років слідів коро� зії на ньому не виявлено, що свідчить про йо� го високу хімічну і атмосферну стійкість [11]. Радіаційні дослідження композиційних мате� ріалів на основі епоксидних смол підтверджу� ють доцільність їх використання як матеріа� лу для сховищ РАВ низької та середньої ак� тивності [12]. У ході дослідження придатності компози� ту ТПК для довгострокового зберігання РАВ було проведено його випробування на радіа� ційне старіння шляхом опромінення зразків композиту γ � та β �променями. Ці види опро� мінення є основними джерелами з загальною дозою 10 МГр руйнуючого радіаційного впли� ву РАВ на композит, що відповідає зберіган� ню відходів впродовж 300 років. Опромінен� ня зразків проводилося в ННЦ ХФТІ НАНУ на лінійному прискорювачі електронів КУТ�1 при енергії пучка β �випромінювання 12 МеВ, середньому струмі пучка 550 мкА (струм в імпульсі – 0,6 А, частота посилок – 300 Гц, тривалість імпульсу – 3,4 мкс). Схема опро� мінення наведена на рис. 1. Прямокутні зразки (підготовлені для ви� пробувань на міцність) пакували в контейне� ри й розташовували в три шари за свинцевим конвертором товщиною 7 мм. При опромінен� ні зразків β �випромінюванням конвертер зні� мали. Між шарами розміщували плівкові де� тектори для контролю поглиненої дози (по два детектори на кожен зразок). Для запобі� гання перегрівання під потужним електрон� ним пучком конвертор охолоджували дисти� льованою водою. Контроль дози на плівкових дозиметрах показав, що різниця поглинених доз між верхнім і нижнім шарами досягає 15 %. Зразки, опроміненні γ �квантами, мали висо� ку активність, яка обумовлена реакціями тран� смутації (γ, n)�, (γ, p)�ядер домішок компози� ту при високих енергіях випромінювання (8–10 МеВ). Але в реальних умовах опромі� нення зразків РАВ не супроводжується висо� кими енергіями, тому й не буде виникати ак� тивації матеріалу. Рис. 1. Схема опромінення зразків: 1 – прискорювач зі скануючим пристроєм, 2 – разбризкувач охолоджу< ючої води, 3 – свинцевий конвертор, 4 – комірки для зразків, 5 – плівкові дозиметри, 6 – місця розміщення зразків 57НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 5, 2006 Інноваційні проекти Національної академії наук України Опромінені зразки в металевих чохлах після витримки протягом 20 днів (для зни� ження їх активності) були піддані досліджен� ню механічних характеристик та зовнішньо� го вигляду. Один із зразків композиту після зняття чохла був ретельно оглянутий зовні (рис. 2) і проконтрольований за допомогою оптичних методів аналізу з використанням оптичного мікроскопа. Дослідження показали відсутність змін поверхні зразка (наявність кольорів мінливо� сті, нальотів і т. д.). Механічні властивості зразків визначалися за методикою, що відпо� відає ДОСТ 11262�80 (СТРЕВ 1199�78 "Ме� тод випробування на розтягнення"). Міцність зразків зменшилася не більше 20 % при β �ви� промінюванні і не більше 5 % при γ �опромі� нюванні. Таким чином, було показано, що до� сліджувані зразки мають високу радіаційну стійкість у процесі γ � та β �опромінення. 5. ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ РАДІАЦІЙНОЇ БЕЗПЕКИ Модульне сховище РАВ повинне задовольня� ти всім основним національним і міжнарод� ним регулятивним нормам безпеки [13]. Пер� шим і найважливішим пунктом цих нормати� вів є принцип безпеки і здоров'я людей. Отже, крім доробок і дооснащень конструкції ТПК необхідно забезпечити прийнятний рівень за� хисту персоналу, який обслуговує сховище, від впливу проникаючих іонізуючих випро� мінювань. Згідно з попереднім аналізом авторами було встановлено, що стінка корпуса модуля не забезпечує належного рівня захисту з точ� ки зору оптимізації радіаційного захисту при контролі опромінення персоналу [14]. Як за� хисний елемент в конструкції контейнера бу� ло використане покриття на основі