Пошук академічних текстів

Інформація × Реєстраційний номер 0217U003333, 0113U002171 , Науково-дослідна робота Назва роботи Дослідження фізико-хімічних процесів, які визначають деградацію ПВМ об'єкта "Укриття", на період до їх контрольованого зберігання чи переробки Назва етапу роботи Керівник роботи Габєлков Сергій Володимирович, Доктор фізико-математичних наук Дата реєстрації 30-03-2017 Організація виконавець Інститут проблем безпеки атомних електростанцій НАН України Опис етапу Об'єкти досліджень - лавоподібні паливовмісні матеріали об'єкту "Укриття"; їх фізико-хімічні властивості, процеси, які проходять та/або проходили у лавоподібних паливовмісних матеріалах, аерозолі. Мета роботи - ідентифікація та вивчення основних фізико-хімічних процесів в паливовмісних матеріалах об'єкту "Укриття", визначення їх взаємного зв'язку та ступеню взаємного впливу, удосконалення моделі еволюції лавоподібних паливовмісних матеріалів (ЛПВМ) для прогнозування деградації їх структури та основних фізико-хімічних властивостей. Методи досліджень - методика вимірювання мікротвердості; методика визначення міцності при осьовому навантаженні, методика визначення об'ємів порових каналів по видаленнню робочої рідини из них при випаровуванні, метод керамографії для дослідження мікроструктури, метод гідростатичного зважування для визначення удаваної густини, метод водної пікнометрії для визначення пікнометричної густини. Результати та їх новизна - досліджено поровий простір ЛПВМ об'єкта "Укриття". Вперше виявлено нову складову порового простору ЛПВМ - нанорозмірні порові канали діаметром не більше 40 - 60 нм, які є результатом об'єднання треків ?-частинок, що утворилися при ?-розпаді радіонуклідів. Наноканали з'єднали між собою і з зовнішнім середовищем газові пори. Створено модель деградації мікроструктури та фізико-хімічних властивостей ЛПВМ. Виділено фізико-хімічні процеси, що визначають еволюцію мікроструктури ЛПВМ. Визначено стадії деградації та їх тривалість: формування відкритої пористості за рахунок утворення каркасу відкритих порових нанорозмірних каналів (10 - 12 років); окислення оксидів урану у включеннях за рахунок проникнення повітря (6 - 12 років); формування тріщин (кілька років); взаємодія оксидів урану з водою (від декількох років до десятиліть). Показано, що в найближчі 5 - 10 років деградація коричневої та чорної керамік ЛПВМ істотно сповільниться. Самоопромінення ЛПВМ не призведе до значного збільшення вмісту нанорозмірних порових каналів. Процес окислення оксидів урану у включеннях завершився. Формування нових тріщин і/або розвиток вже існуючих практично припинилися. Проникнення води в ЛПВМ по тріщинах до включень оксидів урану істотно сповільниться. Утворення гідратів і розчинних сполук урану та трансуранових елементів також значно сповільниться. При отриманні та подальшому поводженні ЛПВМ будуть руйнуватися на частинки з середніми розмірами 100 - 200 мкм, які виколото з ЛПВМ кількома тріщинами, і малі агрегати частинок оксидів урану з розмірами 5 - 15 мкм, які можуть легко зруйнуються до нанорозмірних (5 - 50 нм) частинок. Ці частинки неминуче будуть формувати аерозолі, що представляють велику небезпеку для людини. Процес кристалізації стекломатрицы цілком може стати основним через 10 - 15 років. Кристалізація 20 - 40 % склофази призведе до руйнування ЛПВМ до частинок з розмірами 20 - 100 мкм і до виходу з ЛПВМ практично всіх наявних включень оксидів урану і збільшення в десятки разів (до 50 т) вмісту нанорозмірних та субмікронних порошків оксидів урану в об'єкті "Укриття". Отриманні результати НДР не мають аналогів у світовій практиці. Деструкція поверхні ЛПВМ приміщення 304/3 виникала, ймовірно, у місцях підвищеної концентрації UO2. Для відриву пилу із заданою активністю від сухої поверхні ЛПВМ потрібно часу приблизно в 7 разів менше, ніж для відриву від обводненої поверхні. Максимальна швидкість утворення і збору радіоактивного пилу відповідала періоду безпосередньо після висихання лави. Сумарна активність пилу осілого, а в наближенні повного збирання і піднятого з ЛПВМ, за 823 доби (з них 413 доби обводненого стану) склала 495,5 Бк - це 2,15 кБк/м2 за рік або 0,59?10-3 Бк/см2 за добу. Виявлена тенденція зростання середньодобової альфа активності пилу більш ніж на 3% за рік. Відносна концентрація частинок з аеродинамічним діаметром меньше 0,8 мкм в альфа активному пилу, що осів на фільтри зростала із збільшенням часу накопичення пилу. Утворення і подальше подрібнення альфа активного пилу для свого пояснення вимагають залучення як мінімум двох незалежних механізмів диспергування. В якості таких в роботі запропоновано: руйнування матриці за рахунок деформації при об'ємному розширенні урану при доокисленні в інкорпорованих частинках UO2 і розділення фаз на виниклих поверхнях сколів, що утворилися при руйнуванні фрагментів. Основний практичний висновок роботи полягає у тому, що звільнення від води капілярної структури ЛПВМ після їх висихання в умовах нового конфайнмента може призвести до суттєвої інтенсифікації процесу доокисления UO2 в лаві і, як наслідок, до значного збільшення кількості альфа активного пилу. Галузі застосування - підвищення ядерної, радіаційної та екологічної безпеки 4-го блоку ЧАЕС, поводження з лавоподібними паливовмісними матеріалами. Опис продукції Оновлена модель еволюції ПВМ, яка описує основні фізико-хімічні процеси, відповідальні за деградацію структури й основних фізико-хімічних властивостей, та яка дозволить дати прогноз поведінки ПВМ в об'єкті "Укриття" на період до десятиліть Автори роботи Додано в НРАТ 2020-04-02 Закрити