ДЕЗАКТИВАЦИЯ

Дезактивация. Что это такое и для чего она нужна?

Дезактивация заключается в удалении радиоактивных веществ с поверхностей зданий, техники, предметов быта, одежды, воды, других жидкостей и т. д.

Радиоактивное загрязнение, в частности, происходит через непосредственный контакт со средой, содержащей радионуклиды, в том числе путем их оседания из воздуха.

Уменьшение уровня радиоактивного загрязнения возможно естественным путем без участия человека и искусственным, с активным участием человека. Естественный путь заключается в уменьшении уровня радиоактивности через естественный распад радиоктивное элементов. Именно этим объясняется быстрый спад радиоактивности в первые часы после инцидента с выбросом радиоактивных веществ. Связано это с тем, что значительное количество изотопов имеют малый период полураспада. Наличие долгоживущих изотопов требует проведения специальных мероприятий дезактивации.

Вопрос дезактивации для Украины особенно обострился после аварии на ЧАЭС. Однако и сейчас, несмотря на то, что с тех событий прошла треть века, он остается актуальным, ведь ряд радиоактивных веществ, которые распространились после аварии, имеют значительный период полураспада. Это означает, что радиационная опасность во многих случаях остается. К тому же, радиоактивные отходы образуются и сейчас в результате использования источников ионизирующего излучения и применения ядерных технологий, таких, как, скажем, изготовление, эксплуатация и переработка ядерного топлива, ремонт оборудования и перезагрузки ядерного топлива на АЭС и т.п.

Дезактивация улиц города Припяти

Радионуклиды, которые находятся в РАО, имеют различные физико-химические свойства и по-разному влияют на человека и окружающую среду, нанося вред. Поэтому загрязняющие радиоактивные вещества требуют уменьшения объема до минимально возможного, как можно более надежной изоляции и переработки.

Дезактивацию же можно считать одним из самых перспективных направлений уменьшения объема РАО.

Опыт дезактивации был в значительной степени получен во время ликвидации последствий аварии на ЧАЭС. До аварии на Чернобыльской АЭС распространенными методами дезактивации были промышленная дезактивация и дезактивация загрязненных радионуклидами территорий. В связи с тем, что в середине ХХ века происходили испытания ядерного оружия, существовал также опыт военной дезактивации.

Но когда после аварии на ЧАЭС возникла угроза широкомасштабной загрязнению значительных территорий и населения, апробированные в то время методы дезактивации оказались недостаточно эффективными, а потому начали появляться новые технологии, такие как скажем «Технология КПИ» по дезактивации воды, которую разработали и успешно проводили научные сотрудники лаборатории радиохимии химико-технологического факультета Киевского политехнического института.

Сейчас специалистов по дезактивации в Украине готовит Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Сикорского», Одесский политехнический университет, АЭС, специализированные предприятия по обращению с РАО. Ранее таких специалистов готовил еще и Севастопольский институт ядерной энергии и промышленности в Крыму, но сейчас он находится под российской оккупацией. Специалисты, которые умели бы грамотно провести дезактивационные мероприятия очень востребованы и не только во время или после радиационных инцидентов.

На сегодня в Украине эксплуатируются 15 энергоблоков. Жизненный цикл каждого из них предусматривает вывод из эксплуатации и полную очистку территории от радиоактивных материалов — когда будет проведено снятие с эксплуатации и демонтаж оборудования АЭС, по одной из принятых концепций, на месте АЭС должно остаться чистая зеленая лужайка, абсолютно безопасна для людей и окружающей среды.

Однако пока не существует единого универсального метода дезактивации, который бы был одинаково эффективным для любых поверхностей и материалов.

Во время эксплуатации ядерных объектов накапливается определенное количество радиоактивных отходов, которые могут находиться в жидком, газообразном и твердом состояниях. Для уменьшения их объема до минимально возможного, применяют специальные методы минимизации радиоактивных отходов, подпадающих под концепцию МАГАТЭ по уменьшению количества и активности радиоактивных отходов до того уровня, которого можно достичь на практике.

Достижение самого низшего из достижимых на практике уровней активности и объема радиоактивных отходов является одним из главных принципов государственной политики Украины в сфере обращения с радиоактивными отходами.

