Дукрете

DUCRETE ( бетон на основе обедненного урана высокой плотности ) представляет собой альтернативу бетону , исследованную для использования при строительстве контейнеров для хранения радиоактивных отходов . Это композиционный материал, содержащий урана из обедненного диоксида заполнитель вместо обычного гравия и связующее на портландцементе .

Предыстория и развитие

В 1993 году Управление охраны окружающей среды Министерства энергетики США начало расследование потенциального использования обедненного урана в тяжелых бетонах. Целью исследования было одновременно найти применение обеднённому урану и создать новый, более эффективный метод хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива. Материал был впервые разработан в Национальной инженерной и экологической лаборатории Айдахо ( INEEL ) У. Кваппом и П. Лессингом, которые совместно разработали процессы, лежащие в основе материала, и получили патенты США и зарубежных патентов в 1998 и 2000 годах соответственно. ^{[ 1 ]}

Описание

DUCRETE – это разновидность бетона, который заменяет стандартный крупный заполнитель керамическим материалом из обедненного урана. Все остальные материалы, присутствующие в DUCRETE (портландцемент, песок и вода), используются в том же объемном соотношении, что и обычный бетон. Этот керамический материал является очень эффективным защитным материалом, поскольку он имеет как высокий атомный номер (уран) для защиты от гамма-излучения , так и низкий атомный номер (вода, связанная в бетоне) для защиты от нейтронов . ^{[ 1 ]} Существует оптимальное соотношение урана и связующего для комбинированного ослабления гамма- и нейтронного излучения при заданной толщине стенки. Необходимо установить баланс между ослаблением потока гамма-излучения в оксиде обедненного урана (DUO ₂ ) и цементной фазе с водой для ослабления потока нейтронов.

Ключом к эффективной защите керамическим бетоном из обедненного урана является максимальная плотность оксида урана. К сожалению, самый плотный оксид обедненного урана также является самым химически нестабильным. DUO ₂ имеет максимальную теоретическую плотность 10,5 г/см. ³ при 95% чистоте. Однако в условиях окисления этот материал легко превращается в более стабильный обедненный триоксид урана (DUO ₃ ) или обедненный октаоксид триурана (DU ₃ O ₈ ). ^{[ 2 ]} голый заполнитель UO ₂Таким образом, если используется , эти переходы могут привести к расширению, которое может вызвать напряжения, которые могут привести к растрескиванию материала, снижая его прочность на сжатие. ). ^{[ 3 ]} Еще одним ограничением для прямого использования мелкодисперсного порошка обедненного диоксида урана является то, что бетоны зависят от своих крупных заполнителей, способных выдерживать сжимающие напряжения. Для решения этих проблем был разработан DUAGG.

ДУАГГ (агрегат обедненного урана) — термин, применяемый к стабилизированной керамике ДУО ₂ . Он состоит из спеченных частиц DUO ₂ с покрытием на основе силиката, которое покрывает поверхность и заполняет пространство между зернами, действуя как кислородный барьер, а также обеспечивая устойчивость к коррозии и выщелачиванию. ДУАГГ имеет плотность до 8,8 г/см. ³ и заменяет обычный заполнитель в бетоне, производя бетон плотностью от 5,6 до 6,4 г/см. ³, по сравнению с 2,3 г/см ³ для обычного бетона. ^{[ 4 ]}

Также DUCRETE отличается экологически чистыми свойствами. В таблице ниже показана эффективность переработки обедненного урана в бетон, поскольку потенциальное выщелачивание снижается в разы. В качестве теста на выщелачивание использовалась процедура выщелачивания с характеристикой токсичности Агентства по охране окружающей среды (TCLP), которая используется для оценки рисков тяжелых металлов для окружающей среды.

Урановая форма	Концентрация урана в фильтрате (мг Е/л)
ДУКРЕТ	0.42
ДУАГГ	4
УО ₂	172
U₃O_U3O8	420
УФ4	7367
УО ₃	6900

Производство

Американский метод

DUCRETE производится путем смешивания _{DUO 2} заполнителя с портландцементом . ОУ является результатом обогащения урана для использования в атомной энергетике и других областях. ^{[ 5 ]} ОУ обычно связан с фтором в гексафториде урана . Это соединение обладает высокой реакционной способностью и не может использоваться в DUCRETE. ^{[ 5 ]} Поэтому гексафторид урана должен быть окислен до октоксида триурана и триоксида урана . Эти соединения затем преобразуются в UO ₂ ( оксид урана ) путем добавления газообразного водорода. Затем UO ₂ сушат, измельчают и измельчают до однородного осадка. Затем под высоким давлением (6000 фунтов на квадратный дюйм (410 бар)) их превращали в небольшие брикеты длиной в дюйм. Затем добавляется связующее с низким атомным номером, которое подвергается пиролизу . Затем соединение подвергается жидкофазному спеканию при 1300 ° C до достижения желаемой плотности, обычно около 8,9 г/см. ³. ^{[ 5 ]} Затем брикеты измельчаются и сортируются по промежуткам, и теперь они готовы к смешиванию с DUCRETE. ^{[ 5 ]}

