Akceptuję
W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczone w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności

Zamknij X
Reklama1
Strona główna Artykuły

Własności zestalonych odpadów wysokoaktywnych

Zestalone ciekłe odpady wysokoaktywne są najlepsza znana formą składowania tych odpadów. Zestalanie tych odpadów może zachodzić wieloma metodami jednak cel jest ten sam: uzyskanie określonych własności zestalonych odpadów np. przewodnictwa cieplnego, trwałości, reaktywności chemicznej i radiacyjnej itp. Jednak zastosowanie różnych metod daje inne rezultaty, a własności końcowe zestalonych wysokoaktywnych odpadów bywają różne.

Wprowadzenie

Główną zaletą przeprowadzania ciekłych odpadów wysokoaktywnych w postacie stałe jest większe bezpieczeństwo ich przechowywania oraz trwalsze zatrzymanie substancji promieniotwórczych w czasie składowania i zmniejszenia ich aktywności do nietoksycznego. Proces ten jest nader ważny w pierwszych 10-ciu latach składowania odpadów wysokoaktywnych, ze względu na generowane przez odpady ciepło oraz szybkie zmiany zachodzące w układzie (zmiany temperatury, radioaktywności itp.).

Pożądane własności produktów zestalania


Najbardziej pożądanymi własnościami odpadów zestalonych są [1]:
  • Dobre przewodnictwo cieplne – efektem dobrego przewodnictwa cieplnego jest wzrost dopuszczalnej ilości składowanych odpadów w pojemniku; umożliwia skrócenie czasu składowania ciekłych odpadów wysokoaktywnych oraz zmniejszenie ich objętości; dane przedstawione na Rysunku 1
  • Niska wymywalność – maksymalne zmniejszenie prawdopodobieństwa wydostania się substancji promieniotwórczych z zestalonych odpadów w wypadku kontaktu z wodą poprzez np. uszkodzony pojemnik.
  • Dobra stabilność chemiczna i radiacyjna
  1. ługowanie – szybkość tego procesu spada wraz ze wzrostem temperatury i stopniem zeszklenia odpadów [2, 3, 4]; ług owalność wzrasta po przejściu szkła w postać mikrokrystaliczną [5, 6, 7];  reaktywność ta maleje z czasem [8]
  2. dewitryfikacja - in. odszklenie, proces zachodzący w szkliwie, prowadzi do jego zmiany w skupienia krystaliczne o słabo rozwiniętych postaciach. O zapoczątkowaniu dewitryfikacji świadczy pojawienie się krystalitów. Przebiega szybko w podwyższonej temperaturze i ciśnieniu, sprzyjających przegrupowaniu atomów i powstaniu ciał krystalicznych o większej gęstości niż szkliwo; przy słabym chłodzeniu odpady mogą przechodzić w postać mikrokrystaliczną [4, 9, 10, 11, 12]; 
  3. powstawanie gazu – jest nieznaczne, gdy temperatura składowania jest zbliżona do temperatury procesu [13]
  4. reakcje utlenienia – ten typ reakcji zachodzi, gdy składowanie odbywa się  temperaturach wyższych od temperatury procesu
  5. rozpad radioaktywny – zmiany radiacyjne w strukturach krystalicznych odpadów, w szczególności tlenków nie do końca zostały poznane; znane są przypadki, że niektóre szkła zmieniają swoją strukturę na mikrokrystaliczną w ciągu kilku do kilkunastu dni składowania w temperaturze 400˚C - 800˚C [13]; odwrotny proces zachodzi w wyprażonych glinianach (przemiana ze struktury bezpostaciowej w krystaliczną); szkła fosforanowe wydzielają ciecze [5, 14]
  • Wytrzymałość mechaniczna – własność ta pożądana jest głównie podczas transportu i ewentualnego uszkodzenia pojemnika; dąży się do otrzymania jak najmniej kruchych odpadów zestalonych
  • Odporność pojemnika na korozję – stwierdzono, iż szybkość procesu korozji nie jest znaczącym parametrem, lecz ważne jest oszacowanie efektów korozji w okresie długoterminowego składowania; dla odpadów ciekłych dane wskazują, iż okres użytkowania pojemników ze stali zlewanej i nierdzewnej jest zależny od utleniania powietrzem zewnętrznych powierzchni kontenerów [5]
  • Minimalna objętość odpadów – zmniejszenie objętości odpadów jest korzystne ze względów ekonomicznych
  • Minimalny koszt całego procesu




