Предотвращение загрязнения окружающей среды выбросами АЭС

Как и любая энергетическая система, АЭС выделят в окружающую среду вредные вещества, в том числе – радиоактивные. Сбросы бывают двух типов – жидкие и газообразные. Масштабы строительства, прогнозы развития атомных электростанций (АЭС), теплоэлектроцентралей (АТЭЦ) и станций теплоснабжения (АСТ) во многих странах свидетельствуют о возрастающей, а для некоторых стран решающей роли ядерной энергетики в электроснабжении и выработке тепла среднего и низкого потенциала для промышленного и коммунально-бытового теплоснабжения. Выделяют два принципиально различных направления в работах по снижению загрязнения окружающей среды: активный и пассивный.

 

Выбросы радиоактивных веществ в атмосферу Любая работающая АЭС оказывает мощное влияние на окружающую среду по трем направлениям: газообразные (в том числе радиоактивные) выбросы в атмосферу, выбросы большого количества тепла и неизбежное распространение вокруг АЭС какого-то количества жидких радиоактивных отходов. Источники газообразных радионуклидов Хотя принцип работы всех реакторов, где используется реакция деления, одинаков, их технологические схемы и оборудование в зависимости от типа реактора и применяемого теплоносителя различны. При работе АЭС образуются три вида радиоактивных отходов: твердые, жидкие или газообразные.

Коррозия конструкционных материалов. При работе реактора все материалы, применяемые для изготовления оборудования первого контура, с той или иной скоростью коррозируют в зависимости от их коррозийной стойкости и условий эксплуатации в контуре Краткая характеристика газообразных выбросов АЭС В процессе эксплуатации АЭС образующиеся в первом контуре реактора газы выводится из контура (либо утечкой теплоносителя, либо организованной продувкой) на очистку В реакторах кипящего типа РБГ во внешнюю атмосферу могут попасть вместе с неконденсирующимися газами, отсасываемыми эжектором из конденсатора турбины. Активационные газы ( Ar, C, N). Ar образуется при захвате нейтрона ядром Ar. Мощность выброса Ar в атмосферу на ядерных реакторах зависит от их конструктивных и технологических особенностей. Как правило, для рассматриваемых типов реактора относительное содержание его в выбросах не превышает 0.3% общей активности В реакторе типа РБМК поддерживается нейтральный водный режим, и тритий в теплоносителе накапливается только в результате выхода из твэлов, а также активации дейтерия

На реакторах с обычной водой 73% радионуклидов иода присутствуют в виде органических соединений, 22% иодноватистой кислоты, 5% элементарного иода. Средние выбросы 131I из реакторов с кипящей водой и водой под давлением равны 74-185 и 1,85-22,2 МБк/МВт(эл).год. Нормирование выбросов радиоактивных газов в атмосферу. Ограничение абсолютных выбросов Дозовая квота от радиоактивных отходов АЭС составляет лишь 5% регламентированного НРБ предела дозы

Очистка газообразных радиоактивных отходов АЭС Методы переработки газовых смесей

В настоящее время достаточно хорошо проработаны с научной и технологической точек зрения такие методы разделения газовых смесей, как адсорбция, абсорбция, криогенная дистилляция, мембранные методы и др. Для отделения аэрозолей от чистых газов используется фильтрация. Характерной чертой атомной энергетики и военного ядерного-топливного цикла является присутствие в технологических процессах радиоактивных веществ. Очистка сбросов от некоторых из них включает выдержку для естественного распада радиоактивной примеси (в течение времени, сравнимого с десять периодами распада радионуклида). Помимо тканевых, применяются фильтры из специального картона, пористой бумаги, ваты, пористой керамики, металлокерамики и др. Конструкции их весьма разнообразны. Некоторые из них не имеют приспособлений для периодического удаления пыли, и при достижении определённой величины гидравлического сопротивления фильтрующий материал заменяется. Абсорбция – объёмное поглощение газов или паров жидкостью (абсорбентом) с образованием раствора. В промышленности осуществляют в абсорберах (прежнее название – скрубберы), имеющих развитую поверхность соприкосновения абсорбента с поглощаемым веществом. Адсорбция – поглощение газов, паров и жидкостей поверхностным слоем твёрдого тела (адсорбента) или жидкости. Алюмогель – аморфный оксид алюминия, микропористое вещество. Получают высушиванием геля гидроксида алюминия. Десорбция – процесс удаления адсорбированного вещества с поверхности адсорбента. Десорбция обратна адсорбции.

