Лазерная дезактивация радиационно-загрязненных металлических поверхностей

Лазерная дезактивация радиационно-загрязненных металлических поверхностей

Введение

Загрязнение объектов населенных пунктов и территорий радиоактивными веществами может произойти в результате радиационных аварий на предприятиях ядерного топливного цикла, деятельности предприятий, организаций и учреждений, использующих источники ио­низирующих излучений на основе радиоактивных веществ естественного и искусственного происхождения, а также применения ядерных зарядов.

Природа и характер радиоактивного загрязнения искусственными радионуклидами существенным образом зависят от источника аварии.

При аварийных выбросах водных теплоносителей ядерных реакторов без разрушения ТВЭЛов основной состав загрязнения определяется короткоживущими продуктами распада инертных радиоактивных газов (ИРГ) Ar-41, Kr-85m, -87, -88, Xe-133 m, -133, -135m, -135, -138, J-131, -132, -133, -135 радионуклидами рубидия и цезия, а также летучими соединения йода, теллура и, частично, рутения. Загрязнения поверхностей различных объектов территорий и населенных пунктов носят в этом случае нефиксированный, кратковременный характер.

При авариях на предприятиях ЯТЦ (ПЯТЦ), связанных с развитием самопроизвольной цепной ядерной реакции (СЦЯР) и разрушением ТВЭЛов или активной зоны, в составе выброса может находиться весь спектр продуктов деления урана, а также продукты активации и коррозии.

Конкретный состав загрязнений в этом случае может изменяться в широких пределах в зависимости от особенностей технологического процесса ПЯТЦ. Однако необходимо иметь в виду, что в этом случае в составе выбросов могут быть соединения плутония, америция, кюрия, тория, других трансурановых элементов (ТУЭ), значительная часть которых находится в малорастворимых формах. Площади и уровни загрязнения при таких авариях могут достигать значительных величин и без принятия мер вмешательства сохраняться длительное время.

В случае разгерметизации ИИИ не топливного характера формы нахождения РН загрязнения могут изменяться в широком диапазоне от практически нерастворимых соединений до хорошо растворимых солей. Площади и уровни загрязнения будут зависеть от активности источника, условий его разгерметизации, погодных условий, характера местности и других причин, а прочность фиксации будет определяться физико-химическими характеристиками радиоактивных веществ и формами их существования в окружающей среде.

Состав загрязнений при испытании ядерных зарядов характеризуется спектром продуктов деления, находящихся преимущественно в нерастворимых формах. Площади и уровни загрязнения в общем случае определяются мощностью взрыва и погодными условиями.

ПЯТЦ являются основными потенциальными источниками радиоактивного загрязнения. Наряду с АЭС большую потенциальную опасность представляют радиохимические заводы (ПО «Маяк» г. Челябинск-40 (г. Озерск), Сибирский химический комбинат (СХК) г. Томск-7 (г. Северск), Красноярский горно-химический комбинат (ГХК) г. Красноярск-26 (г. Железногорск), на которых только в период с 1953 по 1979 г. произошло 13 серьезных аварий. Наиболее крупной из них была авария на ПО «Маяк» 20.09.57 г, (6 уровень по шкале INES, в результате которой произошел выброс в окружающую среду продуктов деления урана. В границах плотности загрязнения 0 - 1 Ки/км2 радиоактивный след имел ширину до 50 км и длину до 300 км.

Крупнейшая в истории радиационная авария ЯР произошла 26.04.86г. на ЧАЭС. Основной особенностью этой аварии является ее глобальный масштаб (7 уровень по шкале INES), Общая площадь территорий с плотностью загрязнения выше 1 Ки/км2 составила величину порядка 130 тыс. км2 с населением 4.2 млн. чел. в 7 тыс. населенных пунктах.

Отсюда ясно, что локализация и ликвидация очага аварии и связанного с ним радиоактивного загрязнения имеет чрезвычайно важное значение.

Глава 1. Специальная обработка

В результате применения противником оружия массового поражения люди, здания и сооружения, транспортные средства и техника, территория, вода, продовольствие и пищевое сырье могут оказаться зараженными радиоактивными, отравляющими веществами и бактериальными средствами. Для того чтобы исключить возможность поражения людей проводят специальную обработку.

Специальная обработка является составной частью ликвидации последствий применения противником оружия массового поражения и представляет комплекс мероприятий, проводимых с целью восстановления готовности транспортных средств, техники и личного состава формирований к выполнению задач по проведению СНАВР (спасательные и неотложные аварийно-восстановительные работы) в очагах поражения и подготовки объектов к продолжению производственной деятельности. Она может быть полной или частичной. Полная специальная обработка проводится с целью обеспечения возможности выполнять работы без средств защиты кожи и органов дыхания. Частичная специальная обработка должна обеспечить возможность действовать без средств защиты кожи при соприкосновении с обеззараженными частями транспортных средств, техники и других поверхностей.

Специальная обработка включает обеззараживание различных поверхностей и санитарную обработку личного состава формирований и населения. Обеззараживание транспортных средств и техники проводится на станциях обеззараживания транспорта (СОТ), развертываемых на базе предприятий автосервиса и других организаций по ремонту транспортных средств. Санитарная обработка личного состава формирований и населения проводится в санитарно-обмывочных пунктах (СОП), создаваемых на базе бань, санпропускников, душевых, а также на специальных обмывочных площадках, развертываемых в полевых условиях с применением подвижных дезинфекционно-душевых установок.

В тех случаях, когда формирования действуют совместно с подразделениями частей ГО, специальная обработка формирований и населения может проводиться на пунктах специальной обработки (ПуСО), развертываемых частями ГО (рис. 1). [2]

Рисунок 1- пункты специальной обработки (ПуСО)

Для развертывания ПуСО используются дегазационно-душевые автомобили 6, для отвода и сбора загрязненной воды отрывают водосборные колодцы 7 и водоотводные канавы 8. Личный состав формирований из района ожидания прибывает на контрольно - распределительный пункт (КРП), сдает документы и ценности в отведенном для этого месте 1, следует в раздевальные отделения 2, проходит санитарную обработку в обмывочных отделениях 3, одевается 4, получает документы, ценности в месте их выдачи 5, а чистую одежду - на складе 9, проходит при необходимости осмотр врачей 10, одевается и следует в район сбора.