радіаційно� захисних композиційних матеріалів (РЗКМ). Розробка РЗКМ заснована на фізичному ефек� ті аномального ослаблення рентгенівського та γ �випромінювання полі� та ультрадисперсни� ми середовищами [15]. Застосування полідис� персних порошків�модифікаторів дає можли� вість створити умови, за яких зростає перетин поглинання випромінювання, що є наслідком інтенсивного когерентного розсіювання кван� тів на атомах ультрадисперсних часток та від� повідного збільшення оптичної довжини про� бігу квантів [16, 17]. Дослідження захисних властивостей ком� позиту проводилось на зразках з різним ком� понентним складом. Попередньо було дослід� жено хімічний та гранулометричний склад на� повнювачів, які мають найкращі захисні вла� стивості. За основу наповнювача був прийня� тий вольфрамовий полідисперсний порошок (за ТУ 48�19�352�83). З метою отримання рів� номірної періодичної структури і розподілу порошку вольфраму в об'ємі модифікатора як допоміжного наповнювача були випробувані різні матеріали (силікатна маса, крейда, ба� зальтове волокно). Електронно�мікроскопіч� ний аналіз порошку вольфраму показав, що відносно високий вміст вологи обумовлює групування окремих порошинок у конгломе� рати (рис. 3). У зв'язку з цим порошок вольфраму перед використанням осушували і розмелювали. Осушування проводили у вакуумній сушиль� ній шафі протягом 12 год при температурі Рис. 2. Зовнішній вигляд зразка після опромінення 58 Інноваційні проекти Національної академії наук України НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 5, 2006 1 200–1 400 °С і залишковому тиску 0,33 Па. Після сушки порошок подрібнювали у кульо� вому млині ШМ�314 виробництва Кірово� градського комбінату твердих сплавів. Після цього порошок вольфраму просіювали через сито з вічками діаметром 40 мкм. Подрібнюван� ня порошку дає можливість збільшити вміст ультрадисперсної фракції, що сприяє ослаб� ленню γ �випромінювання. Радіаційно�захисні властивості порошку визначали шляхом вимірювання коефіцієнта лінійного ослаблення приладом типу МКС�01Р за методикою виконання вимірювань коефіці� єнта ослаблення γ �випромінювання біологіч� ним захистом на установці УПГД�2 в умовах геометрії вузького пучка випромінювання. По� грішність вимірювання не перевищує 7 %. Вплив відносного вмісту вольфраму в сумішах з вказаними додатковими компонентами на коефіцієнт лінійного ослаблення для енергій 660 кеВ (137Cs) визначали на зразках з різним вмістом вольфраму. В результаті отримали ек� спонентну залежність коефіцієнта ослаблення від вмісту вольфраму. Виходячи з економічних міркувань та на підставі аналізу отриманих результатів виготовлення модифікатора зупи� нилися на складі із вмістом 72 % вольфраму. Як допоміжний наповнювач була вико� ристана крейда, оскільки насипна вага моди� фікатора з крейдою в 1,6 разів менша, ніж з силікатною масою. Перерахунок лінійного ко� ефіцієнта ослаблення, що визначався за вка� заним методом (але в геометрії широкого пучка з урахуванням різниці в насипній вазі), показав, що заміна в модифікаторі силікатної маси на крейду не тільки не погіршує, але на� віть в 1,25 разів підвищує радіаційно�захисні властивості модифікатора. Для аналізу матриць композиту було об� рано силікатно�керамічну суміш та епоксид� ний компаунд. Згідно з визначеним коефіці� єнтом лінійного ослаблення зразки на основі епоксидного компаунду з різним вмістом мо� дифікатора мали більші значення, ніж зразки на основі силікатно�керамічної суміші. Крім того, контрольні механічні випробування на розривній машині відповідно до ДОСТ 7762�74 показали, що руйнівні напруги зразка на осно� ві компаунду та зразка на основі суміші відрі� зняються майже на порядок. Це обумовило розробку захисного композиту з використан� ням епоксидного компаунду. Важливою перевагою епоксидного ком� паунду