SIAL NOVÁ BALENÁ FORMA NA FIXÁCIU A UKLADANIE Ra - KALOV

1. A l l D e c o SIAL NOVÁ BALENÁ FORMA NA FIXÁCIUA UKLADANIE Ra - KALOV D. Závodská, D. Majerský, S. Sékely(AllDeco), zavodska@alldeco.sk CHEMRAO 08. 06. 2004, Řež

2. Geopolymerizácia a geopolyméry Geopolymerizácia • je všeobecne geosyntéza integrovaných minerálov alumino - silikátov, ktorá umožňuje vzniknutým produktom preukázať vlastnosti prírodného kameňa. Geopolyméry • ich základom sú alumino – silikáty, tzv. POLY(SIALÁTY), • sú vhodnou ekologickou formou na trvalé zapúzdrenie Ra, toxických a nebezpečných iónov kovov, • sú vhodné ako fixačné formy, tesniace bariéry, materiály pre uzávery a špecifické zálievky, • vznikajú pri laboratórnej teplote, tuhnú počas 4 – 24 h, po 24 h majú pevnosť v tlaku okolo 20 MPa, po 28 dňoch až do 50 – 60 MPa, • minimálne kontrahujú, sú nehorľavé, mrazuvzdorné, rezistentné voči síranom (cementovým jedom) a korozívnym účinkom.

3. Vývoj SIALu • Od roku 1997 sa AllDeco intenzívne venuje problematike úpravy a spracovania rádioaktívnych kalov. Boli vykonané testovacie imobilizácie rôznych typov neaktívnych a aktívnych kalov obsahujúce historické kaly. Cieľom bolo vytvoriť fixačnú formu vyhovujúcu požiadavkám určených v LIMITÁCH A PODMIENKACH ÚJD SR pre RÚ RAO v Mochovciach. • Výsledkom výskumu a modelových testov je proces imobilizácie zhromaždených kalov do anorganickej SIAL matricepriamo v sudoch (60 dm3, 200 dm3) alebo „in situ“ v PDSpri laboratórnej teplote počas 30 - 60 minút. • Vyvinutá a testovaná SIAL matricaje produktom chemickej reakcie anorganických zložiek najmä SiO2 a Al2O3známej ako geopolymerizácia. • V roku 2003, Úrad jadrového dozoru SR (ÚJD) udelil povolenie používať na JE A-1 SIAL matricu ako fixačnú formu pre bezpečné nakladanie.

4. Parametre SIALu • Reakcia geopolymerizácie prebieha pri laboratórnej teplote, proces tuhnutia začína 4 h od ukončenia fixácie, matrica je stuhnutá po 24 h. • Pevnosť v tlaku po 24 h je 18 – 20 MPa, po 28 dňoch je 35 – 60 MPa (stanovenie v sudoch nedeštrukčným tvrdomerom Digi Schmidt 2000). • ΦIndex vylúhovateľnosti Li = 8 – 11(stanovený 5 dňovým aj 90 dňovým testom podľa ANSI/ANS 16.1 - 1986)(137Cs=9,9;90Sr=14,0;239,240Pu=13,9). • Je preukázaná radiačná stabilita a mikrobiologická stabilita. • Na rozdiel od organických polymérov je SIAL nehorľavý a mrazuvzdorný. • Matrica SIAL objemovo minimálne kontrahuje. • Je preverená na fixáciu 20% absolútnej sušiny Ra kalu alebo Ra ionexu, resp.fixáciu 50-60 kg suchého kalu alebo ionexu do 200 dm3 suda MEVA.

5. Obr. 3.: Príklad solidifikácie Ra kalu do SIAL matrice v 60 dm3 sude

6. Fixácia kalov dlhodobého skladu (DS) • Ako dlhodobý sklad (DS) na JE A – 1 bol označovaný bazén na chladenie a skladovanie vyhoretého paliva v puzdrách PDS. • Palivové články boli vložené do vertikálne umiestnených puzdier (PDS)z uhlíkatej ocele (vnútorný priemer 147 mm, výška 9 500 mm). • Únik chladiacich médií z puzdier (chrompiku, dowthermu A) počas skladovania a manipulácií s článkami spôsobil nahromadenie organických a anorganických kalov na dne bazénu DS. • V roku 1999 –2001 sa preskúmali, radiačne monitorovali a vzorkovali uvedené kaly. • Zaznamenaný dávkový príkon na dne bazénu DS bol od 50 do 1 000 mGy.h-1 a pravdepodobne bol spôsobený aj vyžarovaním spodných častí PDS. Vo väčšine PDS sa predpokladal objem rádioaktívnych kalov 0.2 to 1.5 dm3.

7. Dno bazénu DS je pokryté 15 – 30 cm hrubou vrstvou kalu. Tento kal je zmesou emulgovaných organických látok (najmä dowthermu A) a vo vode suspendovaných nerozpustných anorganických zložiek ako aj rozpustených anorganických zložiek. • Priemerná objemová aktivita v týchto kaloch po ich jednoduchej separácii je pre 137Cs 105 Bq.dm-3prevodnú fázu, 106 Bq.dm-3pre organickúfázu a 109 Bq.dm-3pre anorganickú nerozpustnú fázu. • Celkový objem vlhkého kalu na dne bazénu DS sa predpokladá 20 až 25 m3 Schematické znázornenie prítomnosti kalov na dne bazénu DS ako aj reálny obraz jeho rozdelenia je na obr. 4. • Vzorkovanie kalov z bazénu DS je znázornené na obr. 5.