Обеззараживание - выполнение работ по дезактивации, дегазации и дезинфекции зараженных поверхностей.

1.1 Организация и проведение санитарной обработки поражённых на этапах медицинской эвакуации (ЭМЭ)

При организации и проведении санитарной обработки необходимо исходить из следующих общих положений:

пораженным БТХВ, АОХВ тяжелой и поражённым со смертельным исходом необходимо обеспечить снятие противогаза в течение первого часа;

пораженным БТХВ, АОХВ тяжелой и поражённым со смертельным исходом полная санитарная обработка противопоказана, поэтому ограничиваются частичной санитарной обработкой со сменой белья и обмундирования;

на проведение частичной санитарной обработки открытых участков кожи с помощью табельного средства у одного пораженного затрачивается около 2-3 минут, на частичную санитарную обработку со сменой обмундирования - от 6 до 8 минут, на полную санитарную обработку с помывкой - от 15 до 20 минут. [5]

.2 Организация и проведение частичной санитарной обработки на этапе первой врачебной помощи

В целях предотвращения возможности вторичных радиационных или химических поражений раненых и больных (пораженных), а также медицинского персонала на этапе первой врачебной помощи должна проводиться частичная санитарная обработка. Нуждаемость в проведении специальной обработки определяется на сортировочном посту медицинского пункта полка, медицинского отряда ГО санитарным инструктором-дозиметристом, оснащенным приборами радиационной и химической разведки (ДП-5, ВПХР).

Все пораженные, поступающие из химических или радиационных очагов, разделяются на сортировочном посту на три группы:

нуждающиеся в проведении санитарной обработки;

не нуждающиеся в проведении санитарной обработки;

подлежащие изоляции.

Санитарный транспорт (техника, используемая в качестве транспорта подвоза раненых и больных; чаще всего в этих целях используется грузовой автотранспорт) и медицинское имущество из химических и радиационных очагов разделяется на два потока: нуждающееся и не нуждающееся в проведении дегазации и дезактивации.

При определении нуждаемости в проведении специальной обработки санитарный инструктор-дозиметрист сортировочного поста руководствуется следующими положениями:

все пораженные, прибывшие из очагов поражения стойкими БТХВ, АОХВ и радиационных очагов, считаются зараженными (загрязненными) и нуждаются в проведении санитарной обработки;

санитарный транспорт и медицинское имущество, прибывшие из очагов поражения стойкими БТХВ, АОХВ и радиационных очагов, считаются зараженными и подлежат проведению дегазации или дезактивации. [5]

Частичная санитарная обработка на данном этапе осуществляется на площадке специальной обработки (ПСО), которая состоит из площадки санитарной обработки и площадки специальной обработки транспорта и имущества, разделённых каждая на грязную и чистую половины.

При поступлении раненых и больных из радиационных или химических очагов личный состав, работающий на ПСО, так же как и санитарный инструктор-дозиметрист сортировочного поста, должен использовать средства индивидуальной защиты органов дыхания и кожных покровов. При угрозе химического заражения для этих целей могут применяться общевойсковой фильтрующий противогаз и общевойсковой защитный комплект (ОЗК) или комплект Л-1. Для защиты от возможных поражений РВ достаточно использовать респиратор, защитные очки, защитный фартук, нарукавники, перчатки и чулки, надетые поверх халата и общевойскового комплексного защитного костюма (ОКЗК).

Легкопораженные самостоятельно направляются на площадку и под руководством санитара проводят частичную санитарную обработку в порядке само- и взаимопомощи. Тяжело пораженным частичную санитарную обработку проводят санитары.

На площадке санитарной обработки ПСО может оказываться неотложная помощь, для чего на столе для лекарственных препаратов предусмотрен запас антидотов и перевязочных пакетов индивидуальных.

На расстоянии 20 - 25 метров от площадки санитарной обработки выделяется участок для площадки специальной обработки транспорта и имущества. На этой площадке развертываются емкости с дегазирующими и дезактивирующими растворами, с помощью которых водители самостоятельно проводят специальную обработку транспорта. Контроль за правильностью проведения и полнотой дегазации (дезактивации) осуществляет санитар.

.3 Организация и проведение полной санитарной обработки на этапах квалифицированной и специализированной медицинской помощи

В целях предотвращения возможности вторичных радиационных или химических поражений раненых и больных (пораженных), а также медицинского персонала на этапах квалифицированной и специализированной медицинской помощи проводится полная санитарная обработка.

Нуждаемость в проведении специальной обработки определяется на сортировочном посту санитаром инструктором-дозиметристом, оснащенным приборами радиационной и химической разведки (ДП-5, ВПХР). Все нуждающиеся в проведении санитарной обработки направляются в отделение специальной обработки (ОСО) данного этапа медицинской эвакуации.

ОСО развертывается на удалении 30-50 м от других функциональных подразделений ЭМЭ с подветренной стороны, по возможности вблизи воды. В ОСО развертывают три площадки:

санитарной обработки;

специальной обработки обмундирования и имущества;

специальной обработки транспорта.

Площадка санитарной обработки ОСО развертывается в двух палатках. В одной из них развертывается раздевальная, в другой - моечная и одевальная. Все эти помещения делятся на потоки для легкопораженных и тяжелопораженных, а также на грязную и чистую половины. На грязной половине оборудуют раздевальную, места для сбора зараженных средств индивидуальной защиты, личного оружия, снаряжения, обмундирования и обуви, а также для сбора зараженного медицинского имущества, использованного для доставки пораженных на площадку и при оказании им медицинской помощи. Здесь же отрывают сточные канавы и водосборные колодцы. На чистой половине оборудуют моечную и одевальную, размещаются емкости с запасом воды, создаются запасы незараженного медицинского имущества и обмундирования.

Пораженные, нуждающиеся в санитарной обработке, направляются на площадку санитарной обработки. При благоприятных погодных условиях перед площадкой санитарной обработки развертывается сортировочная площадка, при неблагоприятных - сортировка пораженных проводится непосредственно в раздевальной. Работают в этих подразделениях фельдшер, регистратор, санитары-носильщики и санитары-раздевальщики, одетые в средства индивидуальной защиты органов дыхания и кожных покровов.