Для дезактивации газообразных отходов применяют или выдержку в газгольдерах, которые могут монтироваться непосредственно в нижней части вентиляционной трубы, в течение времени, необходимого для распада радионуклидов, или очистку в абсорбирующих установках.

Что касается жидких радиоактивных отходов, то на практике чаще всего применяют способы ионного обмена и многоступенчатое выпаривание в специальных испарительных аппаратах, которое позволяет уменьшить объем жидкости, загрязненной радионуклидами, и обеспечивает высокую степень ее очистки.

Твердые радиоактивные отходы это, не считая загрязненных элементов реакторной установки и инструментов, загрязненной спецодеждаы и обуви, и отходы, образующиеся после отвердения жидких радиоактивных отходов. В частности, для этой цели могут служить заброшенные соляные и известняковые шахты, образование в вечной мерзлоте и глубинные геологические формации

Способы дезактивации

Дезактивацию проводят с помощью химических, электрохимических, механических и других специальных методов, которые позволяют если не полностью устранить радиоактивное загрязнение, то снизить его до уровня, когда оно уже не будет представлять угрозы. Часто проводят комплексную дезактивацию, применяя к одному и тому же объекту несколько различных способов дезактивации.

Учитывая, что количество радиоактивных отходов с постепенным снятием с эксплуатации ядерных объектов будет только расти, то вопрос дезактивации является очень актуальным, поскольку позволяет существенно уменьшить их объем.

Процесс дезактивации происходит в два этапа, первый из которых заключается в преодолении связи между носителями радиоактивного загрязнения и загрязненной поверхностью и второй — транспортировка радиоактивного загрязнения с этой поверхности.

Местность в районе г. Тамура, префектура Фукусима в Японии до (сверху) и после (снизу) дезактивационных работ

Механические способы дезактивации заключаются в удалении радиоактивных веществ из загрязненных поверхностей с помощью щеток, мощной струи воздуха (например, из авиационного двигателя) или воды, причем поверхностное натяжение воды уменьшают путем нагревания или добавления поверхностно-активных речевых, таких как мыло, стиральный порошок или другой моющее средство. Способ механической дезактивации применяют для дезактивации техники, транспортных средств, одежды, персонального профессионального оборудования. Причем, пункты механической дезактивации обустраивают на местах пропуска из загрязненных территорий, ведь он считается наиболее простым и доступным.

Когда радиоактивные вещества находятся на поверхности и слабо с ней связанные, загрязняющие вещества собирают с поверхности при помощи вакуума. В некоторых случаях механический способ дезактивации считается лучшим, в частности, для пористых поверхностей. К механическим относят абразивный способ — снятие поверхностного загрязненного слоя при помощи специальных абразивных средств (пескоструйная очистка, очистка косточковых крошкой, мелкими кристалликами льда и т.д.), струйный — базируется на свойстве воды растворять некоторые химические вещества и очищать с помощью струйной промывки гладкие поверхности почти всех материалов от загрязнения. Однако вода малоэффективна при очистке старых и химически связанных с поверхностью загрязнений. Большое значение имеет также сила давления струи воды.

Применяют также способ дезактивации с помощью фреона-413, ведь он лучше чем вода проникает в поры и щели, активно взаимодействует с маслами и тому подобное. К тому же большинство радиоактивных загрязнений не растворяются во фреоне, а потому легко отфильтровываются.

В некоторых случаях единственный способ дезактивации — крацевание, то есть снятие с помощью специальных щеток или устройств поверхностного загрязненного слоя металла, бетона или другого материала, из которого изготовлен сам предмет, требующий дезактивации.

Дезактивация спецодежды военнослужащего во время учений французкой армии

К механическим способам дезактивации причисляют также дезактивацию плавлением. Значение этого метода очень большое, ведь после проведения демонтажа ядерных установок происходит накопление радиоактивного металла. В некоторых странах по принятым стратегиями обращения с металлом такой материал хоронят в специальных хранилищах, но, например, во Франции, Германии и Швеции существуют общие стратегии обращения с радиоактивным металлом, которые предусматривают создание централизованных высокоэкономичных плавильных установок для переработки металлических отходов.

