12 July 2022, 23:30 Ольга Чиркова

Найден способ не допустить теплового взрыва при переработке отработанного ядерного топлива

Ученые Института физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина РАН проанализировали причины возникновения быстрых и интенсивных тепловых взрывов, которые могут происходить в технологических смесях во время переработки отработавшего ядерного топлива. Результаты 20-летних исследований позволили определить наиболее надежный способ предотвратить такие взрывы. Их суть — исключить нагревание смесей до критических стартовых температур.

Найден способ не допустить теплового взрыва при переработке отработанного ядерного топлива

Гидрометаллургическая переработка отработавшего ядерного топлива — довольно опасный процесс: паровоздушные смеси могут воспламеняться, а конденсированные смеси восстановителей способны разлагаться под действием азотнокислых окислителей, при этом запускаются неуправляемые экзотермические реакции. В результате создаются избыточные давления в аппаратах, что может привести к их деформации, разгерметизации и даже разрушению — тогда существует риск радиационного поражения работников и загрязнения окружающей среды.

«Техническими средствами, то есть измерением температуры или давления внутри аппарата, невозможно надежно отследить момент возникновения экзотермической реакции. Эти реакции возникают в очень тонких слоях экстрагента или небольших локальных зонах сорбентов и развиваются быстро, что предъявляет повышенные требования к научному обеспечению взрывобезопасности для технологических решений на предприятиях по переработке ядерного топлива», — сообщила заведующая лабораторией радиоэкологических и радиационных проблем ИФХЭ РАН Елена Белова.

Тепловой взрыв происходит при быстром выделении большого количества газообразных продуктов, которые создают в сосуде высокое давление. Эксперименты показали, что степень саморазогрева не всегда пропорциональна мощности теплового взрыва. Кроме того, как поясняют специалисты, радиолиз — облучение смеси при распаде радиоактивных компонентов — может как увеличивать, так и уменьшать вероятность взрыва.

При нагреве смеси между ее компонентами и продуктами их радиационно-химических превращений также могут происходить разные реакции, в том числе снижающие критическую стартовую температуру.

«Тепловые взрывы не всегда приводят к разрушению аппаратов, нарушению их герметичности или выбросу радиоактивного содержимого в окружающую среду. Последствия зависят от объема и наполненности аппарата, состава смесей, степени герметичности и других обстоятельств. Поскольку предусмотреть и учесть все факторы, влияющие на интенсивность тепловых взрывов, невозможно, необходимо принимать все возможные меры по их предотвращению. Мы научно обосновали возможности безопасной эксплуатации радиохимических комплексов по регенерации отработавшего ядерного топлива и фракционированию жидких радиоактивных отходов», — сказала Елена Белова

Наиболее надежным способом предотвращения тепловых взрывов является недопущение нагрева смесей до критических пусковых температур, которые должны быть предварительно определены для конкретного технологического процесса. Для сорбционных смесей это может быть достигнуто за счет ограничения температуры внешнего нагрева и уменьшения содержания тепловыделяющих нуклидов. Предотвращение тепловых взрывов в растворах азотной кислоты с восстановителями возможно за счет снижения их начальной концентрации в упаренных растворах.

Source:  Минобрнауки России

News article publications

Found 

Read also

Летнее потепление приведет к исчезновению дальневосточной ели в долинах
Ученые выявили, что потепление климата повлияет на распространение ели аянской - одного из главных промышленных видов хвойных деревьев Дальнего Востока России. Причем эффект потепления будет зависеть от сезона: если увеличится максимальная температура летних месяцев, то эта хвойная порода исчезнет из долин и останется только в высокогорных районах. Если же потепление проявится в зимний период, то на вершинах горной системы создадутся более благоприятные условия для ее произрастания. Полученные результаты помогут оценить риски потери ели аянской, что повлияет на экономику региона.
Biogeography
Botany
Ecology
22 January 2024
Океанологи выяснили, куда пропадает речная вода из Карского моря
Ученые выяснили, что пресная вода, поступающая в Карское море из рек, в осенне-зимний период течениями переносится в море Лаптевых. В результате к январю ранее опресненная центральная часть Карского моря восстанавливает свою соленость. Поскольку соленость воды сильно влияет на интенсивность образования льда, это открытие будет полезно при прогнозировании толщины ледяного покрова в судоходных районах Арктики.
Ecology
Hydrology
Oceanology
10 November 2023
Использование тепловых насосов поможет сохранить вечную мерзлоту
Отказ от аккумуляторов в пользу тепловых насосов с регулируемой мощностью снизил стоимость охладительных установок на солнечной энергии на 44%. Эти устройства становятся популярны в северных регионах, где их используют для сохранения вечной мерзлоты. При этом несколько маломощных тепловых насосов, использующих энергию от солнечных батарей на охлаждение грунта, оказались на 30–35% эффективнее одного высокомощного.
"Green" technologies
Ecology
Energy industry
18 September 2023
Годичные кольца деревьев помогут предугадать атаку насекомых-вредителей
Предугадать атаку насекомых-вредителей на лесные деревья можно при помощи их годичных колец. К такому выводу пришли исследователи, изучив деревья, пораженные насекомыми, которые поедают хвою и листья. Ученые построили модель, согласно которой динамика изменений ширины годичных колец отражает устойчивость дерева к внешним воздействиям. Оказалось, что деревья с замедленной регуляцией роста в период перед началом вспышки массового размножения вредителей чаще подвергаются нападению насекомых, становясь их первой «жертвой». Исследование поможет разработать инновационные методы по обнаружению первичных очагов повреждений насекомыми-вредителями в лесных массивах.
Agronomy
Botany
Ecology
9 September 2023
Учёный создал датасет количества зоопланктона в дальневосточных морях России
Учёный из тихоокеанского филиала Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии оцифровал данные из пяти справочников, написанных при его непосредственном участии, и объединил их с ГИС картами, создав датасет количественного содержания зоопланктона в различных точках дальневосточных морей с 1984 по 2013 год. Полученный датасет находится в открытом доступе и может быть использован для анализа и прогнозирования как экологического состояния Берингового, Японского и Охотского морей, а также Тихого океана, так и для контроля за рыбными ресурсами Дальнего Востока.
Data analysis
Ecology
Oceanology
18 August 2023
Микросенсор превратил рачка в светлячка
Сделано это не из хулиганских побуждений: так биологи могут быстро и безболезненно оценить кислотность внутренней среды животного и отследить опасное влияние глобального потепления на природные экосистемы
Ecology
Hydrobiology
New techniques
Sensors
13 July 2023