Rysunek 1. Efekt odprowadzania ciepła z pojemników z zestalonymi odpadami: 1 – maksymalne ogrzewanie w pojemniku o średnicy 15cm; 2 – wypalanie 45 000 MWd/tonę przy mocy 30MW/tonę; 3 – maksymalne ogrzewanie w pojemniku o średnicy 30cm; 4 – wypalanie 20 000 MWd/tonę

Rzeczywiste własności produktów zestalenia

Postać i własności produktów zestalania jest zależna od metody. Dane te zostały przedstawione w tabeli (Tabela 1). Zestalone odpady metodą wyprażania w pojemniku stanowią bryłę tlenków o umiarkowanej gęstości (ok. 50% to pusta przestrzeń) i niskim przewodnictwie cieplnym. Powstała bryła jest dość miękka i krucha o wysokiej ług owalności w środowisku wodnym.

Odpady zestalone w procesie zestalania rozpyłowego tworzą monolityczny, skało podobny, ale mikrokrystaliczny materiał o dużej gęstości (ok. 10% to pusta przestrzeń) o dobrym przewodnictwie cieplnym, dużej twardości oraz niska ług owalnością w środowisku wodnym.

Odpady zestalone w szkle fosforanowym to homogeniczne szkliwo o dużej gęstości (ok. 5% to pusta przestrzeń), dobrej przewodności cieplnej. Jest materiałem bardzo kruchym. Granulowany, sypki materiał powstaje z wyprażania fluidyzacyjnego, o średniej gęstości (ok. 50% to pusta przestrzeń) i małym przewodnictwie cieplnym, materiał ten jest łatwo ługowalny w wodzie w postaci suchej miękki i kruchy.



Tabela 1. Własności zestalonych odpadów wysokoaktywnych typu Purex

Optymalizacja metod zestalania ma ogromne znaczenie dla bezpieczeństwa składowania materiałów wysokoaktywnych.

Autor: Karolina Wójciuk


Literatura:

