Электроразрядом по бетону

Проект реализован по заказу АО «ТВЭЛ» (входит в Топливный дивизион госкорпорации «Росатом») в рамках работы по выводу из эксплуатации ядерно и радиационно опасных объектов (ЯРОО) и обращению с сопутствующими радиоактивными отходами (РАО).

Как рассказал директор по выводу из эксплуатации ЯРОО и обращению с РАО АО «ТВЭЛ» Эдуард Никитин, результаты работ будут использованы организациями и предприятиями отрасли на этапе вывода из эксплуатации ЯРОО в России и за рубежом.

Когда ЯРОО выводят из эксплуатации, радиационно загрязненные бетонные конструкции демонтируют. Чтобы радиоактивных отходов, требующих обращения, кондиционирования и дальнейшей финальной изоляции, осталось как можно меньше, необходима дезактивация бетона. Томские ученые предложили очищать его за счет импульсных электрических разрядов: с их помощью поверхностный слой скалывается на нужную глубину.

«Применение технологии электроразрядной дезактивации бетона перспективно в том числе при выводе из эксплуатации атомных электростанций. Это обусловлено наличием на АЭС строительных конструкций из железобетона, бетона, кирпича, схожих с теми, что присутствуют на объектах ядерного топливного цикла», — отметил директор по государственной политике в области РАО, ОЯТ и ВЭ ЯРОО госкорпорации «Росатом» Василий Тинин.

Как рассказали томские ученые, подобными исследованиями занимаются в Германии, Швейцарии, США, Австралии, Китае, Японии. А установки именно такого типа разрабатывают в Японии и Германии, но до практического использования никто в мире пока не дошел.

Эффективные удары током

Традиционно для дезактивации бетона применяется механический способ снятия поверхностного слоя при помощи шлифовальных машин, а также с использованием роботизированных комплексов. Недостатки таких методов — быстрый износ инструментов, длительность процесса и возможное радиоактивное загрязнение бетонной крошкой и мелкодисперсной пылью, в которой содержатся радиоактивные вещества.

Технология электроразрядной дезактивации бетонных конструкций имеет существенные преимущества. Этот метод экологически чистый, радиоактивной пыли нет, инструменты не изнашиваются, расход энергии сравнительно низкий. Установка позволяет дезактивировать несколько квадратных метров в час. Эксперименты показали, что это не предел и есть потенциал увеличения производительности.

«В основе нашей разработки лежит принцип внедрения канала разряда в диэлектрик, находящийся под слоем жидкости, он был открыт в конце пятидесятых годов прошлого столетия группой исследователей под руководством Александра Акимовича Воробьева (в то время ректора Томского политехнического института). Впоследствии это открытие легло в основу разработки таких технологий, как дробление, бурение, резание горных пород. В том числе с помощью данного принципа возможно разрушать материал послойно, что и реализовано в нашей установке», — рассказал «Стимулу» руководитель проекта, научный сотрудник лаборатории импульсно-пучковых электроразрядных и плазменных технологий ТПУ Артем Юдин.

Установка состоит из генератора высоковольтных импульсов и электродной системы, накладываемой на поверхность материала, с которого нужно удалить слой некоторой толщины. Место контакта электродов с поверхностью необходимо погрузить в жидкость — подходит обычная вода. Далее нужно подать серию импульсов высокого напряжения, в результате чего произойдет откол некоторого объема материала, после чего переместить электроды в новое положение и все повторять сначала до тех пор, пока не удалится весь необходимый слой. Материал разрушается усилиями растяжения, критическое значение которых значительно меньше усилий сжатия.

«В ходе экспериментов мы продемонстрировали работоспособность лабораторной установки и возможность удалять слой бетона на заданную глубину. Основное преимущество электроразрядной технологии перед механической — низкий износ рабочего инструмента — электродов: они изнашиваются значительно медленнее, чем режущие кромки механического инструмента. Кроме того, возможно достичь высокой скорости снятия слоя материала. Электрический импульс — это буквально микросекунды. Мы продолжаем серию экспериментов с имитаторами радиоактивных веществ, чтобы доказать применимость метода в промышленном масштабе», — говорит Артем Юдин.

По словам разработчиков, сейчас режимы снятия слоя материала отрабатываются на горизонтально размещенных образцах, погруженных в жидкость, поскольку на данном этапе это проще реализовать. Предполагается, что на реальных объектах электроды будут заключены в рабочую головку, которая будет обеспечивать их контакт с поверхностью и одновременно герметизацию места прилегания головки к обрабатываемой поверхности, удержание и циркуляцию рабочей жидкости. Снимать и погружать плиты в воду необходимости не будет.

«Снятие слоя с поверхности полов, стен и потолков будет производиться без предварительного демонтажа конструкций, — поясняет Артем Юдин. — Для обработки криволинейных поверхностей или участков площадью меньше размеров рабочей головки технологию впоследствии можно будет оптимизировать».

Как рассказал «Стимулу» руководитель направления отдела по научно-технической деятельности ВЭ ЯРОО АО «ТВЭЛ» Алексей Рыбин, перед доработкой и модернизацией экспериментальной установки и дальнейшей передачей в опытно-промышленную эксплуатацию еще предстоит решить вопрос с обращением с вторичными жидкими радиоактивными отходами, поскольку попадающие в технический бассейн фрагменты радиоактивно загрязненного бетона делают вторичные жидкие отходы радиоактивными (слабоактивными).