[发明专利]核反应堆结构元件的去污方法

说明书

本发明涉及核工程。一种净化核反应堆结构元件的方法，包括用低温等离子体处理核反应堆结构元件，同时供应化学惰性气体流。将电极施加到结构元件的表面上的选定区域，在用作阴极的结构元件的表面和用作阳极的电极之间点燃等离子体放电，并且选择对溅射阴极表面有效的放电工作参数。阴极被溅射。将电极和用于从放电区去除化学惰性气体的气体管道冷却到足以使溅射的原子沉积在电极和管道表面的温度。一旦阴极表面被溅射到给定深度，电极被移动到新选择的处理区域，并且重复该方法的操作，直到待净化的结构元件的整个表面被完全处理。本发明使得显著降低被处理的发电厂结构的放射性和减少产生的放射性废物的量成为可能。

本发明涉及核技术领域，可用于核电站放射性结构元件的去污和安全处理，尤其，进行反应堆辐照石墨和与冷却剂接触的金属结构的表面去污。

已知几种反应堆辐照石墨的处理方法(例如，参见专利RU 2546981、RU 2212074、EP1771865、US 9040014)，其中，反应堆石墨在惰性介质中的热处理，然后在氧化性或还原性气态介质中的热处理，并释放出放射性同位素的气态化合物，并随后将其加以液体或固体形式结合。例如，专利RU 2212074所述的方法，即在温度450℃至530℃，在加热空气吹洗下，从反应堆辐照石墨中分离出碳¹⁴C同位素的氧化物，之后将其受过化学键合。该方法的缺点在于：由于石墨的高导热率(深层也受过加热)，此外，由于热效应对石墨表面具有非局部的性能，因此无法保障石墨主要是表面性的净化(深度范围可达几微米)。另一个不足之处是碳¹⁴C氧化物和其他放射性同位素以挥发性形式的产生，这需要它们的随后化学键合，并增加液体和固体放射性废物的容积。此外，已知处理方法的不足之处包括初步拆卸和研磨具有最初高放射性水平的核电站石墨块和结构元件，使员工的辐射安全条件变坏并增加工作繁重程度。

已知两种将反应堆石墨经过研磨、同起反应性试剂混合并在惰性气氛中进行高温合成、在形成固体残余物而不释放气体废物的热处理方法(例如，专利RF 2065220、RF2192057)。该方法包括石墨研磨，并将钛和/或铝、二氧化钛和/或二氧化硅添加到研磨料中。接着，将混合物放入填满惰性气体的反应堆中，并在没有火焰的情况下引发燃烧反应。根据俄罗斯专利RU 2065220，合成的热产物在燃烧过程中或混合物燃烧后做过压实，然后将其运输进行埋存处置。该方法有下列缺点：需预先拆卸和研磨具有高放射性水平的核电站结构元件和石墨块体，将放射性二氧化碳¹⁴C不可避免地排除到大气中，以及在烧结过程中通过高温合成，且没有选择性去除放射性同位素浓度最高的机制的情况下，增加已形成的放射性废物的容积。这种因素使员工的辐射安全条件变坏，增加工作繁荣程度，并且最终无法以紧凑的形式取得放射性废物。

已知一种废石墨等离子体处理方法，例如，根据专利RU 2435241，依照该方法，将放射性石墨层装载到炉中，并在氧化环境中以等离子体加速器产生的等离子体点燃。接着，关闭等离子体加速器，将破碎的被放射性污染的金属结构装入炉中，进行熔化，同时将碳溶解在金属中，然后将熔渣熔剂放入运输容器中进行固体化及随后的特殊埋藏处埋。该方法的缺点包括金属熔体以被放射性同位素不可避免的沾染，且失去其进一步使用的可能性，以及当从熔炉中除去熔融气体时释放放射性同位素(尤其是二氧化碳¹⁴C)。

根据专利RU 2580818，石墨等离子体处理方法包括将其研磨成级分，随后将其作为消耗电极放置等离子体化学反应堆中，之后在低温等离子体中用氧化剂蒸发。，分散相中的反应产物以灼烧残渣的形式将被沉积到等离子体化学反应堆壁上。从反应堆中取出气态反应产物，将碳氧化物转移到液体相中并运输进一步的处置。固体灼烧残渣从等离子体化学反应堆中取出来进行进一步的处置。该方法的缺点是等离子体化学反应堆壁上形成的放射性灼烧残渣取出的费时费力，并且缺乏去除放射性同位素最高浓度的污染物的筛选机制。