Работающий на сортировочной площадке фельдшер оценивает степень тяжести поражений, и осуществляет сортировку пораженных по объему и очередности санитарной обработки. При сортировке выделяется группа тяжелопораженных, которым помывка противопоказана: шок, обширные ранения и ожоги, проникающие ранения и т.д. Таким пораженным проводят частичную санитарную обработку со сменой обмундирования. Принятое решение об объеме и очередности санитарной обработки закрепляется сортировочной маркой (ПСО-1, ПСО-2, ЧСО).

В раздевальной производится обработка открытых участков кожных покровов жидкостью ИПП при заражении БТХВ или их обмывание водой при загрязнении РВ. Легкопораженные делают это в порядке само и взаимопомощи, а тяжелопораженным обработку осуществляют санитары- раздевальщики. При наличии показаний в раздевальной пораженным оказывается неотложная медицинская помощь.

По окончании подготовки тяжелопораженные (носилочные) выносятся санитарами- раздевальщиками в тамбур, ведущий в моечную, и передаются там санитарам-душорам. В межтамбурном промежутке средства индивидуальной защиты органов дыхания с пораженных снимаются и помещаются в специальный прорезиненный мешок для последующей обработки. Легкопораженные направляются в моечную самостоятельно.

В моечной проводится полная санитарная обработка, которая заключается в помывке всего тела теплой водой с мылом. Здесь работают два санитара-душора и водитель-дезинфектор установки ДДА в защитных очках, нарукавниках, фартуках и чулках.

Из моечной пораженные направляются в одевальную, где работают санитарный инструктор- дозиметрист, санитары - одевальщики и санитары-носильщики. Здесь проводится контроль полноты санитарной обработки (если степень загрязнения РВ после обработки остается выше допустимой - 0,1 мР/ч, человек проходит санитарную обработку повторно), одевание пораженных, по показаниям могут осуществляться мероприятия неотложной помощи, после чего пораженные доставляются в приемно-сортировочное отделение данного этапа.

На этапах оказания квалифицированной медицинской помощи, являющихся «промежуточными», при поступлении пораженных из очага массовых санитарных потерь допускается сокращение объема специальной обработки до частичной санитарной обработки с последующим проведением полной санитарной обработки на этапе специализированной медицинской помощи.

На этапах оказания специализированной медицинской помощи всем поражённым проводится полная санитарная обработка.

Глава 2. Что такое дезактивация

Дезактивация - удаление радиоактивных веществ с зараженных поверхностей транспортных средств и техники, зданий и сооружений, территории, одежды и средств индивидуальной защиты, а также из воды. Проводится в тех случаях, когда степень заражения превышает допустимые пределы. Дезактивация подразделяется на частичную и полную. Проводится в основном двумя способами - механическим и физико-химическим. Механический способ - удаление РВ с зараженных поверхностей. Физико-химический способ основан на процессах, возникающих при смывании РВ растворами различных препаратов.

Для проведения дезактивации используется вода. Вместе с водой применяются специальные препараты, повышающие эффективность смывания радиоактивных веществ. Это поверхностно-активные и комплексообразующие вещества, кислоты и щелочи. К первым относятся порошок СФ-2 и препараты ОП-7, ОП-10; ко вторым - фосфаты натрия, трилон Б, щавелевая и лимонная кислоты, соли этих кислот. Для получения раствора порошок добавляют в воду небольшими порциями при постоянном перемешивании. Дезактивацию транспортных средств и техники проводят с применением 0,15 %-ного раствора СФ-2 в воде (летом) или аммиачной воде, содержащей 20-24% аммиака (зимой). Препараты ОП-7 и ОП-10 применяют как составную часть дезактивирующих растворов, предназначенных для дезактивации поверхностей зданий, сооружений и оборудования.

Дезактивация транспортных средств и техники проводится при их заражении 200 мР/ч и более. Она проводится смыванием струей воды под давлением 2-3 атм или обработкой дезактивирующими растворами, протиранием ветошью, смоченной в бензине, керосине, дизельном топливе, а также обработкой газокапельным потоком.

Дезактивация зданий и сооружений проводится обмыванием водой. Обмыв начинается обычно с крыши и ведется сверху вниз. Особо тщательно обмываются окна, двери, карнизы и нижние этажи здания. Для предохранения от попадания зараженной воды во внутренние помещения необходимо закрыть двери, окна, вентиляционные отверстия и т. д. Дезактивация внутренних помещений и рабочих мест проводится обмыванием растворами или водой, обметанием вениками и щетками, а также протиркой. Начинать дезактивацию следует с потолка. Потолок, стены, станки и оборудование протирают влажными тряпками, пол моется теплой водой с мылом или 2-3 %-ным содовым раствором. Внутри помещения радиоактивное заражение не должно превышать 90 мР/ч.

Дезактивация участков территории, имеющих твердое покрытие (асфальт, бетон), может проводиться смыванием радиоактивной пыли струей воды под большим давлением с помощью поливомоечных машин или сметанием радиоактивных веществ подметально-уборочными машинами. Участки территории, не имеющие твердого покрытия, дезактивируются путем срезания зараженного слоя грунта толщиной 5-10 см дорожными машинами (бульдозерами, грейдерами), засыпкой зараженных участков территории слоем незараженного грунта толщиной 8-10 см, перепахиванием зараженной территории тракторными плугами на глубину до 20 см, устройством настилов для проездов и проходов по зараженной территории, уборкой снега (срезается верхний слой снега толщиной до 20 см) и скалыванием льда.

Дезактивация воды проводится фильтрованием, перегонкой, а также с помощью ионообменных смол или отстаиванием. Колодцы дезактивируются путем многократного откачивания из них воды и удаления грунта со дна, а прилегающий участок местности в радиусе 15-20 м дезактивируют путем снятия слоя грунта толщиной 5-10 см с последующей засыпкой участка незараженным песком.

2.1 Виды работ, выполняемые при ликвидации последствий радиационных аварий

В случае радиационной аварии может произойти радиоактивное загрязнение территории и расположенных на ней объектов (в первую очередь самого аварийного объекта). Наиболее вероятно загрязнения наружных поверхностей зданий и прилегающей территории, однако возможно проникновение радиоактивных веществ внутрь зданий за счет работы вентиляции (если она не была своевременно выключена), заноса РБ при движение людей, транспорта, а также воздушными потоками через открытые окна и т.п. [3]

Перечень предпринимаемых мер и характер проводимых работ существенно различны в зависимости от уровня радиоактивного загрязнения территории и производственных объектов.

