Ионообменные средства

Ионообменные средства (ИОС) находят применение в процессе очистки жидких технологических сред на атомных электростанциях для регулирования их химического состава и уменьшения радиоактивности. Варианты использования различны в зависимости от типа реактора, но их можно обобщить следующим образом: непрерывная очистка теплоносителя (для кипящих реакторов, реакторов с водой под давлением и тяжеловодных реакторов); очистка конденсата питательной воды (для кипящих реакторов); управление реактивностью — удаление бора из контура (в тяжеловодных реакторах и реакторах с водой под давлением); очистка рабочих сред различного происхождения; очистка вод в бассейнах хранения отработавшего ядерного топлива. Образование отработавших ИОС в процессе эксплуатации энергоблоков различается на разных АЭС, так же как и удельная активность этого вида отходов.

Скорость образования отработавших смол в значительной степени зависит от типа реактора и его номинальной мощности, а также от формы применения ИОС (в виде зерен или порошка) и условий эксплуатации энергоблока. Радиоизотопный состав отработавших смол и их удельная активность также зависят от множества факторов, таких как количество твэлов с неплотными оболочками и момент времени, когда определялась активность.

В системах, где отсутствует возможность регенерации ионообменных фильтров, использованные ИОС выгружаются из фильтра в емкости для хранения в виде пульпы по завершении их срока службы. Срок службы смол не всегда совпадает с исчерпанием их обменной способности; часто необходимость в замене возникает из-за больших перепадов давления в системе, вызванных засорением фильтра нерастворимыми примесями, или из-за высокой удельной активности смол.

Оценка загрязнения смол осуществляется путем отбора проб. После этого ионообменные смолы направляются на хранение в резервуары для отработавших радиоактивных отходов, погруженные в слой воды. Хранение использованных ионообменных смол представляет собой серьезную проблему для атомных электростанций по всему миру, так как с течением времени они подвергаются химическим изменениям из-за выделения тепла при распаде накопившихся радионуклидов, таких как деградация функциональных групп и матрицы. Особенно опасными являются аниониты в нитратной форме, поскольку их деградация может привести к экзотермическим реакциям, которые, при затруднении отвода тепла, могут выразиться в виде вспышечной реакции.

Следовательно, переработка смол необходима для обеспечения их безопасного длительного хранения. Реагентная отмывка, или дезактивация, представляет собой наиболее простой метод утилизации смол, так как после процедуры они становятся "чистыми" отходами, а дезактивационный раствор легко поддается переработке любым методом, используемым для кондиционирования рабочих сред. Выбор метода и технологии дезактивации определяется характером и механизмом радиоактивного загрязнения. Для ИОС, образованных в результате эксплуатации реакторов типа ВВЭР (PWR), можно выделить следующие формы загрязнений: радионуклиды, задержанные ИОС в результате ионного обмена; радионуклиды, задержанные ИОС в результате адсорбции, то есть находящиеся во внутрипоровой воде или на поверхности зерен ИОС в виде пленки или рыхлых отложений, а также заполняющие трещины; биологически связанные радионуклиды.

В ходе очистки технологических средств с применением ионообменных смол происходит задержание продуктов деления (134, 137Cs, 90Sr) и радионуклидов коррозионной группы (58,60Co, 54Mn, 65Zn). Проведенные исследования свидетельствуют о том, что радионуклиды коррозионной группы имеют тенденцию образовывать отложения, в основном выявляемые в осадке, придавая загрязнениям характер оседания. В отличие от этого, радиоактивный цезий в технологических средах присутствует в растворимой в воде форме, следовательно, его можно извлечь из водных растворов через стехиометрический обмен на подвижные ионы.