Полученный после переплавки металл имеет меньшие уровни радиоактивности и может быть повторно использован. Если же из-за уменьшения объема концентрация радионуклидов наоборот повышается, такой металл подлежит захоронению.

Известны и применяются также способы механической дезактивации с применением озона, микробиологическая дезактивация, сверхкритическая флюидная экстрадиция в углекислом газе, дезактивация с использованием плазмы и термическая дезактивация.

Однако, из-за того, что радиоактивные вещества просачиваются вглубь предметов, которые сами по себе не поддаются простой механической очистке, применяют также физико-химический метод, который заключается в применении специальных препаратов, повышающих эффективность дезактивации.

Химический способ дезактивации заключается в использовании специальных химических реактивов для удаления радиоактивного загрязнения с поверхностей. Вступая во взаимодействие с загрязненной поверхностью, они растворяют загрязняющих пленку, не разрушая материал объекта дезактивации. Наиболее эффективно применение химического способа при обработке больших по размеру объектов, таких, скажем, как стены или пол; на АЭС — для дезактивации оборудования в составе контуров, для контурной очистки парогенератора (промывание щелей, пучков труб, очистка с помощью гидромониторов и заполнения дезактивирующих растворов).

В ряде случаев химическую дезактивацию выполняют погружением загрязненного предмета в ванну с химическим дезактивирующим раствором, а ход химической реакции катализируют перемещением или нагреванием раствора. Повышение эффективности дезактивационных работ возможно с использованием ультразвука.

Подобная технология начала применяться в 1954 году, а сейчас нашла довольно широкое применение, ведь ультразвуковые волны хорошо распространяются в упругой среде и способствуют более полному удалению радиоактивных веществ.

Установка ультразвуковой дезактвиации

На сегодня одним из перспективных способов проведения дезактивации является дезактивация гелями, которая позволяет уменьшить количество жидких радиоактивных веществ, образующихся при дезактивации, благодаря способности гелей содержать химические реагенты на поверхностях, которые обрабатываются.

Гели имеют меньшую текучесть, чем обычные растворы химических реагентов, лучше удерживаются на поверхности, благодаря чему обеспечивается более длительный контакт дезактивирующих растворов и предмета, подлежащего дезактивации. Дезактивация с помощью геля, разработанного в Германии, применялась во время ликвидации последствий аварии на ЧАЭС. Этот метод применяли во Франции для дезактивации бассейнов выдержки отработанного ядерного топлива, в Японии — для отделки помещения пульта управления.

В 1998 году во Франции был разработан дезактивирующий гель STMI, который можно наносить непосредственно на компоненты оборудования АЭС, а когда через несколько часов обработки гель смывают струей воды под давлением дозы облучения и образования отходов минимальны.

Одним из малоотходных способов проведения дезактивационных мероприятий является дезактивация с помощью пены. Этот способ также отмечается относительно небольшим количеством образования радиоактивных веществ. При создании пены растворителем служит вода, а в состав входит дезактивирующие реагент, пенообразователь, стабилизатор пены, комплексообразователи, которые предотвращают обратной сорбции радионуклидов на поверхности, компоненты, повышающие адгезию и тому подобное.

Известен также пароемульсионный способ дезактивации, который заключается в подаче горячего дезактивирующего пара в виде эмульсии с помощью насыщенного пара под давлением. К химическим способаи дезактивации относится и протравливание поверхностей с помощью химических реагентов.

Дазктивация автомобиля в Чернобыльской зоне отчуждения во время ликвидации последствий аварии на ЧАЭС, 1986 год

Одним из старейших и наиболее употребляемых способов дезактивации является физико-химическая (гидромеханическая) дезактивация, которая заключается в обработке поверхностей загрязненных предметов специальными дезактивационными средствами с помощью щеток, тряпок, кистей и т. д. На украинских АЭС чаще всего применяют такие средства как Любомид-105, СелОРС, «Барьер». Преимуществами этого метода является простота применения и относительно небольшой объем образующихся отходов. Гидромеханическую дезактивацию можно применять для дезактивации бетонных поверхностей, после чего радиоактивность снижается на 30-50%.

