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.