АЭС с реактором ВВЭР Для очистки отходящих газов АЭС с ректором ВВЭР используется адсорбционный метод очистки, в частности способ динамической адсорбции радионуклидов криптона и ксенона в колонне, работающей в режиме непрерывного протока. Принципиальная технологическая схема установки газоочистки финской АЭС «Ловица» (реактор ВВЭР) Узел очистки состоит из теплообменника 6, где газ охлаждается до минимально возможной по условиям эксплуатации температуры, самоочищающегося аэрозольного фильтра 7, где газ освобождается от капельной влаги, и двух цеолитовых колонн 4, предназначенных для глубокой осушки газа. Первые два недостатка приводят к увеличению твёрдых радиоактивных отходов На ВВЭР-440 очистка газов от водорода производится на узле сжигания водорода (УСГС). На контактный аппарат поступает газовая смесь, где основным компонентом является азот, а содержание воды незначительно. Указанная система может использоваться для очистки газообразных отходов и в аварийных ситуациях. В России подобная система типична для всех АЭС с ВВЭР. Режим “вечной” работы колонны. В этом режиме используют то обстоятельство, что многие радионуклиды криптона и ксенона имеют достаточно короткие периоды полураспада в сравнении с временем движения вещества по колонне. Осушку газовой смеси можно проводить за сёт конденсации влаги при охлаждении. На РБМК вымораживание влаги и охлаждение угольных адсорберов осуществляют с помощью холодного воздуха. Охлаждение воздуха в УПАК осуществляют воздушной турбохолодильной машиной.

Требования к ограничению облучения населения Для ограничения облучения населения отдельными техногенными источниками при их нормальной эксплуатации федеральным органом госсанэпиднадзора могут устанавливатся квоты (доли) предела годовой дозы для разных видов источников так, чтобы сумма квот не превышала пределов дозы, указанных в таблице 1.

АЭС с быстрыми реакторами Рециркуляционный режим. Примером использования режима рециркуляции газа в замкнутой газовой системе, включающей угольный фильтр и очищаемую газовую полость, являются реакторы на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем.

ПУТИ ДАЛЬНЕЙШЕГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМ ОЧИСТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ГАЗОВ АЭС

Создание безопасных и экономичных установок для обезвреживания радиоактивных технологических газов АЭС является задачей комплексной. Решать ее нужно не только за счет совершенствования таких установок, но и совершенствования и создания основного и вспомогательного оборудования АЭС, имеющих минимум технологических сдувок радиоактивных газов.

ХИМИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

В этой лекции мы рассмотрим химические свойства некоторых радиоактивных элементов. Нас будут интересовать те из них, которые не имеют стабильных изотопов, и которые представляют основной интерес с точки зрения ядерного топливного цикла на базе урана 235 Актиниды (от актиний и греч. eidos – вид) (актиноиды) – семейство из 14 радиоактивных химических элементов с атомными номерами 90 (Th) – 103 (Lr), расположенных в 7 периоде периодической системы элементов за актинием и относящихся, как и актиний, к III группе. В семействе актиноидов по мере увеличения атомного номера новые электроны появляются не на внешней и даже не на предпоследней электронной оболочке, а еще ближе к ядру, в оболочке 5. Актиноиды обладают близкими химическими свойствами, разделять их очень трудно, и “игра” на валентностях – основа большинства методов разделения.

Актиний не входит в число актиноидов, но исследование его свойств необходимо для понимания поведения следующей за ним группы элементов (так же, как знание свойств лантана помогает понять свойства семейства лантаноидов). В 1828 году, анализируя редкий минерал, найденный в Швеции, Иенс Якоб Берцелиус обнаружил в нем окись нового элемента. Этот элемент был назван торием в честь всемогущего скандинавского божества Тора Применение тория в качестве ядерного горючего затруднено прежде всего тем, что в побочных реакциях образуются изотопы с высокой активностью Торий по внешнему виду и температуре плавления напоминает платину, по удельному весу и твердости – свинец. В химическом отношении у тория много сходства с церием, а по структуре электронной оболочки атома – это равноправный член семейства актиноидов Отделение тория от большинства элементов, кроме Y, Sc и лантаноидов, производится в виде оксалата

Протактиний, Ра, 91й элемент периодической системы, атомный вес 231,03588. Предсказан Д.И.Менделеевым (экатантал). Протактиний почти одновременно обнаружили О.Ган и Л.Майтнер в Германии и Ф.Содди и Дж.Крэнстон в Англии (1917). По сравнению с возрастом Земли – 4,5-109 лет – время жизни любого изотопа протактиния очень мало Уран, U, элемент с порядковым номером 92, самый тяжелый из встречающихся в природе. Химически уран очень активный металл. Быстро окисляясь на воздухе, он покрывается радужной пленкой оксида. Мелкий порошок урана самовоспламеняется на воздухе, он зажигается при температуре 150-175 °C, образуя U3O8 Шестивалентный уран восстанавливается в кислых растворах до U4+ железом, цинком, алюминием, гидросульфитом натрия, амальгамой натрия (восстановление невозможно ни SO2, ни H2S. Растворы окрашены в зеленый цвет Минералы – уранинит, урановые слюдки. Содержание U в руде незначительно. В отличие от U и U, из-за своей короткой жизни, этот изотоп образуется вследствие распада атомов U Изотоп уран-233 с периодом полураспада 162000 лет не встречается в природе. Его можно получить из тория-232, облучением нейтронами, на подобие производства плутония Короткий период полураспада у U делает его очень активным источником а-частиц