Применяют также электрохимическую дезактивацию во время которой металлическую загрязненную деталь помещают в специальную емкость и подают на нее заряд электрического тока. Применение электрохимической дезактивации позволяет сократить продолжительность процесса дезактивации, расход реагентов и количество жидких отходов, повысить качество обработки.

В зависимости от знака заряда, который подается на поверхность нуждается в обработке (положительного или отрицательного заряда), различают катодную или анодную обработки. Электрохимическая дезактивация осуществляется путем электролиза, то есть отдачи электронов анодом и присоединения их катодом при пропускании электрического тока через растворы электролитов.

Преимуществами применения этого способа является высокий коэффициент дезактивации, повышение качества поверхности, возможность удаления локальных загрязнений.

Где применяется дезактивация и кто в Украине ею занимается?

Дезактивация проводится на АЭС до и после ремонта оборудования реакторного отделения — с помощью специального оборудования и химических средств, когда речь идет о дезактивации сильно загрязненных деталей оборудования, или вручную.

Кроме того, навыки проведения дезактивации имеют военнослужащие войск радиационной, химической и биологической защиты и работники Государственной службы по чрезвычайным ситуациям. К осуществлению работ по дезактивации допускают только лиц старше 18 лет, прошедших специальную подготовку и контроль полученных знаний, инструктаж по технике безопасности и по радиационной безопасности.

Дезактивацию также осуществляют специалисты спецпредприятий по обращению с РАО, в частности ГСП «Объединение «Радон », ГП «Барьер», СП «Центральное предприятие по обращению с радиоактивными отходами», Комплекс производств «Вектор».

Военнослужащие 19-го отдельного батальона РХБЗ Вооруженных сил Украины производят дезактивацию автомобиля во время миротворческой миссии в Кувейте, 2003 год

Эффективность дезактивации

Во время проведения дезактивации важно постоянно контролировать ее эффективность. Для этого измеряют уровень радиационного загрязнения к проведению дезактивации, во время проведения каждого цикла мероприятий и после нее.

Эффективность дезактивации зависит не только от особенностей радиационного загрязнения, но и материала, из которого изготовлены предмет, требует дезактивации. Эффективность проводимых мероприятий оценивают величиной коэффициента дезактивации, равной отношению величины начальной радиоактивности загрязненного предмета до значения после осуществления дезактивации. Коэффициент дезактивации не всегда является точным и однозначным, ведь не учитывает возможности повторного радиоактивного загрязнения.

Так как процесс дезактивации может длиться от нескольких секунд до нескольких часов, говорят о понятии скорости дезактивации. Скорость дезактивации характеризует уменьшение радиоактивности единицы загрязненной площади или объема за единицу времени.

Специальные технологии осуществления дезактивационных мероприятий

Кроме того, что существуют определенные отработанные способы дезактивации, на практике большое значение имеют характеристики, назначение, специфика материала предметов, подлежащих дезактивации.

Дезактивация спецодежды и средств индивидуальной защиты

Способность поверхностей волокон, из которых состоят ткани для спецодежды и средства индивидуальной защиты, в зависимости от своего состава, имеют разную способность поглощать и удерживать радиоактивное загрязнение. Так, например, шерсть загрязняется на краях чешуек, хлопок — в углублениях и зазубринах, ацетатные волокна — в каналах и бороздках, синтетические волокна, которые имеют гладкую поверхность — в мелких трещинках и щелку. Но во всех случаях справедливым будет утверждение о том, что чем тоньше волокно или чем больше оно изношено, тем больше на нем накапливается загрязнения, при том, что ткань — это практически фильтр, на поверхности которого задерживаются крупные частицы, а малые проникают под нее.

Дезактивация одежды во время учений французкой армии

Старейшим способом, который применялся еще для дезактивации одежды и средств индивидуальной защиты при испытаниях ядерного оружия в США в 1940-х гг. было вытряхивание. Но этот метод малоэффективен и может быть рекомендован только как предварительная дезактивация.

Гораздо эффективнее стирка с добавлением поверхностно активных веществ.

