Использование электроосмотического эффекта для осушения барьеров безопасности при выводе из эксплуатации ядерно- и радиационно опасных объектов

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью разработки новых инновационных неразрушающих технологий восстановления целостности и осушения барьеров безопасности на основе смеси природных глин, создаваемых при выводе из эксплуатации ядерно- и радиационно опасных объектов. Цель исследования: выявление физико-химических особенностей глиносодержащего барьерного материала, используемого при создании дополнительных барьеров безопасности при выводе из эксплуатации ядерно- и радиационно опасных объектов, а также разработка и апробация способа осушения таких барьеров электроосмотическим методом. Методы исследования: аналитическое и экспериментальное исследование электроосмотического эффекта, возникающего при осушении барьеров безопасности на основе смеси природных глин. Результаты. Показано, что используемые при выводе из эксплуатации ядерно- и радиационно опасных объектов барьерные материалы на основе бентонита способны сохранять свои уникальные противофильтрационные и противомиграционные свойства на протяжении всего времени потенциальной опасности объекта. Акцентировано внимание на то, что такие барьеры безопасности могут быть подвержены внешнему негативному воздействию (техногенному или природному), что приводит к частичному ухудшению их противофильтрационных и противомиграционных свойств. Доказано, что для восстановления целостности и работоспособности глиносодержащих барьеров безопасности целесообразно использовать методы, не приводящие к ещё большей деградации барьерного материала. Для этих целей предложено использовать электроосмотический метод, основанный на капиллярном движении влаги в электрическом поле. Указанный электроосмотический метод восстановления глиносодержащих барьеров безопасности позволяет концентрировать влагу возле одного из электродов, тем самым осушать прилегающую область глины. Показано, что эффективнее всего удаляется раствор, имитирующий грунтовые воды из пункта глубинного захоронения радиоактивных отходов. При напряжении 31,8 В и расстоянии между электродами 40 мм линейная скорость движения влаги составляет 2,5 мм/мин. Это позволяет полностью осушить глиносодержащий барьер безопасности, обводненный 70 мл раствора, в течение 7–8 часов. Выявлено, что в результате рекомбинации диссоциированных ионов солей и воды на электродах происходит прилипание, спекание и омоноличивание барьерного материала в приэлектродной области. Это позволяет удалить деградированный барьерный материал вместе с электродом. Установлено, что в области концентрирования влаги вблизи катода происходят химические реакции, результатом которых является выделение газообразных продуктов, что позволяет удалять жидкость без использования специальных средств в непрерывном режиме.

The relevance of the discussed issue is caused by the need to develop new innovative non-destructive technologies of integrity reinstating and unwatering safety barriers based on mixture of natural clays, developed during decommissioning nuclear legacy. The main aim of the study is to detect physical and chemical features of clay-based barrier materials, used at development of additional safety barriers during decommissioning nuclear legacy; as well as to design and implement the method of unwatering such barriers by electroosmotic effect. The methods: analytical and experimental investigation of the electroosmotic effect occurred under unwatering safety barriers based on mixture of natural clays. The results. The paper shows that the barrier materials based on bentonite used during decommissioning nuclear legacy are capable of retaining the unique antifiltering and antimigraion properties over the time of potential hazard of nuclear legacy object. The attention was accented on the fact that these safety barriers can be subjected to external negative impact (technogeneous or natural), that results in partial degradation of it antifiltering and antimigraion properties. It was proved that for integrity reinstating and working capacity of clay-based safety barriers it is appropriate to use the methods not resulting in degradation of barrier material. The authors propose to apply the electroosmotic method based on capillary flow of a fluid in electromagnetic field for these purposes. The stated electroosmotic method of integrity reinstating safety barriers allows accumulating liquid near one of electrode and thereby unwatering the adjacent area of clay. It is shown that the solution imitating groundwater is more effective removed from clay-based material from deep burial ground of radioactive waste. The linear travel of fluid was approximately 2,5 mm/min at 31,8 V and distance between electrodes about 40 mm. This allows draining completely a clay-based safety barrier, water-encroached by 70 ml of solution during 7-8 hours. The authors revealed the adhesion, sintering and consolidation of barrier material at near-electrode area as a result of recombination of dissociated ions of saline and water on electrodes. This allows removing degraded barrier material coupled with electrode. Chemical reactions occur in the region of fluid accumulation near cathode and gases exude in this area. This allow exhausting liquid from clay without special devices in continuous regime.