Нептуний, Np, – элемент с порядковым номером 93 – первый из искусственных заурановых элементов. Атомный вес 237. Назван в честь планеты Нептун. Радиоактивен, наиболее устойчивый изотоп 237Np (Т=2,14*106 лет). Плутоний, элемент с порядковым номером 94, открыт Г.Сиборгом, Э.Макмилланом, Дж.Кеннеди и А. Уолхом (Ваалем, Wahl) в декабре 1940 в Беркли при бомбардировки мишени из урана-238 дейтронами, ускоренными на шестидесятидюймовом циклотроне до энергии 22 Мэв Плутоний – химический элемент, относящийся к группе актиноидов. Атомный вес 244. Радиоактивен, известно 16 радиоактивных изотопов с массовыми числами от 232 до 246. Изотопный состав плутония в отработавшем топливе разных реакторов различен. Плутоний – очень тяжелый серебристый металл, блестящий подобно никелю, когда только что очищен. Из окислов плутония известны PuО, Pu2O3 и PuO2. При выделении и очистке плутония широко используются различия в химическом поведении его отдельных окислительных состояний, а так же то, что плутоний легче, чем уран и нептуний восстанавливается до 4-валентного и труднее окисляется до 6-валентного состояния Поглощение 500 мг плутония как мелкораздробленного или растворенного материала может привести к смерти от острого облучения пищеварительной системы за несколько дней или недель Большое количество экспериментальных данных получено за прошедшие годы по поведению Pu в природе. Так, например, выяснено, что во многих случаях он очень плохо (с коэффициентами 10-5 — 10-8) переходит из почвы в растения.

Америций, Am, (атомный номер 95), атомный вес 243. Назван о слова «Америка» (по месту открытия). Радиоактивен, наиболее устойчив изотоп 243Am (Т=7370 лет). У пятивалентного америция обнаружено одно очень интересное химическое свойство — способность к диспропорционированию

Кюрий, Сm, (атомный номер 96), атомный вес 247, третий синтезированный трансурановый элемент. Радиоактивен, наиболее устойчивый изотоп 247Cm (Т=1,58*107 лет). Очевидно, потребителей 242Cm следует искать там, где особенно ценятся малый вес и компактность источника энергии.

Берклий, Bk, 97 элемент периодической системы, атомный вес 247. Получен в 1949 г. учеными Калифорнийского университета в г.Беркли (США) С. Томпсоном, Г. Сиборгом, А. Гиорсо при бомбардировке мишени из америция-241 ускоренными на 60-дюймовом циклотроне а-частицами Калифорний, Cf, атомный номер 98, атомный вес 251. Название по месту открытия (штат Калифорния, США). Радиоактивен, наиболее устойчивый изотоп 251Cf (T = 900 лет). Т.пл. 900оС. Источник нейтронов в активационном анализе, медицине. Получить весовые количества калифорния в ядерных реакциях с заряженными частицами – задача практически невыполнимая: слишком мал выход этого элемента при слиянии двух атомных ядер

Эйнштейний – Einsteinium (Es), 99-ый элемент периодической системы. Научные исследования, проведенные в конце 1952 г., свидетельствовали о наличии этого элемента в продуктах распада термоядерного взрыва, осуществленного в Тихом океане в ноябре1952 г. под именем “Операции Майк” Менделевий -Mendelevium (Md), 101 изотоп периодической системы. Для получения первых 17, атомов этого элемента, на которых изучены его некоторые химические и физические свойства, потребовалось мобилизовать весь арсенал физики и химии того времени Лоуренсий, Lr, элемент № 103, массовое число 260 – последний актиноид. Радиоактивен, самый долгоживущий изотоп этого элемента 260Lr имеет период полураспада 3 + 0,5 минуты. Резерфордий, Rutherfordium, Rf, 104 элемент IV группы периодической таблицы. Получен искусственно. Известны только радиоактивные изотопы

0

Автор публикации

не в сети 19 часов

Андрей Владимирович

3
Комментарии: 10Публикации: 523Регистрация: 30-11--0001

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

семнадцать − 1 =