Перед стиркой радиационно загрязненной одежды осуществляют дозиметрический контроль и сортируют одежду по уровню загрязнения и вида ткани. Собственно дезактивация стиркой осуществляется в два этапа: первый заключается в удалении радиоактивных загрязнений и их перенос из одежды в дезактивирующий раствор, а второй связан с содержанием радиоактивных загрязнений в этом растворе. Механическое перемешивание (например, в барабане стиральной машины) способствует более эффективному удалению загрязнения. Осуществляют несколько полных циклов стирки, причем первые — в кислой среде, последующие — в щелочной.

После проведения стирки осуществляют повторный дозиметрический контроль и, если уровень радиационного загрязнения не достиг нормы, процедуру проводят повторно.

Дезактивационных стирки осуществляется в специально оборудованных спецпрачечной.

Дезактивация почв

Радиационно загрязненный грунт в большинстве случаев относится к низкоактивным радиоактивным отходов. Трудности в обращении с ним, дезактивацией и захоронением связаны с тем, что почва содержит значительное количество компонентов, имеющих различные химические и физические свойства. Особая опасность радиоактивно загрязненного грунта заключается в образовании радиоактивной пыли, образующейся из него назад на открытом воздухе и разносится на значительные расстояния.

На сегодня самый распространенный способ дезактивации почвы заключается в полном удалении поверхностного слоя, причем снимают его вдвое толще, чем уровень проникновения радионуклидов. Это достаточно сложный и трудозатратно способ, ведь объем почвы, подлежащей срезанию в 1000 и более раз превышает массу самых радионуклидов. Позже эти места засыпают слоем чистого грунта.

Альтернативой срезанию является высадка на загрязненой почве растений, которые извлекают из нее радионуклиды. Одним из таких наиболее часто применяемых «зеленых насосов» является клевер. Благодаря этой технологии можно на 40-80% уменьшить загрязнение почвы. После скашивания зеленую массу перерабатывают с соблюдением правил радиационной безопасности.

Уборка слоев радиоактивно зараженной почвы в г. Припяти, 1986 год

Дезактивацию почвы осуществляют также путем гравитационного обогащения, суть которого заключается в удалении с загрязненной почвы радионуклидов, содержащихся в мелкодисперсных фракциях различной плотности, причем таким образом можно удалить из почвы до 95% радионуклидов. Этот способ применяли для удаления плутония после аварии в США стратегического бомбардировщика Б-52 вблизи поселка Паломарес, когда содержание трех водородных бомб было распыленно на площади 2,3 км2.

Известны также способы дезактивации почв путем экстракции ионов, ионного обмена и другие. Однако, до сих пор достаточно экономную и эффективную технологию для очистки почв от радиационного загрязнения, не разработали.

Дезактивация ионообменных смол

Ионообменные смолы широко применяются на АЭС для поддержания качества теплоносителей, а после исчерпания ресурса поступают в хранилища радиоактивных отходов. Традиционные технологии, такие, скажем, как цементирование, приводят к значительному увеличению объема из-за того, что в жидкой среде смолы имеют свойство разбухать. Перспективным представляется метод глубокой дезактивации ионообменных смол, причем, во время обработки их объем становится существенно меньше, а после обработки ионообменные смолы становятся практически безопасными.

Суть метода заключается в преобразовании радионуклидов в жидкую фазу с последующей очисткой на селективных неорганических радиационно стойких сорбентах. Отработанную смолу промывают специальным раствором, который после коррекции химического состава можно использовать повторно.

Рабочий убирает потенциально радиоактивный кустарник в саду частного дома в Минамисоме, префектура Фукусима, Япония. В кампании уборки зараженных растений и почв работало около 26 тыс. человек.

 Дезактивация кожных покровов

Персонал, работающий с радиоактивными веществами, находится в группе риска по попаданию радионуклидов на открытые кожные покровы, что может нести угрозу здоровью и жизни, поэтому подобного лучше избегать.

