Конструкция реакторной установки БРЕСТ-1200 Химические аккумуляторы Реакторы на быстрых нейтронах Нанопористые материалы Космические материалы атомной отрасли Машиностроение для энергетики Радиологические лечебные технологии

Экологические проблемы энергетики

Оптический детектор йодсодержащих веществ в жидких средах, образующихся при переработке облученного ядерного топлива, в реальном масштабе времени

В настоящее время одной из наиболее актуальных проблем развития отечественной и мировой атомной энергетики является обеспечение экологически безопасного функционирования предприятий ядерно-топливного цикла (ЯТЦ). Особую значимость приобретает эта проблема для успешной реализации задачи по развитию атомной энергетики в России – к 2030 году довести производство атомной энергии до 25% от общего количества производимой в нашей стране электроэнергии.

В РФ в качестве основного подхода рассматривается замкнутый ядерный топливный цикл, т.е. предусматривается переработка облученного ядерного топлива (ОЯТ), образующегося в процессе работы АЭС. Поскольку именно на этом этапе происходит возникновение наиболее альфа-, бета- и гамма-активных радионуклидов, включая долгоживущие изотопы, возникает необходимость в исследовании и разработке новых высокочувствительных методов и средств контроля как самих радионуклидов, так и кинетики физико-химических процессов переработки ОЯТ. Наличие таких методов и средств позволит существенно повысить безопасность предприятий ЯТЦ и эффективность процесса переработки ОЯТ.

Одним из наиболее радиологически значимым радионуклидом, образующимся при переработке ОЯТ, является глобальный радионуклид йод-129. Являясь химически высокоактивным, йод-129 образует большое количество йодсодержащих форм, к числу которых, прежде всего, относятся различные анионы йода, содержащиеся в жидких технологических растворах, возникающих в процессе переработки ОЯТ. Наличие или отсутствие того или иного йодсодержащего вещества в растворе в первую очередь определяется условиями технологического процесса. Вследствие этого мониторинг йодсодержащих веществ в реальном масштабе времени является важным инструментом для повышения эффективности этого процесса.

Проблеме детектирования йодсодержащих веществ в жидких средах посвящено большое количество исследований. Для этой цели в настоящее время успешно используются различные оптические методы, в том числе основанные на применении лазеров в качестве источников излучения [Киреев С.В., Колядин А.Б., Шнырев С.Л. Способ определения концентрации йодсодержащих веществ, образующихся при переработке отработанного ядерного топлива, и устройство для его осуществления/ Патент РФ №2227286 от 20.04.2004 г. Бюл. №11], поскольку именно эти методы обеспечивают проведение измерений в реальном масштабе времени.

В работе [Киреев С.В., Шнырев С.Л. Оптический абсорбционный метод детектирования йодсодержащих веществ в жидких кислых средах, образующихся при переработке отработанного ядерного топлива/ Оптика и спектроскопия. – 2003. – №4. – С. 504–511] сообщается об использовании оптического абсорбционного метода для детектирования йодсодержащих веществ (в состав которых в той или иной форме входит глобальный радионуклид йод-129), образующихся при переработке ОЯТ. На основании экспериментальных исследований поглощения растворов йодсодержащих веществ, образующихся в жидких технологических процессах переработки ОЯТ – молекулярного йода I2, йодида и йодата – были разработаны методы одновременного определения концентраций этих веществ в реальном масштабе времени. Сущность этих методов заключается в измерении интенсивности излучения, прошедшего через поглощающую среду, на нескольких длинах волн, определяемых положениями линий поглощения перечисленных йодсодержащих веществ, в спектральном диапазоне 350-450 нм. В работе [Киреев С.В., Шнырев С.Л., Симановский И.Г. и др. Экспериментальное определение размеров рассеивающих частиц в жидких средах как способ дальнейшего повышения точности детектирования йодсодержащих веществ образующихся при переработке облученного ядерного топлива/ “Материалы 6-й Международной научной конференции “Экология человека и природа”. – Москва-Плес. – 5-11 июля 2004”. – С. 230–232] были проведены дополнительные экспериментальные и расчетные исследования, направленные на повышение точности этих методов, цель которых заключалась в учете рассеянного излучения нерастворенными компонентами жидких технологических растворов.

Как показали проведенные впоследствии экспериментальные исследования, чувствительность разработанных методов может быть повышена при проведении измерений в более коротковолновом спектральном диапазоне, поскольку в области 200-300 нм йодсодержащие вещества имеют ряд линий поглощения, для которых величины сечений поглощения в несколько раз превышают величины сечений поглощения в области спектра от 300 нм и выше.

В настоящей работе сообщается о проведении исследований поглощения йодсодержащих веществ, образующихся при переработке ОЯТ в жидких средах, и о разработке на основании полученных результатов оптического абсорбционного метода одновременного их детектирования в реальном масштабе времени.

В ходе проведения исследований были экспериментально исследованы спектры поглощения молекулярного йода, йодида и йодата в спектральном диапазоне 200-500 нм. Установлено, что в данной спектральной области эти вещества имеют ряд интенсивных линий поглощения. На основе проведенных исследований были определены величины сечений поглощения йодсодержащих веществ.

Полученные результаты позволили разработать оптический абсорбционный метод одновременного определения концентраций молекулярного йода, йодида и йодата в жидких технологических средах, образующихся при переработке ОЯТ, в реальном масштабе времени. Сущность метода заключается в проведении измерений поглощения исследуемой жидкой среды на двух длинах волн, попадающих в ультрафиолетовую область спектра. Эти длины волн подбираются с точки зрения достижения наилучшей чувствительности детектирования йодсодержащих веществ.

Разработанный метод послужил основой для создания оптического детектора йодсодержащих веществ в жидких средах. Принцип действия детектора заключается в следующем.

В качестве источника излучения используется дейтериевая лампа с интегральной мощностью 30 Вт, излучающая в спектральном диапазоне 180-900 нм. Промодулированное с частотой 300 Гц излучение лампы проходит через поглощающую ячейку, содержащую раствор исследуемых веществ. Далее излучение проходит через два узкополосных интерференционных фильтра с максимумами пропускания на длинах волн, выбранных для измерения, и регистрируется с помощью фотоэлектронного умножителя (ФЭУ). Сигнал с ФЭУ поступает на вход синхронного детектора с полосой пропускания 0,03 Гц и обрабатывается на компьютере. Учет нестабильности источника осуществляется автоматически посредством одновременной регистрации интенсивностей излучения не только после, но и до поглощающей ячейки.

Таким образом, проведенные в настоящей работе исследования спектров поглощения йодсодержащих веществ в спектральном диапазоне 200-500 нм, позволили разработать оптический детектор молекулярного йода и его анионов в жидких средах. Полученная чувствительность находится на уровне, позволяющем использовать данный метод как для осуществления мониторинга кинетики химических реакций технологического процесса переработки облученного ядерного топлива, так и для контроля эффективности очистительных систем, что является существенным вкладом в решение проблемы обеспечения экологически безопасного функционирования предприятий ядерного топливного цикла.

природного газа в России и других странах (в первую очередь, в странах ближнего зарубежья), снизить уровень затрат при эксплуатации предприятий газовой промышленности.


Обзор зарубежного опыта строительства АЭС