також є висока адгезія до різних кон� струкційних матеріалів, що необхідно врахо� вувати при аналізі конструкційних та техно� логічних особливостей нанесення покриття на оболонку ТПК. При будь�яких методах нане� сення (за рахунок адгезії або при механічному з'єднанні плиток захисного композиту) адге� зійні властивості композиту враховуються безпосередньо або опосередковано при ство� ренні клейових сумішей для замазки щілин, зазорів або нерівностей. Для аналізу властивості адгезії компаунду було виготовлено ряд зразків, які складалися з двох пластин склопластику, з'єднаних клейо� вою композицією на основі епоксидного ком� паунду з різним вмістом модифікатора та за� тверджувача. Критерієм адгезійних власти� востей компаунду є руйнуюча напруга. За до� помогою програми статистичного аналізу "ПРІАМ" були оброблені результати випро� бувань і одержана математична модель зміни адгезії матеріалів в залежності від вмісту мо� дифікатора та затверджувача: Рис. 3. Структура порошку вольфраму у стані поставки 59НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 5, 2006 Інноваційні проекти Національної академії наук України Y = 1.8717 + 0.3446⋅x2 – 0.4034⋅3x1⋅z2 , де x1, x2, z2 – фактори моделі, що визначають� ся згідно з виразом x1 = 0.015⋅(X1 – 93.3333) , x2 = 0.25⋅(X2 – 12) , z2 = 1.5⋅(x2 2 – 0.6667) ; де X1 – маса модифікатора на 100 г смоли; X2 – маса затверджувача на 100 г смоли. На рис. 4 наведено графік дослідження поверхні відгуку у тривимірному просторі. По вісі X1 відкладено перший фактор – кількість модифікатора на 100 г смоли в ме� жах 40–160 вагових частин (в. ч.), по вісі X2 – кількість затверджувача на 100 г смоли в ме� жах 8–16 в. ч., Y – відгук, що дорівнює серед� ньому для двох експериментів значенню руй� нуючої напруги в межах 1,33–2,43 МПа. Взаємодія факторів X1 і X2 робить поверхню відгуку криволінійною, але в загальному при збільшенні затверджувача та модифікатора виявляється тенденція зростання адгезії до значення 2,43 МПа, потім збільшення моди� фікатора приводить до зменшення адгезії. Ще одним із перспективних напрямків створення ефективних систем захисту від γ �випромінювання є комбінація шарів з різ� них за масою матеріалів. З метою встановлен� ня придатності таких систем для їх викорис� тання при виготовленні елементу модуля було проведене дослідження проходження γ �ви� промінювання через комбінації шарів із різ� них матеріалів. Дослідження проводились як на виготовлених вакуумною прокаткою мета� левих фольгах, так і на плівкових шарах, що були отримані вакуумно�дуговим методом на установці типу "Булат" [18]. В рамках дослідження було проведено експеримент з метою визначення залежності коефіцієнта ослаблення фотонного випромі� нювання тришаровими комбінаціями з тонких (порядку довжини вільного пробігу фотонів) шарів різних металів від порядку їхнього роз� ташування стосовно джерела випромінюван� ня. Досліджувалися різні комбінації фольг: Al–Ti–Mo, Ti–Mo–Pb, Al–V–Zr, V–Zr–Pb та ін. Джерела випромінювання давали мож� ливість одержати γ �кванти з енергією від 7 до 220 кеВ. В експерименті враховувалася лише низькоенергетична частина випроміню� вання від 7 до 107 кеВ, що була розбита на де� сять рівних інтервалів з кроком 10 кеВ. Критерієм оцінки захисних властивостей зразків з різною послідовністю металів є па� раметр η, який дорівнює відношенню інтен� сивності випромінювання, що пройшло, при розміщенні металу з найбільшим атомним но� мером з боку джерела до інтенсивності прой� деного випромінювання при розміщенні ме� талу з найменшим атомним номером з боку джерела. Вимірювання проводилися з вико� ристанням спектрометра на основі германійо� вого радіаційного детектора рентгенівського і γ �випромінювання типу ДРГ�5�2 з енергетич� ною роздільною здатністю на напіввисоті розподілу 1,1 кеВ при енергії 