Az atomerőművi dekontaminációs technológiák

III.3.1. A dekontaminációs technológiák áttekintése

Ahogy már az előző fejezetben is említettem az atomerőművekben lejátszódó korróziós folyamatok és az ezekkel szorosan összefüggő radioaktív kontaminációs jelenségek minimális szintre csökkentése mind munka- és sugárvédelmi, mind üzemviteli szempontból kiemelkedő fontosságú. Ismeretes, hogy bizonyos mértékű kontamináció minden atomerőmű primer hűtőkörében bekövetkezik. Nyilvánvaló, hogy a radionuklidokkal jelentős mértékben szennyezett berendezések karbantartását, in-situ ellenőrzését, esetleg szétszerelését (felújítását) megelőzően a felületek radioaktivitását

csökkenteni kell, tehát nagy figyelmet kell fordítani megfelelő üzemi dekontaminációs technológiák kidolgozására és alkalmazására, valamint – a hatékonyság növelése érdekében – a fejlesztésükre.

A dekontaminációs technológia lényegében felülettisztítási eljárás, amelynek során radionuklidok eltávolítása történik a szennyezett felületekről [3, 21, 47, 63]. Bár a hagyományos felülettisztítási, illetve a dekontaminációs technológiák hasonló anyagokat, módszereket és műveleteket alkalmaznak, a két eljárás-csoport alapvetően különbözik egymástól az eltávolított anyagfajta jellegét, valamint a tisztítás szelektivitását és mértékét illetően. A dekontaminációs technológiától elvárható, hogy – nemcsak a felületen feldúsult, hanem a szerkezeti anyag mélyebb rétegeibe beépült – általában csekély mennyiségű radioaktív szennyezőt is képes legyen szelektíven és hatékonyan (DF > 10) eltávolítani. Törekedni kell ugyanakkor arra, hogy az alkalmazott technológia az alapfémet elhanyagolható mértékben károsítsa.

A korrózióálló acélfelületeken kialakuló duplex szerkezetű oxidfilmben a radionuklidok különböző folyamatok révén dúsulhatnak fel. Amint arra a korábbiakban rámutattam, a hatékony dekontaminációs eljárás kidolgozásához elengedhetetlen a dozimetriai szempontból meghatározó korróziótermék radionuklidok kontaminációs folyamatainak ismerete. Vízhűtésű reaktorokban az oxidfilm mélyebb rétegeibe beépült nuklidok (elsősorban a ⁶⁰Co, ⁵⁸Co és ^110mAg) megkötődési mechanizmusa és eltávolíthatósága szabja meg a dekontaminálás hatékonyságát [19, 47, 63].

A dekontaminációs technológia kiválasztásánál figyelembe kell venni a szerkezeti anyagok minőségét, a felületi szennyeződés jellemzőit, az eljárás várható hatékonyságát, a keletkező hulladék mennyiségét, és kezelésének lehetőségeit. Alapvető szempont, hogy az alkalmazott dekontaminációs technológia kompatibilis legyen a rendszert alkotó berendezések, csővezetékek szerkezeti anyagával, ezért a választás mindig „erőmű specifikus”.

Az üzemi dekontaminációs módszereket három fő csoportba sorolhatjuk [19, 47, 63, 73]:

kémiai („soft” és „hard”)

mechanikai (pl. kézi tisztítás, drótkefés dörzsölés, nagynyomású víz-sugaras mosás, különböző fúvatásos technikák, csiszolás, polírozás stb.)

egyéb módszerek (pl. elektrokémiai, lézeres, ultrahangos, freonos dekontaminálás)

Több esetben növelhető a dekontaminálás hatékonysága a különböző technológiák együttes vagy egymás utáni alkalmazásakor, mint pl. vegyszer adagolása vízsugárba, vagy a lazább szennyeződések eltávolítását szolgáló mechanikai eljárás után valamely kémiai eljárás alkalmazása, vagy a kémiai eljárást követően elektrokémiai dekontamináció alkalmazása.

