Применение технологии горячего изостатического прессования для утилизации радиоактивных отходов

Горячее изостатическое прессование (ГИП) уже более 50 лет применяется в порошковой металлургии, керамической промышленности, для получения режущего инструмента, мишеней для распыления и в других сферах, где требуется применение высокого давления и температуры. Каждый день тонны металлических и керамических материалов обрабатываются с использованием горячего изостатического прессования.
Одним из новых и перспективных направлений применения процесса горячего изостатического прессования является ядерная отрасль. В данной отрасли процесс ГИП используется для формования контейнеров с радиоактивными отходами (РАО) и иммобилизации РАО.

Пресс горячего изостатического прессования производства AIP (США)

Преимущества технологии горячего изостатического прессования при переработке ядерных отходов

• Простота обработки. В отличие от других методов консолидации радиоактивных ядерных отходов (например индукционная плавка), при использовании горячего изостатического прессования не требуется контролировать температуру плавления, электрические свойства и вязкость расплава.
• Минимальный объем отходов. Применение изостатического давления при высокой температуре позволяет получить максимально плотный материал, что в свою очередь отражается на объеме утилизируемых радиоактивных отходов.
• Гибкая технология ГИП. Отсутствие зависимости метода ГИП от типа РАО, что позволяет проводить обработку широкого ряда РАО при различных температурах и давлениях;
• Отсутствие вторичных отходов. Нет прямого контакта или реакции между РАО и используемым оборудованием, поскольку обработка происходит в специальных контейнерах;
• Безопасный способ переработки ядерных отходов. Метод горячего изостатического прессования является одним из наиболее безопасных способов переработки РАО. Все сосуды, работающие под давлением, спроектированы и изготовлены в соответствии с международными стандартами безопасности. Целостность сосуда высокого давления обеспечивается на протяжении всего срока службы.

Большинство твердых радиоактивных отходов находится в форме фторидов кальция и циркония. Существует несколько типов иммобилизации данных отходов с использованием метода горячего изостатического прессования. Первый тип – иммобилизация с помощью формирования стекло-керамической массы. При этом полученная стеклокерамическая масса будет обладать высокой химической стойкостью. Кроме того, после использования метода ГИП объем массы отходов будет сокращен на 45% по сравнению с исходным объемом.

Второй способ заключается в консолидации непосредственно фторидов без добавок стекла. В дальнейшем, после использования метода ГИП объем отходов может быть сокращен более чем на 50% от начального значения. При этом можно будет использовать общую технологическую линию, без проведения каких либо изменений, что делает технологию довольно экономичной. Однако в случае, когда добавки стекла не применяются, полученные спрессованные отходы обладают меньшей химической стойкостью.

Таким образом, благодаря использованию метода горячего изостатического прессования, можно получить минимальный объем, а в случае иммобилизации с помощью формирования стеклокерамической массы, еще и максимальную химическую стойкость утилизируемых радиоактивных отходов.