Аварийные работы в случае радиационной аварии делятся на 2 этапа:

ликвидация аварии (или первоочередные аварийные работы):

ликвидация последствий аварии (в том числе ремонтно-восстановительные работы на объекте и его территории).

Основными проблемами, возникающими в ходе ликвидации аварии на РОО, в зависимости от ее масштабов в общем виде является:

оценка обстановки и принятия решений по снижению тяжести аварий и ее последствий;

проведение спасательных работ;

тушение пожаров;

подавление выбросов радиоактивных веществ и предотвращение о вопрос гранение радиоактивного облака;

дезактивация путей подхода людей, а техники к местам проведения работ;

мероприятия по радиационной защите.

Ликвидация последствий аварии преследует основную цель по предотвращению распространения РВ за пределы загрязненной территории и включает в себя:

локализацию и ликвидацию источников радиоактивного загрязнения;

дезактивацию загрязненной территории;

сбой и захоронение образующихся в ходе работ радиоактивных отходов;

ремонтно-восстановительные работы на объекте и ее территории.

.2 Методы дезактивации

Основными методами дезактивации отдельных объектов являются:

для открытых территорий:

снятие и последующее захоронение верхнего загрязненного слоя грунта (механический способ);

дезактивация методом экранирования;

очистка методом вакуумирования;

химические методы дезактивации грунтов (промывка);

биологические методы дезактивации (естественная дезактивация) для дорог и площадок с твердым покрытием;

смыв радиоактивных загрязнений струёй воды или дезактивирующих растворов (жидкостный способ);

удаление верхнего слоя специальными средствами или абразивной обработкой;

дезактивация методом экранирования;

сметание щетками поливомоечных машин (многократно);

для участков местности покрытых лесокустарниковой растительностью:

лесоповал и засыпка чистым грунтом после опадания кроны;

срезание кроны с последующим ее сбором и захоронением;

о6работка дезактивирующими растворами (с щетками и без них);

обработка высоконапорной струей воды;

очистка методом вакуумирования;

замена пористых элементов конструкций;

снос строений.

.3 Способы дезактивации

Процесс дезактивации связан с удалением радиоактивных загрязнений с обрабатываемых объектов. В случае поверхностного загрязнения дезактивация ограничивается удалением с поверхности объектов радиоактивных веществ, которые закреплялись на ней в результате адгезии и адсорбции молекул или ионов радионуклидов (РН). Для дезактивации под глубинном загрязнение этого недостаточно - возникает необходимость извлечь и радиоактивные загрязнения, проникшие в глубь поверхности, и только после этого происходит удаления радиоактивных загрязнений, перешедших из глубин на поверхность объекта. Возможно удаление находящихся в глубине материала радиоактивных загрязнений вместе с этим материалом.[4]

Дезактивация осуществляется при помощи различных способов.

Способ дезактивации - это совокупность операций с использованием средств дезактивации по удалению радиоактивных загрязнений с объектов. Способы дезактивации реализуются в результате воздействия дезактивирующих растворов (ДР) или сред на обрабатываемую поверхность с учетом особенностей объекта и используемых технических средств.

Существующие способы дезактивации можно классифицировать по различным признакам, которые, с одной стороны, определяются условиями радиоактивного загрязнения, а с другой - условиями проведения самой дезактивации. В выбор способа дезактивации могут быть положены два основных принципа, определяющие агрегатное состояние дезактивирующей среды и особенности проведения собственно дезактивации.

Рис.2. Классификация способов дезактивации

Рис.3. Классификация основных технических средств дезактивации

Иногда способы дезактивации разделяют на физико-механические, химические и физико-химические.

Физико-механические способы осуществляется с помощью механических или физических процессов, например: механическое воздействие щетки, аэродинамическое воздействие жидкого или газового потока и так далее.

В химических способах происходит химическое взаимодействие радионуклидов с компонентами дезактивирующих растворов; оно может быть интенсифицировано под действием внешних факторов, электрического поля.

Физико-химические способы дезактивации сочетают особенности двух предшествующих.

На основе практики применяемой в различных условиях радиоактивного загрязнения технические средства дезактивации можно классифицировать на три основные группы (см. рис.3).

2.4 Основные этапы и рекомендации по проведению дезактивационных работ

Основными этапами дезактивационных работ является:

паспортизация объекта дезактивации;

подготовительные мероприятия;

дезактивация объекта.

Очередность проведения дезактивационных работ на территории зоны радиоактивного загрязнения должна исходить из необходимости последовательной дезактивации, начиная с наиболее загрязненных и заканчивая менее загрязненными местами и участками постоянного или длительного пребывания населения в процессе его жизнедеятельности.

При выборе соответствующих приемов для конкретных объектов дезактивации необходимо руководствоваться наличием ресурсов, ожидаемой эффективностью и производительностью приема.[4]

Следует помнить, что практически всегда эффективность дезактивации обеспечивается тщательностью соблюдения соответствующей технологии приема и постоянным оперативным дозиметрическим или радиометрическим контролем.

При недостаточном соблюдения требований, технологии может потребоваться повторение операций или увеличения их числа при многократных обработках.

Наиболее эффективными являются ручные приемы, которые, однако, характеризуются наибольшей трудоемкостью и повышенным облучением персонала.

При проведении дезактивации участков территории необходимо определять порядок работ (движение транспорта и персонала), который позволяет предотвратить новое радиоактивное загрязнение уже от дезактивированных участков; в этом плане дезактивацию следует вести в направлении от более к менее загрязненным участкам. Для дезактивации транспортных средств целесообразно создание стационарных пунктов дезактивации с централизованным обеспечением техническими средствами, участками разборки техники, системами локализации и обработки образующихся радиоактивных отходов.

При проведении дезактивации зданий сооружений, средств производства, применением методов, вызывающих пылеобразование, требуется предварительное или одновременное увлажнение.

Следует учитывать возможность перераспределение радиоактивного загрязнения в ходе дезактивации зданий и сооружений; в частности при дезактивации кровель и стен (вертикальных поверхностей).