[1] Schneider K.J. Zestalanie i usuwanie wysokoaktywnych odpadów promieniotwórczych. Ośrodek Informacji o Energii Atomowej. Seria: Ochrona przed promieniowaniem Nr66 (524) 1972
[2]  Blasewitz A. G. Mendel J E., Schneider K.J., Thompson R.J. Interim Status Report on the Waste Solidification Demonstration Program, USAEC Report BNWL-1083 Battelle-Northwest. 1969
[3]  Barton G.B. Solidification of High Level Walters. Part VI. Mixed Phosphate, Borate, Silicate Melts for Fixation of Purex – Type Wastes. USAEC Report BNWL-373. Battelle – Northwest 1967
[4]  Barton G.B., Weed J.A. Solidification of High-Level Wastes. Part V. A Factorial Study of the Effect of Varying the Concentration of the Components of Purex-Type Waste on the Properties of Phosphate Solids, Appendix. Response Surface Statistical Analysis. USAEC Report BNWL-544, Battelle – Northwest. 1968
[5]Schneider K.J. (Ed.) Waste Solidification Program, Vol. 1 Process Technology: Pot, Spray, and Phosphate Glass Solidification Processes, USAEC Report BNWL-1073, Battelle-Northwest 1969.
[6] Blasewitz A. G. Mendel J E., Schneider K.J., Thompson R.J. Interim Status Report on the Waste Solidification Demonstration Program, USAEC Report BNWL-1083 Battelle-Northwest. 1969
[7] Barton G.B. Effect of Compositional Variation on “Drip temperature” and Leachability of Phosphate Solids Under Consideration for Fixation of Radioactive Residues, USAEC Report CONF-660208 pp.549-565 1966
[7] Allemann, Roberts F.P., Upson U.L. Solidification of High-Level Radioactive Fuel Reprocessing Wastes by Spray and Plot Calcination – Hot – Cell Pilot-Plant Studies, USAEC Report HW-83896, General Electric Company. 1964
[8] Kaser J.D., Moore J.D. The Development of Spray Calciner – Melter, in Proceedings of the Symposium on the Solidification and Long-Term Storage of Highly Radioactive Wastes, Richland, Wsh., Feb. 14 -18: Regan W.H. (Ed.) USAEC Report CONF-660208 pp.326-374 1966
[9] Clark W.E., Fitzgerald C.L. Proposed Means for the Removal of Mercury from Radioactive Waste Solutions, USAEC Report ORNL-TM-827. Oak Ridge National Laboratory 1964.
[10] Clark W.E. et al., Development of Processes for Solidification of High-Level Radioactive Wastes: Summary for Pot Calcination and Rising Level Potglass Processes, USAEC Report ORNL-TM-1584, Oak Ridge National Laboratory 1966
[11] Bond W.R., Development Spray Calciner Runs, In Quarterly Progress Report, Research and Development Activities, Fixation of Radioactive Residues. 1967 w Platt A.M. (Ed.), USAEC Report BNWL-677 Battelle – Nortwest. 1968
[12] Allemann R.T., Roberts F.P., Upson U.L. Solidification of Hight-Level Radioactive Fuel Reprocessing Wastes by Spray and Pot Calcination – Hot-Cell Pilot-plant Studies, USAEC Report HW-83896, General Electric Company. 1964
[13] Rhodes D.W. Storage and Further Treatment of Product from Fluidized-Bed Calcination of Radioactive Wastes, in Proceedings of the Symphosium on Solidification and Long-Term storage of Highly Radiaktve Wastes, Richland, Wash. 14-18. 1966; w Regan W.H. (Ed.), USAEC Report CONF-660208 pp.623-641 1966




Tagi: odpad, lab, laboratorium, biotechnologia, gaz, ługowanie, dewitryfikacja
Drukuj PDF
wstecz Podziel się ze znajomymi

Recenzje



znajdz nas na fcb
Informacje dnia: Umowa między Air Products a Grupą Azoty ZAK Polski rynek kosmiczny powoli goni światowe potęgi PKN Orlen: innowacyjna technologia oczyszczania powietrza Powstaje coraz więcej biotechnologicznych start-upów Wyszukiwarka wykryje chorobę i da Ci znać Czy niechęć do ćwiczeń wynika z genów? Umowa między Air Products a Grupą Azoty ZAK Polski rynek kosmiczny powoli goni światowe potęgi PKN Orlen: innowacyjna technologia oczyszczania powietrza Powstaje coraz więcej biotechnologicznych start-upów Wyszukiwarka wykryje chorobę i da Ci znać Czy niechęć do ćwiczeń wynika z genów? Umowa między Air Products a Grupą Azoty ZAK Polski rynek kosmiczny powoli goni światowe potęgi PKN Orlen: innowacyjna technologia oczyszczania powietrza Powstaje coraz więcej biotechnologicznych start-upów Wyszukiwarka wykryje chorobę i da Ci znać Czy niechęć do ćwiczeń wynika z genów?

Partnerzy

GoldenLine Fundacja Kobiety Nauki Warszawskie Stowarzyszenie Biotechnologiczne (WSB) „Symbioza” Obywatele Nauki NeuroSkoki Biomantis Uni Gdansk MULTITRAIN I MULTITRAIN II Nauki przyrodnicze KOŁO INZYNIERÓW PB ICHF PAN FUNDACJA JWP NEURONAUKA BIOOPEN 2016 QDAY Mlodym Okiem Nauka w Polsce CITTRU - Centrum Innowacji, Transferu Technologii i Rozwoju Uniwersytetu Akademia PAN Chemia i Biznes Farmacom Świat Chemii Forum Akademickie Biotechnologia     Geodezja „Pomiędzy naukami – zjazd fizyków i chemików” WIMC WARSZAWA 2016 Konferencja Biomedyczna Projektor Jagielloński Instytut Lotnictwa EuroLab