8. Obr. 4.: Rozdelenie a formy rádioaktívnych kalov na dne bazénu DS

9. Vzorky rádioaktívnych kalovzískané z bazénu DS a PDS Dlhodobý skladPuzdro PDS Rádioaktívne kaly na dnách Dlhodobý skladPuzdro PDS Obr. 5.: Formy rádioaktívnych kalov na dne bazénu DS a v puzdrách

10. Imobilizácia Ra kalov in situ v puzdrách DS • V roku 2002 bolo vykonané monitorovanie situácie puzdra DS špeciálnym diaľkovo ovládaným monitorovacím a vzorkovacím zariadením MEZA AllDeco. • Z 10 ks PDS bol odčerpaný chrompik a zostatkové kaly boli podrobené analýze na obsah rádionuklidov najmä 241Am, 239Pu, 240 Pu,90Sr a 137Cs. Boli pripravené malé laboratórne vzorky (120 – 140 cm3) SIAL matrice s prídavkom odobratých aktívnych kalov a ďalej testované. • Po monitorovaní bolo vybratých 70 ks PDS s objemom kalu pod 2 dm3 a s dávkovým príkonom menej ako 1 Gy.h-1 a zafixované „in situ“ mobilným tubusovým zariadením FIZA vyrobeným na AllDecu. • Špeciálne tubusové fixačné zariadenie FIZA s diaľkovým ovládaním bolo použité na dispegáciu, homogenizáciu kalu v PDS, dávkovanie zložiek SIAL matrice, zmiešavanie, TV monitorovanie a riadenie procesov na dne PDS. • Hodnoty pevnosti v tlaku v takto zafixovaných kaloch boli stanovené pomocou DIGI – SCHMIDTovho kladivkového tvrdomera na povrchu každej matrice 2 mesiace po fixácii. Namerané hodnoty sa pohybovali od 15,6 – 31,6 MPa.

11. Imobilizácia a solidifikácia kalov v70ks puzdier boli vykonané v súlade s technickým a časovým programom. Umiestnenie zariadenia FIZA počas jeho použitia a TV riadenie procesu imobilizácie sú na obr.6. Obr.6.: Imobilizácia kalov „in-situ“na dne puzdier PDS zariadením FIZA

12. Fixácia kalov bazénu DS zariadením SUZA - DS • Kalová suspenzia na dne bazénu DS má premenlivý pomer obsahu dowthermovej, kalovej a vodnej fázy. • Diaľkovo ovládané zariadenie SUZA – DS vyrobené na AllDecu slúži na: čerpanie kalovej suspenzie (40-50 dm3) do suda s objemom 60 dm3, jej homogenizáciu, filtráciu a odseparovanie jednotlivých fáz a následnú fixáciu do SIAL matrice v sude, do ktorého bola suspenzia z bazénu DS pôvodne načerpaná. • Kalovú fázu tvoria premenlivé množstvá 241Am, 239 Pu, 240Pu, 90Sr a 137Cs, fosfáty a uhličitany Ca, Mg a Fe. • Index vylúhovateľnosti (pre kal zafixovaný v 60 dm3 sudoch MEVA) Li bol stanovený podľa ANSI/ANS 16.1-1986 a mal priemernú hodnotu 7,6 - 8,6 pre 137Cs. • Hodnoty pevnosti v tlaku zafixovaných kalov v matrici SIAL stanovené kladivkovým tvrdomerom DIGI – SCHMIDT na povrchu každého suda1 mesiac po fixácii boli 19,0 – 25,6 MPa. • Expozičné rýchlosti na povrchu sudov s fixovanými kalmi v matrici SIAL boli 11,0 – 18,8 mGy.h-1.

13. Obr. 7.: Pohľad na monitorovací blok zariadenia SUZA DS

14. Obr. 8.: Detailné zábery častí SUZA DS v dlhodobom sklade DS na JE A1

15. Obr. 9.: Pohľad do kalovej nádrže pred fixáciou kalov na JE V2

16. Obr. 10.: Pohľad na zafixovaný kal v SIAL matrici v 200 dm3 sude

17. ZÁVER • AllDeco, s.r.o. vyvinulo matricu SIAL, ktorá je schválená fixačná formu v SR pre bezpečné ukladanie RAO. • Matrica SIAL bola aplikovaná „in situ“ pri fixácii kalov na dne PDS po ich monitorovaní a vzorkovaní špeciálnym zariadením MEZA. • Fixácia kalov na dne PDS po chrompiku (70 ks) a dowtherme (5ks) bola vykonaná „in situ“ mobilným tubusovým fixačným zariadením FIZA DS. • Kaly vzniknuté pri prevádzke JE V2 boli odstránené zo zbernej nádrže a solidifikované do matrice SIAL v 70 ks sudoch MEVA s objemom 200 dm3. • Fixácia kalovej fázy z dna bazénu DS po odseparovaní vodnej a dowthermovej fázy bola vykonaná mobilnou jednotkou SUZA DS určenou na čerpanie, homogenizáciu, separáciu, filtráciu a fixáciu kalov v sudoch s objemom 60 dm3. • Výsledné produkty solidifikovanej formy kalov majú vysokú pevnosť v tlaku a vysokú hodnotu indexu vylúhovateľnosti pre sledované rádionuklidy.