При дезактивации мокрыми методами стекающие растворы могут привести к концентрации радиоактивного загрязнения в отдельных местах на поверхности грунта, что потребует повторной его деактивации, если она была проведена ранее.

.5 Дезактивирующие рецептуры

Состав и характеристики некоторых дезактивирующих рецептур, нашедших применение в практике ликвидации последствий радиационных аварий, приведены в таблице 1.

Таблица 1

Дезактивирующие рецептуры

Несмотря на довольно широкий выбор растворов и рецептур, основное применение в ходе работ по дезактивации зданий и сооружений нашли водные растворы с добавками поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Частицы РП и РВ удерживаются на поверхности объектов за счет сил адгезии.

Адгезия - это взаимодействие частиц с твердой поверхностью объекта, обусловленное силами притяжения, которое зависит от свойств контактирующих тел и от свойств окружающей среды. На силы адгезии (прилипания) влияют вид материала поверхности, ее чистота и шероховатость, размер частиц РП, метеоусловия, продолжительность контакта твердых тел. В воздушной (газовой) среде адгезия обусловлена молекулярными, капиллярными, кулоновскими и электрическими силами.

Суть различных способов дезактивации заключается в создании оптимальных условий для отрыва прилипших частиц РП от поверхности. На них должна действовать внешняя отрывающая сила (Fотр), превышающая силу адгезии (2F): Fотр > 2F max.

Таким образом, при обработке поверхности необходимо преодолеть силы адгезии. Это первая стадия процесса.

На второй стадии оторвавшиеся частицы транспортируются с поверхности воздушным потоком, водой или дезактивирующей рецептурой. Отрыв частиц РП может быть достигнут либо путем приложения большой отрывающей силы, либо снижением величины адгезионного взаимодействия. Значительного вклада последнего фактора можно добиться заменой воздушной среды на жидкую.

Так, например, силы адгезии для частиц диаметром 40 мкм на воздухе и в воде различаются в 350 раз.

В этой связи безжидкостный способ - использование воздушного потока недостаточно эффективен при дезактивации, особенно замасленных и загрязненных поверхностей.

Поэтому наиболее распространенным неэффективным способом является дезактивация объектов с использованием жидких сред (жидкостный способ обработки), в том числе на основе водных рецептур моющих порошков.

Уменьшение силы адгезионного взаимодействия между частицей РП и твердой поверхностью при замене воздушной среды на жидкостную связано с подавлением электрической составляющей силы адгезии за счет стекания электрического заряда с частицы РП на поверхность объекта.

Для целей дезактивации объектов используются моющие порошки СФ-2У, СФ-ЗК, препарат ОП-7 (ОП-10), продукты, полупродукты или отходы производств, содержащие поверхностно-активные вещества (ПАВ). Все они применяются для дезактивации техники и транспортных средств. При дезактивации СИЗ, одежды и обуви используют водные растворы ОП-7 (ОП-10), СФ-2У, сульфонолов с гексаметафосфатом натрия (СФ-3), другие ПАВ, органические растворители с усилителями типа УС-28. Для дезактивации кожных покровов человека применяют туалетное мыло, а при недостаточной его эффективности - препарат «Защита».

В настоящее время для приготовления порошков и рецептур для дезактивации наиболее широко используются ионогенные моющие вещества.

К ним относятся следующие группы анионоактивных веществ:

соли высших жирных кислот - RCOONа. Это обычные жировые масла;

соли сульфоэфиров нормальных первичных алифатических спиртов;
(алкилсульфаты) - ROSOОNа;

соли сульфокислот алкилированных ароматических углеводородов (алкилбензолсульфонаты) - RCОНOSOО;

соли алифатических сульфокислот (алкилсульфонаты) - RSООNа.

Алкилбензолсульфонаты (сульфонолы) - являются одним из основных видов синтетических моющих веществ. Сульфонол используется, главным образом, в качестве одного из исходных продуктов для получения дезактивирующего порошка СФ-2.

В состав моющих средств, вводятся специальные добавки для улучшения их моющих свойств и придания товарного вида. Добавки можно подразделить на две группы: соли неорганических кислот и органические добавки. В качестве добавок используются:

нейтральные соли сильных неорганических кислот, главным образом, NаS и NаС1;

щелочные соли слабых кислот (NaОSО, силикаты натрия различного состава, NaОРО и др.);

сложные фосфаты.

Все соли неорганических кислот повышают адсорбционную, эмульгирующую и солюбилизирующую способность моющих веществ, снижают критическую точку мицеллообразования. Нейтральные соли сильных неорганических кислот в состав моющих средств, специально не вводят, они образуются в качестве сопутствующих технологических примесей. Щелочные соли слабых неорганических кислот при гидролизе создают щелочную среду, что оказывает благоприятное влияние на удаление маслянистых загрязнений или ОВ.

Эмульгирование - получение устойчивых эмульсий.

Большинство пятен на одежде (примерно 70%) содержат большое количество жиров. Одним из путей удаления жирных пятен является их эмульгирование с помощью ПАВ. Известно, что молекулы жира обладают водоотталкивающей способностью, то есть, обычной водой без моющих средств жирные пятна практически невозможно отстирать, тем более в холодной воде. Молекулы ПАВ сначала смачивают поверхность жирных пятен на одежде, равномерно растекаясь и проникая глубже в волокна ткани, а затем, благодаря эмульгирующей способности, расщепляют жирные пятна на более мелкие части (эмульсии), что значительно облегчает процесс вымывания жирных пятен с одежды.

Солюбилизация - это процесс коллоидного растворения нерастворимых в воде веществ мицеллами ПАВ. Большинство жиров и углеводов образуют коллоидную (неоднородную) систему, которая плохо растворяется в воде. В процессе солюбилизации плохо растворяемые в воде жировые загрязнения под действием мицелл ПАВ переходят в раствор, что обеспечивает их наиболее полное удаление из ткани.

По достижению предела растворимости ПАВ образуют конгломераты, или мицеллы - своеобразное скопление молекул, которые имеют шарообразную или пластинчатую структуру.

По достижению концентрации ПАВ, при которой наблюдается образование мицелл (критическая точка мицеллообразования), моющая способность порошка или геля для стирки является наивысшей. Чем меньше критическая точка мицеллообразования ПАВ, входящих в состав моющего средства, тем оно экономичнее. Дальнейшее повышение дозы порошка или геля не приводит к усилению моющего действия.