III.3.2. A kémiai dekontaminációs technológiák

A kémiai dekontaminációs eljárások lényege, hogy a fémfelületen kialakult oxidréteget, valamint a felületre kiülepedett szilárd részecskéket a bennük megkötött radioaktív izotópokkal együtt a dekontamináló oldat kémiailag feloldja. A kémiai dekontamináció lehetőséget ad a kontamináció és korrózió mértékének szabályozására, illetve a karbantartók dózisterhelésének csökkentésére [19, 47, 63]. Természetesen olyan kémiai dekontaminációs technológiák kidolgozására és továbbfejlesztésére, is szükség van, amelyek rutinszerűen és hatékonyan alkalmazhatók különböző nukleáris létesítmények leszerelését, felszámolását megelőző totál dekontaminálásra is. Valamint olyan kémiai eljárásra is igény lehet, amellyel az atomerőművekben normál üzemmenet során felhalmozódott és fémes hulladékként nyilvántartott szerkezeti anyagok radionuklid-mentesítése megoldható.

A kémiai dekontaminációs célokra kifejlesztett reagensek konvencionálisan savakat, detergenseket, és komplexképzőket tartalmaznak eltérő koncentrációban. A fémes szerkezeti anyagok felületén alkalmazott mentesítési eljárások a következő lépésekből állnak: oxidáció és/vagy redukció, komplexképzés (oldás) és passziválás (korrózióálló, termodinamikailag stabil felület létrehozása a szennyeződött réteg eltávolítását követően). A reagensek koncentrációja alapján „soft” és „hard” eljárásokat különböztethetnek meg.

A soft technológiák kis koncentrációjú (reagens koncentráció < 1 m/m%) kémiai dekontaminációs eljárások. Ezen technológiák jellemzője, hogy a reduktív dekontaminálási lépésben, a korróziós réteg oldására használt oldatok valamilyen komplexképzőt tartalmaznak, rendszerint kelátképző vegyületet, amely a korróziós réteget alkotó oldott fémionokkal erős komplexet képez. A soft eljárásokat ott alkalmazzák, ahol a hard eljárások használata számottevő korróziós és felületkémiai hatásaik, valamint a hűtőkörben maradó vegyszermaradványok potenciális veszélye

miatt nem megengedett. A soft technológiák előnye, hogy kevés vegyszert igényelnek, a dekontamináló oldat regenerálható (pl. ioncserélő oszlopon), kevés – és elsősorban szilárd – hulladék keletkezik illetve a teljes hűtőkör dekontaminálása – akár a fűtőelemek kirakása nélkül is – elvégezhető. A soft technológiák hátránya, a hosszú ideig tartó a dekontaminálás és a kis dekontaminációs faktor (DF < 10). (Az ismertebb alacsony koncentrációjú dekontaminációs technológiákhoz tartoznak a CAN-DECON, CAN-DEREM, LOMI, FRAMATOME CORD-UV technológiák [47, 74].)

A hard technológiák nagy koncentrációjú (reagens koncentráció: > 1 m/m%) kémiai dekontaminációs eljárások, amelyek egyaránt alkalmasak kiszerelhető alkatrészek, illetve nem kiszerelhető (szakaszolható) berendezések dekontaminálására.

Ezen technológiák előnye, hogy meglehetősen hatékonyak (DF > 10). Hátrányuk azonban korrozív jellegük, ezért gondos felülettisztítást igényelnek és a kezelt fémfelületek tökéletes passziválása alapvető jelentőségű. A hard technológiák további hátránya az alkalmazásuk során keletkező nagy mennyiségű radioaktív hulladék. (Nagy koncentrációjú kémiai dekontaminációs módszer például az AP-CITROX, APAC, APACE, APOX, eljárás [19, 73, 75-76].

A korrózióálló acél szerkezeti anyagok felületén PWR-típusú reaktorokban kialakult, krómban dús oxidréteg eltávolítására általában összetett kémiai eljárások alkalmazására van szükség, melyek közül leggyakoribb az ún. kétlépcsős eljárás. A magas Cr(III)-tartalom miatt az első lépésben előoxidálás szükséges, viszonylag nagy koncentrációjú (>1 m/m%) oldatokkal. Ezt a második lépésben az oxidok oldódása követi, ami az oldatok kémiai összetételétől függően savas, vagy reduktív oldási mechanizmus szerint játszódhat le. A VVER-típusú atomerőművekben gyakran használt nagy koncentrációjú dekontaminációs technológia a lúgos permanganát + citromsav – oxálsav alkalmazásán alapuló ún. AP-CITROX eljárás.

A következő fejezetben rövid áttekintést adok az AP-CITROX eljárás VVER-440 típusú reaktor blokkokban alkalmazott változatairól, azok hatékonyságáról, valamint a szerkezeti anyagfelületekre gyakorolt korróziós és felületkémiai hatásairól.

III.4. AZ AP-CITROX KÉMIAI DEKONTAMINÁCIÓS TECHNOLÓGIA