Ученые Института физической химии и электрохимии имени А. 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, сообщили в Минобрнауки России.
Хранилище радиоактивных отходов / ©Getty images
Результаты опубликованы в журнале Progress in nuclear energy. Как поясняют ученые, при достижении критической стартовой температуры начинается саморазогрев смеси. Он обусловлен кинетикой взаимодействия ее компонентов и тепловым эффектом реакций. «Техническими средствами, то есть измерением температуры или давления внутри аппарата, невозможно надежно отследить момент возникновения экзотермической реакции в смесях экстрагентов и сорбентов с азотнокислыми окислителями.
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 величина 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. Поэтому для каждого технологического процесса нужно отдельно определять эту температуру.
«Тепловые взрывы не всегда приводят к разрушению аппаратов, нарушению их герметичности или выбросу радиоактивного содержимого в окружающую среду. Последствия зависят объема и заполненности 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.