122 кеВ (57Co) і 3,6 кеВ при енергії 622 кеВ (137Cs). Похибки вимірювань середньої інтенсивності для серії Рис. 4. Графік впливу досліджених факторів на адге< зійну міцність епоксидного компаунду 60 Інноваційні проекти Національної академії наук України НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 5, 2006 зразків на обраних інтервалах енергії випро� мінювання склали не більше 4,1 % при довір� чій імовірності 0,9. В результаті експерименту було встанов� лено, що для всіх розглянутих наборів η > 1. Це однозначно вказує на факт існування стій� кої залежності коефіцієнта ослаблення γ �ви� промінювання в зазначеному інтервалі енер� гій від порядку розташування легких та важ� ких металів стосовно джерела. Нанесення на модуль покриттів, виготов� лених на основі досліджених і розроблених матеріалів, можна провести різними способа� ми: напилюванням, литтям, механічним з'єд� нанням (роз'ємним або нероз'ємним). З ана� лізу цих методів було встановлено, що перші два мають багато недоліків, серед яких основ� ними є: складність в забезпеченні рівномірно� сті та однорідності покриття, обов'язкове про� ведення попередньої обробки поверхні обо� лонки модуля, розробка спеціальних техно� логічних приладів для лиття або напилюван� ня покриття. Найбільш оптимальним спосо� бом нанесення покриття є застосування його у вигляді плитки, що кріпиться до оболонки за допомогою механічного з'єднання. Пере� вагами методу є відносна простота виготов� лення плитки та технології її нанесення, під� вищена міцність, що зумовлена механічним з'єднанням. Були розглянуті різні варіанти кріплення плитки та виявлені їх основні недо� ліки: виникнення прохідних отворів, що по� требує додаткових прокладок та герметиків (болтове), необхідність розробки високонадій� ного та радіаційно�стійкого клею (клейове), складність конструкції (засувкою). Найбільш раціональним є кріплення плиток до оболон� ки гвинтовим з'єднанням (для плиток неве� ликої товщини – за допомогою самонарізних гвинтів). При використанні плиток великої товщини розроблена спеціальна конструкція, яка включає додаткові елементи кріплення: скобу та дюбель, що встановлюється в отворі оболонки з натягом. Плитка має спеціальну форму з кривизною, яка відповідає діаметру ТПК, та скоси на гранях для зменшення щі� лин та рознімань, що виникають між сусідні� ми плитками при установці їх накривом. За� гальний вигляд кріплення плиткового по� криття значної товщини наведений на рис. 5. Згідно з вимогами встановленого методу нанесення покриття на оболонку ТПК була відпрацьована технологія виготовлення пли� ток методом просочування склотканини мо� дифікатором та епоксидним компаундом на основі зв'язувального ЕДТ�10П. Нанесення вказаної суміші на склотканину фарборозпи� лювачем, методом втирання, а також ручним одно� і двостороннім просоченням не забез� печує рівномірного нанесення модифікатора на поверхню склотканини (розбіжність вміс� ту модифікатора в просоченій тканині скла� дає більше 5 %). Крім того, після просочення і сушіння спостерігається збільшення твердо� сті тканини, що приводить до труднощів по� дальшого нанесення на неї епоксидного ком� паунду з модифікатором. Якісне та рівномір� Рис. 5. Схема закріплення плиткового покриття знач< ної товщини: 1 – гвинт, 2 – плитка покриття, 3 – фраг< мент ТПК, 4 – скоба, 5 – дюбель 61НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 5, 2006 Інноваційні проекти Національної академії наук України не нанесення модифікатора на склотканину (розбіжність вмісту модифікатора – не більш 2 %) і одержання якісного препрегу, придат� ного для виготовлення виробів з склопласти� ку методом пресування або намотування, мож� на забезпечити при машинному просоченні із перемішуванням стисненим повітрям. З огляду на позитивні результати, отри� мані при нанесенні