Важным свойством сложных фосфатов является способность образовывать комплексные соединения с катионами щелочноземельных и тяжелых металлов. Это приводит к умягчению воды, растворению карбонатов кальция и кальциевых мыл. Для дезактивации это имеет положительное значение, так как радиоизотопы щелочноземельных и тяжелых металлов связываются сложными фосфатами в растворимый комплексный анион, удаляемый с обрабатываемой поверхности вместе с дезактивирующим раствором.

На основе алкилбензолсульфонатов, называемых «сульфонолами» готовятся дезактивирующие препараты моющего действия. На снабжение войск приняты табельные дезактивирующие (сульфонольные) препараты СФ-2У, СФ-3, СФ-ЗК, состав которых представлен в таблице 2.

Таблица 2

Состав дезактивирующих препаратов

Моющий порошок СФ-2У содержит сульфонола 25%, триполифосфата натрия 50%, сульфата натрия (в сульфоноле) 15%, остальное влага. Он представляет собой порошок желтоватого цвета, хорошо растворим в воде. Устойчив при хранении. Срок хранения составляет 20 лет. Может комковаться и слеживаться, однако, при этом не теряет своих полезных свойств. Перед растворением его необходимо измельчить. Расфасовывается в пакеты массой 400 г. Для дезактивации техники и транспортных средств применяется в виде 0,15% водного раствора из всех технических средств специальной обработки, из комплектов типа ДК-4 - в виде 0,075% раствора. Норма расхода в зависимости от применяемого технического средства составляет 1,5-3,5 л/м2. Моющий порошок СФ-2У используется также для дезактивации обмундирования и другого вещевого имущества способом стирки.

Моющий препарат СФ-3 (СФ-ЗК) разработан для приготовления растворов на основе морской (жесткой) воды. Это однородный мелкодисперсный порошок от кремового до темно-желтого цвета.

Применяется на надводных кораблях в универсальной системе водяной защиты. Содержит сульфонола - 30% и гексаметафосфата - 70%.

Препарат СФ-ЗК представляет собой смесь порошка СФ-3 и щавелевой кислоты (1:1). Он широко может использоваться на ядерных установках для удаления радиоактивных загрязнений. 1% водный раствор препарата СФ-3 в емкостях технических средств может храниться не более 10 суток; раствор препарата СФ-ЗК не хранится в технических средствах дезактивации.

Препараты ОП-7 (ОП-10) получают при взаимодействии оксида этилена со смесью моно- и диалкилфенолов. По внешнему виду - это маслянистые жидкости или пасты. Хранятся и транспортируются в стальных бочках, при хранении устойчивы. Растворяются в воде в любых соотношениях. Водный раствор, содержащий 0,3% ОП-7 или ОП-10 и 0,7% гексаметафосфата натрия, может применяться для дезактивации помещений и оборудования.

Для тех же целей может применяться дезактивирующая рецептура содержащая 0,2-0,5% раствор щавелевой кислоты с 0,4% триполифосфата натрия и 0,3% ПАВ, а также 0,3 % азотнокислый раствор, содержащий 0,4% триполифосфата натрия и 0,3% ПАВ.

Препарат СФ-2У используется в качестве моющей добавки к полифункциональным препаратам СОА и СН-50.

В летних условиях дезактивирующие рецептуры готовят, как правило, на воде, в зимних условиях, используются растворы в антифризах или подогретые водные растворы. Так, порошок СФ-2У применяется для приготовления 0,15% водного дезактивирующего раствора (рецептуры), который используется для дезактивации техники и транспорта путем орошения и протирания щетками. Расход рецептуры, при этом, составляет 1,5..3,0 л/м2 поверхности.

В зимних условиях в качестве растворителя используют аммиачную воду. Общая характеристика дезактивирующих рецептур представлена в таблицах 3, 4.

Препарат СОА применяется в виде 4% раствора в воде или антифризе А-40 (зимой) для дезактивации авиационной техники. При отсутствии ком­понента №1 может применяться и 2% раствор компонента №2.

При отсутствии табельных дезактивирующих препаратов типа СФ для дезактивации можно использовать растворы бытовых синтетических моющих синтетических моющих средств (СМС) типа "Лотос", "Астра" т.п. или вспомогательные вещества типа ОП-7 или ОП-10

Дезактивация пористых материалов - обмундирования производится в ваннах путем стирки. Состав моющей ванны определяется характеристиками моющей рецептуры и природой загрязнений. Процесс дезактивации состоит, как правило, из нескольких последовательных стирок, чередующихся с полосканием в чистой теплой или холодной воде. Обязательным является периодическая смена моющей ванны. Качество дезактивации определяется количеством смен и полнотой удаления растворителя из обмундирования при смене ванны.

Для удержания загрязнений во взвешенном состоянии и предотвращения перераспределения загрязнений по всей массе обмундирования необходимо добавлять комплексообразующие вещества, такие как щавелевая кислота или этилендиаминтетраацетат натрия (трилон Б).

Кроме этих рецептур для целей дезактивации могут применяться водные растворы мыла или бытовых синтетических моющих средств, вода и органические растворители (дихлорэтан, бензины, керосины, дизельное топливо и т.п.). Последние используются с нормой расхода 2-3 л/м2.

Таблица 3

Дезактивирующие рецептуры моющего действия

Таблица 4

Дезактивирующие рецептуры моющего действия

.6 Технические средства дезактивации

В качестве технических средств дезактивации возможно использование состоящих на вооружении армейских средств и технических средств, разработанных предприятиями промышленности (см. таблицу 5).

Таблица 5

Технические средства дезактивации

Глава 3. Лазерная дезактивация радиационно-загрязненных металлических поверхностей

лазерная дезактивация обеззараживание

Строительство атомных электростанций (АЭС) и производство ядерного оружия создает угрозу экологии всей земли. Аварии на АЭС, замена отработавших агрегатов, добыча и транспортировка ядерного топлива, изготовление и хранение ядерного оружия требует постоянного мониторинга состояния объектов и разработки эффективных технологий дезактивации и утилизации отработавших свой срок узлов, агрегатов и сооружений атомных объектов. [1]

Одной из проблем, привлекающей в настоящее время внимание специалистов, является задача восстановления исходного состояния материалов и деталей, подвергшихся поверхностному радиоактивному загрязнению в процессе реализации ядерно-топливного цикла (ЯТЦ), и включения их в промышленный оборот. Как правило, в результате проведения ежегодных профилактических и ремонтных работ на АЭС накапливается огромное количество отработавших свой ресурс радиационно-загрязненных металлоконструкций, узлов и элементов, выполненных из дорогостоящих металлов и сплавов.