В случае попадания радиоактивных веществ на кожу, нужно как можно скорее их смыть. Оптимальная температура воды для смывания — 30-32 °С, а не теплее, ведь горячая вода расширяет поры и способствует проникновению загрязнения вглубь. Также может применяться специальное средство «Защита», которое растирают равномерно на пораженном участке кожи, через 2 минуты его смывают, вытирают насухо и проводят радиационный контроль. Если есть значительное поражение кожи, то сначала дезактивируют наиболее загрязненные участки, а затем — все остальные. Когда речь идет о поражении слизистых оболочек рта или глаз, то их промывают большим количеством воды с 2% раствором питьевой соды.

Дезактивация считается завершенной, если уровень радиоактивности не превышает допустимого, что подтверждается показаниями радиометра.

Дезактивация жидкости

Для очистки воды от радиоактивных веществ применяют несколько способов — отстаивание и фильтрование. Благодаря этим способам можно удалить нерастворимые твердые частицы; коагуляцией с последующим отстаиванием можно удалить до 40% стронция-90, цезия-134 и цезия-137. Более полное удаление достигается путем фильтрования, перегона или пропусканием воды через ионообменные смолы.

Дезактивация транспорта

Больше радиоактивных веществ оседает на горизонтальных поверхностях, на масляном фильтре, радиаторе, отдельных узлах двигателя, заднем борту и задней части кузова. Вероятными местами загрязнения могут быть рабочие элементы, которые контактируют с почвой (например, ковши экскаваторов), колеса, двигатели, воздушные фильтры двигателей, воздуховоды, фильтры очистки, разные засаленные места.

Дезактивация бронетехники во время военных учений французкой армии

Загрязненные поверхности дезактивируют, протирая сверху вниз щетками с использованием дезактивационного раствора, засаленные детали дезактивируют органическими растворителями, дизельным топливом, керосином и т. Если такая обработка недостаточна, то с помощью растворителя снимают лакокрасочное покрытие, протравливают поверхности кислотами или щелочами, механически удаляют верхний загрязненный слой, после чего поверхность промывают водой и вытирают насухо.

Если дезактивацию транспорта следует проводить часто, то устраивают специальные мойки, где применяют струйную, с использованием специальных паст или других спецсредств, пароемульсийную или гидромеханическую технологии дезактивации.

Дезактивация зданий и сооружений

Тяжелая авария на АЭС может привести к выбросу значительного количества радионуклидов в атмосферу, часть из которых может осесть где угодно, даже на местах проживания людей, в результате чего жилые, промышленные, общественные и другие здания могут стать радиационно загрязненными. Предпочтительно, если речь идет о дезактивации больших объектов на открытом пространстве, чаще всего применяют смывания радиоактивной пыли с помощью воды, подаваемой под высоким давлением с помощью пожарных и поливочных машин.

Однако способ выбора дезактивации крупных объектов, в том числе и зданий, тесно связан со свойствами материала, из которых они построены, размерами, конфигурацией и т. п.

В общем дезактивационные работы начинают осуществлять с крыши, предпочитая сухим способам очистки, чтобы избежать стекания радиоактивно загрязненной воды по стенам. Рациональными способами, в таком случае, будут вакуумная очистка, механическая обработка щетками, снятие верхнего загрязненного слоя, применение дезактивирующих пленок.

Дезактивация домов в городе Чернобыле

Внутреннюю часть помещения обрабатывают тоже, начиная от потолка и заканчивая полом, причем обработку начинают с наименее загрязненных участков. Самым эффективным, при выборе жидкостных способов очистки, является обработка пенами и дезактивирующими растворами. Пену наносят слоем толщиной 2-3 см, выдерживают в течение 10-20 мин, а затем удаляют, лучше всего — с помощью пылеотсоса.

Дезактивацию пола осуществляется с помощью механического снятия верхнего загрязненного слоя, изоляцией с помощью полимерных материалов или бетонированием.

Украина — одна из стран, имеет наибольший практический опыт по проведению и организации дезактивации. Технологии усложняются и совершенствуются, становясь все более эффективными, энергосберегающими, более экономически выгодными, дружественными к окружающей среде и человеку. Некоторые из них позволяют свести контакт человека и радиоактивного вещества к минимуму, а это — важно, ведь человеческая жизнь и здоровье бесценны.