на склотканину епоксид� ного компаунду з модифікатором способом машинного просочення дана технологія ре� комендується для виготовлення препрегу при серійному виробництві композиційного матеріалу. Для одиничного виробництва до� статньо одержання препрегу методом втиран� ня або занурення. На основі результатів проведених дослід� жень, розроблених конструкцій та відпрацьо� ваних технологій виготовлено ряд експери� ментальних зразків – плиток для захисного покриття, які закріплені гвинтовим з'єднан� ням до фрагменту оболонки ТПК (рис. 6). Лінійні коефіцієнти ослаблення розроб� лених зразків та їх компонентів (фрагментів Рис. 6. Зразок покриття на фрагменті ТПК Рис. 7. Енергетична залежність коефіцієнтів ослаблення фрагменту покриття (1), ТПК (2) та бетону (3) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 Е, кеВ 2,0 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 μ, с м �1 1 2 3 62 Інноваційні проекти Національної академії наук України НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 5, 2006 оболонки ТПК щільністю 1,7 г/см3 та захис� ного покриття щільністю 2,0 г/см3) визнача� лися спектрометричним методом в геометрії вузького пучка. У спектрометрі встановлював� ся детектор типу ДРГ�5�2 у випадку застосу� вання джерела з 241Am і типу ДГДК�68В у ви� падку застосування джерел з 57Co, 137Cs, 60Co. На рис. 7 зображені апроксимовані за екс� периментальними даними криві залежності лінійного коефіцієнта ослаблення від енергії фотонів для фрагменту ТПК і покриття виробу. Для порівняння наведена аналогічна кри� ва для бетону. В діапазоні енергій до 200 кеВ коефіцієнт ослаблення матеріалу покриття майже в 3 рази перевершує коефіцієнт ослаб� лення бетону, при цьому щільність цього ма� теріалу помітно менша від щільності бетону. З ростом енергії коефіцієнти зближаються і, починаючи з енергії близько 500 кеВ, вирі� внюються. Фрагмент ТПК практично у всьому інтервалі енергій поступається бетону як захис� ний матеріал (коефіцієнт ослаблення приблиз� но в 2 рази менший, ніж у бетону). В області високих енергій фрагмент покриття і бетон у межах погрішності вимірів мають однаковий лінійний коефіцієнт ослаблення. Але оскіль� ки щільність як фрагменту, так і покриття менші щільності бетону, можна мати виграш у вазі захисних конструкцій при однаковій кратності ослаблення випромінювання. 6. ВИГОТОВЛЕННЯ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО МОДУЛЯ В результаті проведених науково�дослідних робіт було виготовлено повнофункціональний прототип у вигляді секції елементу модульно� го сховища (рис. 8). Секція являє собою великогабаритну єм� ність – секцію транспортно�пускового контей� нера ракетоносія Р36�М, котра призначена для довгострокового зберігання радіоактив� них відходів низької та середньої активності. Згідно з проектом модульного сховища ос� новний елемент (модуль) складається з ряду секцій, що визначають довжину всього елемен� та, кришки та днища. Експлуатаційна міст� кість розробленої секції модуля складає 19 м3 при діаметрі 3,2 м. Найбільш оптимальною установкою мо� дуля є вертикальна. Вертикальна установка забезпечує мінімум займаної площі, достатню стійкість, мінімум поверхні впливу атмосфер� них опадів, якщо сховище знаходиться поза до� датковим приміщенням, і мінімум радіаційно� го фону на рівні людського росту (див. рис. 8). Важливо також відмітити, що при верти� кальному розміщенні модуля відпадає необ� хідность застосування захисних засобів на кришці та днищі контейнера, оскільки випро� мінювання через дані елементи не потрапляє в зону присутності персоналу. Це скорочує кількість засобів захисту на одиницю площі модуля. Крім того, скорочується час і трудо� затрати на реалізацію декількох типів засобів захисту (засоби захисту на циліндричній час� тині контейнера і на поверхні його днища або кришки істотно відрізняються за формою). 