Существуют два типа радиоактивных загрязнений: “наведенная” радиация и поверхностные загрязнения. Более 90% всех радиационно-загрязненных объектов имеют поверхностные загрязнения. Как правило, твердые частицы радионуклидов располагаются в поверхностном слое и могут быть удалены без разрушения всей конструкции.

Вследствие повышенного уровня радиоактивности радиационно-загрязненные объекты складируют на специально оборудованных территориях, нередко открытых, площади которых постоянно растут, увеличивая экологическую нагрузку на окружающую среду и отвлекая значительные материальные ресурсы на поддержание необходимой безопасности.

Как показывают исследования, пленка, толщина которой не превышает 150 - 200 мкм, содержит до 90 - 95% радионуклидов, загрязняющих металл. Кроме того, вследствие диффузионных процессов некоторая часть радионуклидов из коррозионной пленки может проникать в кристаллическую решетку металлической подложки, загрязняя поверхностные слои металла на глубину в несколько микрон.

Таким образом, удаление только коррозионной пленки с поверхности металла позволяет в значительной степени снизить уровень радиоактивности последнего, обеспечив при этом возможность повторного его использования либо промышленной утилизации.

По имеющимся оценкам, более 80 - 90% объема узлов и разнообразных деталей из высококачественных сталей и сплавов, хранящихся на специальных площадках АЭС, представляют собой поверхностно загрязненные радионуклидами металлические отходы, потенциальная стоимость которых в случае включения их в промышленный оборот значительно возрастает.

Основные методы дезактивации поверхностных радиоактивных загрязнений в настоящее время - химический и электрохимический, недостатком которых является образование значительного количества жидких радиоактивных отходов. Например, при химической дезактивации элементов контура АЭС с реактором типа РБМК образуется до 6000 м3 жидких радиоактивных отходов, переработка которых требует больших временных и финансовых затрат, включая проведение целого комплекса мероприятий по обеспечению радиационной и экологической безопасности.

Простые оценки показывают, что при лазерной дезактивации тех же металлоконструкций общий объем образующихся радиоактивных отходов, которые накапливаются в твердом состоянии, не превышает 1,5 - 2 м3 . Все это делает лазерную дезактивацию потенциально серьезной альтернативой традиционным методам.

Впервые задача дезактивации с применением лазеров была поставлена в 2001г научно-исследовательским институтом ЦНИИКМ ПРОМЕТЕЙ для утилизации атомных подводных лодок. На базе института ЛИЯФ в Гатчине была организована лаборатория «Лазерной Дезактивации», в которой были проведены первые эксперименты по применению лазеров для очистки фрагментов атомных подводных лодок. Обработка осуществлялась в «горячей» камере с необходимыми условиями защиты от излучения и специальной вентиляций. Лазер располагался снаружи камеры, лазерный луч подавался к обрабатываемой детали через иллюминатор (Рис. 4).

а                                                                   б

Рис. 4. Лазерная дезактивация радиационно-загрязненных образцов из стали (а), горячая камера ЛИЯФ (б).

Проведенные исследования показали возможность реализации процесса, уровень загрязнений на поверхности детали после лазерной дезактивации снизился до уровня ниже предельно допустимых концентраций ПДК (Рис. 5).

А                                                                        б

Рис. 5. Элемент узла атомной подводной лодки после зональной лазерной дезактивации (а), степень удаления радионуклидов с поверхности образца для Co60, Cs137 и Eu152(б).

На следующем этапе работ был изготовлен и предъявлен комиссии Росатома мобильный лазерный комплекс на базе AIG- лазера, работающего в импульсно - периодическом режиме с длительностью импульсов 10нс (Рис. 6).

         А                                           б

Рис. 6. Мобильный комплекс для дезактивации: а - излучатель с AIG- лазером, системой сканирования, на управляемой поворотной платформе, б - комплекс в сборе: излучатель, система охлаждения, источник питания

Для улавливания продуктов дезактивации был разработан новый способ, подтвержденный патентом РФ, заключающийся в обработке радиационно - загрязненных поверхностей сквозь прозрачные для лазерного излучения полимерные сорбирующие пленки.

В настоящее время разработан и изготовлен опытно-промышленный образец ранцевого лазера РЛ для выполнения работ по очистке и дезактивации в «стесненных» условиях. В качестве источника применен частотный волоконный лазер с длительностью импульса 100нс (Рис. 7).

а                                                       б

Рис. 7. Ранцевый лазер: а - волоконный иттербиевый лазер 50Вт, б- общий дизайн устройства

Исследования показали, что радиационное загрязнение таких конструкций протекает так, что основная доля радионуклидов накапливается в объеме тонкой оксидной пленки, покрывающей внутренние поверхности оборудования, которое в процессе эксплуатации на предприятиях ЯТЦ соприкасается с теплоносителем, например, водой. Пленка состоит, в основном, из разнообразных продуктов коррозии конструкционных материалов, соединений кальция и других элементов с включениями радионуклидов. Появление таких пленок обусловлено выносом и отложениями радиоактивных продуктов в процессе коррозии металла. При этом нерастворимые продукты коррозии отлагаются непосредственно из циркулирующего теплоносителя, а растворимые - по достижении определенного уровня концентрации, ионов тех или иных химических элементов.

Как правило, эта пленка имеет двухслойную структуру, формируемую плотным тонким сплошным слоем, примыкающим к подложке, и пористым наружным (Рис. 8,а). Последний играет особенно важную роль в образовании и накоплении источников радиации, поскольку он обладает высокими абсорбционными свойствами и, кроме того, теплоноситель, активно проникая в рыхлый объем, растворяет и вымывает растворимые фракции коррозионных продуктов из пленки, замещая их при этом нерастворимыми соединениями.

