Физики подтвердили эффективность ионно-плазменной очистки реакторных сплавов

В процессе работы ядерного реактора на внутренних поверхностях парогенераторов, трубопроводов и других элементов образуются прочные радиоактивные отложения – шпинели. Их необходимо удалять как при плановом обслуживании, так и при выводе установки из эксплуатации. Традиционно для этого используют растворы кислот и щелочей, что вызывает коррозию и порождает большие объемы жидких радиоактивных отходов, которые сложно и дорого перерабатывать.

Как работает «сухая» очистка

Сотрудники ООО «ИнноПлазмаТех» из Санкт-Петербурга разработали альтернативу, полностью исключающую появление жидких отходов. В основе метода – обработка металлических сплавов в укороченном разряде аргона при давлении, близком к атмосферному. Ускоренные ионы аргона обладают достаточной энергией, чтобы разрушить химические связи любых загрязнений на поверхности, распыляя их. Распыленный загрязненный слой осаждается в твердом виде на специальном съемном электроде-коллекторе, после чего может быть компактно утилизирован.

На новом этапе работы ученые испытали технологию на образцах реакторной стали с искусственно созданным оксидным слоем, имитирующим реальные радиоактивные отложения. Результаты, поддержанные грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале «Известия РАН. Серия физическая».

Эффективность и перспективы

С помощью сканирующей электронной микроскопии исследователи оценили, сколько железа – одного из ключевых компонентов шпинели – осело на электроде-коллекторе. Оказалось, что за один цикл обработки удаляется более 40% этого элемента от исходного содержания в поверхностном загрязнении. В условиях реальной АЭС такое снижение означает многократное падение радиационного фона оборудования. За несколько циклов (точное число зависит от толщины и состава отложений) можно полностью очистить сплав.

Тесты подтвердили универсальность метода: его можно применять для очистки ключевого металлического оборудования реакторов, включая парогенераторы и трубопроводы.

«Разрабатываемый метод позволит проводить глубокую очистку и обеспечит возможность повторного использования ценных конструкционных сплавов, – объясняет руководитель проекта Анна Петровская, кандидат физико-математических наук, генеральный директор «ИнноПлазмаТех». – Например, вовлечение в повторный оборот титанового проката стоимостью 50–80 долларов за килограмм превратит дорогостоящую утилизацию в экономически эффективный процесс». По словам Петровской, разработка уже получила высокую оценку экспертов атомной отрасли. В дальнейшем ученые планируют изучить кинетику удаления загрязнений в зависимости от параметров плазменного разряда, чтобы подготовить установку к масштабированию и промышленному внедрению.