7. ВИСНОВКИ В результаті виконання дослідної роботи, по� в'язаної зі створенням нових засобів безпеч� ної довгострокової ізоляції РАВ, досягнуто: – на базі вітчизняних наукомістких техно� логій розроблено та виготовлено дослід� ний демонстраційний зразок основного елемента модульного сховища для РАВ з високоефективними захисними покрит� тями на його внутрішній поверхні, який за захисними та ваговими характеристи� ками перевищує аналогічні конструкції з інших матеріалів; – згідно з проведеним аналізом основних характеристик існуючих сховищ РАВ обґрунтовано доцільність створення нових сховищ з використанням сучасних вітчи� зняних композиційних матеріалів; Рис. 8. Функціональний односекційний прототип ос< новного елементу модульного сховища: зовнішній ви< гляд (а) і розміщення ємностей з РАВ (б) а б 63НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 5, 2006 Інноваційні проекти Національної академії наук України – досліджено зміну механічних властивос� тей композиційного матеріалу, одержува� ного на базі ракетних технологій, під дією γ �опромінення, показано перспективність його використання для виготовлення сховищ, де можна розміщувати низько� та середньоактивні РАВ для довгостро� кового зберігання; – розроблено та реалізовано технології ви� готовлення основного елементу модуля та захисних покриттів з модифікаторами; – розроблено серію захисних композицій на основі модифікаторів з дисперсними напов� нювачами, які мають коефіцієнт ослаблен� ня γ �квантів у діапазоні енергій 7–130 кеВ на рівні 2,3–27 разів, що значно перевищує захисні характеристики найбільш поши� реного при будівництві сховищ РАВ бе� тону; – розроблено дослідні процеси одержання багатошарових металевих композицій на базі вакуумно�дугових технологій, дослі� джено їх захисні властивості при проход� женні γ �квантів, показано неоднорідність властивостей даних матеріалів при про� ходженні через них γ �квантів та перспек� тивність таких композицій для ефектив� ного захисту РАВ. 8. РЕКОМЕНДАЦІЇ На підставі результатів роботи рекомендовано перейти до створення та розміщення на одно� му із полігонів для зберігання РАВ (УкрДО "Радон") дослідного зразка сховища з вико� ристанням розробок за цим проектом. Схо� вище модульного типу за рядом характерис� тик буде перевершувати відомі вітчизняні та зарубіжні сховища та заощаджуватиме мате� ріали для їх виготовлення. Розроблені техно� логії виготовлення основного елементу модуля можуть бути використані при створенні схо� вищ для хімічних та інших небезпечних від� ходів. На рис. 9 подано схематичне зображення можливих варіантів розміщення модуля, зіб� раного з основних елементів для збереження РАВ. Можливе також використання розробок за цим проектом для виробництва транспорт� них та універсальних контейнерів для РАВ, будівельних γ �захисних матеріалів, робочого γ �захисного одягу та переносних бар'єрів. 64 Інноваційні проекти Національної академії наук України НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 5, 2006 Рис. 9. Варіанти реалізації модульних сховищ: приповерхневе зберігання (а); зберігання на майданчику (б); 1 – автотранспортний засіб для доставки контейнерів з РАВ; 2 – навісне спорудження; 3 – кран<балка; 4 – за< повнений контейнерами модуль; 5 – модуль, що заповнюється контейнерами; 6 – контейнер; 7 – інфільтрацій< ний матеріал; 8 – інертний заповнювач; 9 – бетонна подушка; 10 – ґрунтовий шар; 11 – супісок; 12 – суглинок; 13 – глинисті ґрунти; 14 – дренаж; 15 – майданчик модульного сховища б а 65НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 5, 2006 Інноваційні проекти Національної академії наук України Рівень розробок та їх патентна захище� ність дають надію сподіватися на роботи в за� значених напрямах для експорту. Наявність досвіду