Проведенные исследования показали, что процесс дезактивации может быть выполнен с хорошим качеством и высокой производительностью. И в этом случае дезактивация проводится с применением прозрачных для излучения сорбирующих пленок. Уровень радиационного загрязнения поверхности до обработки совпадает с суммарным уровнем загрязнения, оставшимся на детали и на сорбирующей пленки после обработки (Рис. 24.б).

Рис .8. Чрезпленочная дезактивация: а - схема, 1 - основной материал, 2 - плотный нижний слой окислов, 3 - верхний пористый слой окислов, 4 - прозрачная сорбирующая плёнка, 5 - продукты очистки на плёнке, 6 - лазерный луч дезактивации, б - степень удаления радионуклидов с поверхности образца для Co60, Cs137 и Eu152

В сочетании с дистанционно управляемыми роботами (Рис.9) технология лазерной дезактивации пригодна для работы в условиях больших уровней радиации, например, при сборе россыпей ядерного топлива. В этом случаях лазер может также выполнять задачу фрагментации сорбирующих пленок для их сбора и укладки в контейнер.

Рис. 9. Мобильные роботы для ликвидации последствий катастроф (ИТУРЦ)

Опыт ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС показал, что практически вся техника, получившая поверхностные загрязнения, была оставлена в зоне катастрофы (Рис.10).

Рис. 10. Общий вид площадки с радиоактивно-зараженными машинами и аппаратами. Чернобыль 1986г.

Лазерная чрезпленочная дезактивация делает возможным не только снижение дозовых нагрузок на персонал, но и может обеспечить возврат в производство применяемой при ликвидации последствий техногенных катастроф дорогостоящей техники, в том числе роботов и лазеров.

Немаловажной особенностью лазерных методов является возможность проведения дезактивации радиационно-загрязненных конструкций не только в газовых, но и в оптически прозрачных жидких средах, поскольку при этом "естественным образом" решается задача сбора и аккумулирования радиоактивных отходов в небольшом объеме покровной жидкой среды.

Известно, что стандартные и хорошо изученные условия взаимодействия лазерного излучения и вещества обеспечиваются в газовой (атмосферной) среде или вакууме. Сбор образующихся при этом мельчайших капель и паров металла, загрязненных радионуклидами, осуществляется обычно с помощью громоздких специальных вентиляционных систем, оборудованных фильтрами. Это сопряжено с определенными техническими трудностями и неудобствами. Возможность осуществления лазерной дезактивации в жидкой среде (также как чрезпленочной дезактивации на воздухе) открывает еще один путь к созданию простых и эффективных систем сбора продуктов лазерной обработки. Принципиальная возможность дезактивации радиационно-загрязненных образцов, погруженных в жидкость, при воздействии на их поверхность лазерного частотно-импульсного излучения инфракрасного диапазона с одновременным сбором и аккумулированием высвобождаемых радиоактивных продуктов в объеме кюветы, заполненной жидкостью (использовались вода и технический глицерин) уже продемонстрирована.

Усредненные значения коэффициентов дезактивации, полученные при лазерной дезактивации металлических поверхностей в жидкости, составляют:

• по альфа - излучателям - 50-60, практически независимо от того, в какой жидкости находился металл;

• по бета - излучателям - коэффициент дезактивации зависит от жидкости, в которую погружен металл, и составил ≈ 20 для воды и ≈120 для технического глицерина.

Коэффициенты лазерной дезактивации радиационно-загрязненного металла в воздухе и жидкости по альфа - излучателям близки между собой. В то же время коэффициенты дезактивации по бета - излучателям при лазерной обработке образцов в жидкости существенно превышали соответствующие значения, полученные в воздухе.

Заключение

В настоящее время на атомных станциях накоплено большое количество отработанного оборудования, произведенного из дорогостоящих материалов. Это оборудование хранится в специально отведенных местах, при этом экологическое давление на окружающую среду и расходы на содержание мест захоронения (хранения) весьма значительны.

Для решения задачи очистки и дезактивации в атомной технике разработано большое количество способов очистки материалов от радиоактивных загрязнений (речь идёт об очистке и дезактивации поверхности, так что подразумевается, что загрязнение локализовано в приповерхностном слое, как это и имеет место на практике). В настоящее время наиболее распространенными являются химический и электрохимический методы дезактивации радиоактивно загрязненных поверхностей.

При проведении дезактивационных мероприятий необходим строго дифференцированный подход к определению объектов, которые следует обеззараживать в первую очередь, выделив из них наиболее важные для жизнедеятельности людей (особенно при ограниченных силах и средствах).

Основной целью дезактивации является снижение радиоактивного загрязнения оборудования до допустимой нормы или уровня, позволяющего проводить персоналом АЭС ремонтные работы в течение полного рабочего дня. Сами способы дезактивации должны удовлетворять следующим требованиям:

обеспечивать эффективное удаление с поверхностей радиоактивных загрязнений;

не вызывать существенной коррозии и механического разрушения (повреждения) дезактивируемого материала;

количество радиоактивных отходов должно быть минимальным;

Дезактивация является одной из эффективных мер радиационной защиты, так как предназначена для удаления радиоактивных веществ из сферы жизнедеятельности человека и, тем самым, для снижения уровней радиационного воздействия на него.

Список литературы

Вейко В.П., Смирнов В.Н., Чирков А.М., Шахно Е.А. Лазерная очистка в машиностроении и приборостроении. - СПб: НИУ ИТМО, 2013. - 103 с. С.41 - 49.[1]

Гражданская оборона: Учебник для вузов/В. Г. Атаманюк, Л. Г. Ширшев, Н. И. Акимов. Под ред. Д. И. Михайлика. - М.: Высш. шк., 1986. - 207 с.: ил С. 167- 172.[2]

Защита населения и хозяйственных объектов в чрезвычайных ситуациях. Радиационная безопасность: Уч. пособие в 3-х частях. Часть 3. Чрезвычайные ситуации и их предупреждение/С. В. Дорожко, В. Т. Пустовит, Г. И. Морзак. - Мн.: УП «Технопринт», 2001. - 278 с. С 248-251.[3]

Юртушкин В.И. Чрезвычайные ситуации: защита населения и территорий: учебное пособие/ В.И. Юртушкин. - М.: КНОРУС, 2008. - 368 с. С. 325-340.[4]