виробництва подібних елементів для РКТ та функціонуючого обладнання на ДП "Виробниче об'єднання Південний машино� будівний завод ім. О. М. Макарова" без сум� ніву є достатньою базою для реалізації розро� бок за даним проектом. ЛІТЕРАТУРА 1. Авдеев О. К., Кретинин А. А., Леденев А. И., Сквор< цов В. В., Удод В. В., Шахов А. А. Радиоактивные отходы Украины: состояние, проблемы, решения. – К.: "Друк", 2003. – 400 c. 2. Отрощенко В. Контейнер для "ядерного джина". // Еженедельник "2000", 16 декабря 2005 г. 3. Чернов С. "Вектор" потребує стабільності. // "Вісник Чорнобиля". – № 12. – 20 березня 2004 р. 4. Закон України "Про поводження з радіоактивними відходами". // Відомості Верховної Ради (ВВР). – 1995. – № 27. – С. 198. 5. INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Scientific and technical basis for the geological dis� posal of radioactive wastes. // Technical Report Se� ries. – No. 413. – IAEA, Vienna. – 2003. – 80 p. 6. INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Interim storage of radioactive waste packages. // Technical Report Series – No. 390. – IAEA, Vienna. – 1998. – 90 p. 7. Шейнич Л. Специальные бетоны и композицион� ные материалы. // Капстроительство. – 2002. – № 8. – С. 47–49. 8. Cunli G., Zhiwen F., Xiuzhen L., Yawen H., Anxi C., Jinsheng Z. Natural analogue study on backfill mate� rials from ancient Chinese constructions for LILW disposal. // Performance of engineered barrier mate� rials in near surface disposal facilities for radioactive waste. TecDoc�1255. – IAEA, Vienna. – 2001. – Р. 30. 9. Lynkov L. M., Glybin V. P., Soloviev V. V. Deve� lopment of barrier composite coating technology for low level radioactive waste disposal. // Performance of engineered barrier materials in near surface disposal facilities for radioactive waste, TECDOC�1255. – IAEA, Vienna. – 2001. – Р. 23–24. 10. Канцедал В. П., Капустин В. Л., Карнаухов И. М. и др. Газофторидная переработка и минерализация радиоактивных отходов – новые экологически чи� стые технологии национального научного центра ХФТИ. // Атомная энергетика и промышлен� ность Украины , 1999. – № 2. – С. 17–23. 11. Андрианов А. Ю., Джур Е. А., Крикун Ю. А., Ткаченко В. И. Вариант контейнера для хранения среднеэнергетических радиоактивных отходов с ис� пользованием ракетно�космических технологий. // Людина і космос, 2005. – Т. 11. – № 1. – С. 43–46. 12. Baccaro S., Bianchilli B., Casadio C. Radiation sta� bilization effects in an ethylene�propylene copolymer and in epoxy resin particulate composites. // Stability and stabilization of polymers under irradiation, TEC� DOC�1062. – IAEA, Vienna. – 1999. – Р. 65–77. 13. INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, The principles of radioactive waste management. // Safety Series – No. 111�F. – IAEA, Vienna. – 1995. – 24 p. 14. INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Optimization of radiation protection in the control of occupational exposure. // Safety Report Series – No. 21. – IAEA, Vienna. – 2002. – 66 p. 15. Катращук Г. К., Крикун Ю. О., Ткаченко В. І. Нові ефекти взаємодії рентгенівського випроміню� вання з ультрадисперсними середовищами. // УРЖ. – 1995. – № 4. – С. 366–367. 16. Артемьев В. А. Оценка ослабления гамма�излуче� ния наноструктурными материалами. // Атомная энергия. – 2002. – Т. 93. – № 2. – С. 120–128. 17. Артемьев В. А. Об ослаблении рентгеновского из� лучения ультрадисперсными средами. // Письма в ЖТФ. – 1997. – Т. 23, № 6. – С. 5–9. 18. Белоус В. А. Ионно�плазменная обработка повер� хности конструкционных материалов. // Обору� дование и инструмент. – 2005. – № 12. – С. 12–16. Надійшла до редакції 26.04.06

Модульне сховище для довгострокового контрольованого зберігання радіоактивних відходів низької та середньої активності

Репозитарії

Схожі ресурси