Метод ВНИИНМ (Российский)

Метод ВНИИНМ очень похож на метод США, за исключением того, что в нем не происходит разделения связующего и UO ₂ после его измельчения. ^{[ 5 ]}

Приложения

После обработки композит DUCRETE можно использовать в контейнерах, защитных конструкциях и защитных хранилищах, которые могут использоваться для хранения радиоактивных отходов. Основное применение этого материала осуществляется в системе хранения сухих контейнеров для высокоактивных отходов (ВАО) и отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). ^{[ 5 ]} В такой системе композит будет основным компонентом, используемым для защиты от радиации рабочих и населения. Системы контейнеров, изготовленные из DUCRETE, меньше и легче по весу, чем контейнеры, изготовленные из обычных материалов, таких как традиционный бетон. Контейнеры DUCRETE должны иметь толщину всего около 1/3 толщины, чтобы обеспечить ту же степень радиационной защиты, что и бетонные системы. ^{[ 5 ]}

Анализ показал, что DUCRETE более экономичен, чем традиционные материалы. Стоимость производства контейнеров из DUCRETE невелика по сравнению с другими защитными материалами, такими как сталь , свинец и металл DU, поскольку из-за более высокой плотности требуется меньше материала. В ходе исследования компании Duke Engineering на объекте по переработке ядерных отходов в Саванна-Ривер система контейнеров DUCRETE была оценена как более дешевая, чем альтернативное здание для хранения стеклянных отходов. ^{[ 5 ]} Однако продажа DUCRETE не рассматривалась. Поскольку DUCRETE представляет собой композит с низким уровнем радиоактивности, его относительно дорогая утилизация может снизить экономическую эффективность таких систем. Альтернативой такому захоронению является использование пустых контейнеров DUCRETE в качестве контейнера для высокоактивных низкоактивных отходов. ^{[ 5 ]}

Хотя DUCRETE демонстрирует потенциал для будущих программ ядерных отходов, такие концепции еще далеки от реализации. На данный момент в США не было лицензировано ни одной бочковой системы DUCRETE. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б М.Дж.Хайр и С.Ю.Лобах, «Уменьшение размера и веса контейнера за счет использования бетонного материала из обедненного диоксида урана (DUO ₂ )». Архивировано 26 сентября 2012 г. на конференции Wayback Machine , Waste Management 2006, Тусон, Аризона, 26 февраля - 2 марта 2006 г.
^ Дж. Дж. Феррада, Л. Р. Доул и М. Гамильтон, «Предварительный проект и исследование стоимости коммерческого завода по производству DUAGG для использования в экранированных контейнерах» , ORNL / TM-2002/274, Национальная лаборатория Ок-Ридж, Ок-Ридж, Теннесси, Декабрь 2002 года.
^ LR Dole и WJ Quapp, «Радиационная защита с использованием обедненного оксида урана в неметаллических матрицах» , ORNL/TM-2002/111, Национальная лаборатория Ок-Ридж, Ок-Ридж, Теннесси, август 2002 г.
^ WJ Quapp, WH Miller, J. Taylor, C. Hundley и N. Levoy, «DUCRETE: экономически эффективный материал для защиты от радиации» , Чаттануга, Теннесси, сентябрь 2000 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж «Анализ бетонных/стальных контейнеров для транспортировки и хранения отработанного ядерного топлива в США и РФ» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 19 октября 2011 г. Проверено 29 ноября 2011 г.
^ «Процесс сверления бетона» . 3 мая 2020 г.

Внешние ссылки

http://web.ead.anl.gov/uranium/pdf/IHLWM_Dole_paper.pdf. Архивировано 19 октября 2011 г. в Wayback Machine.
http://web.ead.anl.gov/uranium/pdf/DUCRETEIntroductionJune2003.pdf. Архивировано 19 октября 2011 г. в Wayback Machine.
http://web.ead.anl.gov/uranium/pdf/ducretecosteffec.pdf
http://web.ead.anl.gov/uranium/pdf/Global99Paper2.pdf. Архивировано 19 октября 2011 г. в Wayback Machine.

[Haire-1] Перейти обратно: ^а ^б М.Дж.Хайр и С.Ю.Лобах, «Уменьшение размера и веса контейнера за счет использования бетонного материала из обедненного диоксида урана (DUO ₂ )». Архивировано 26 сентября 2012 г. на конференции Wayback Machine , Waste Management 2006, Тусон, Аризона, 26 февраля - 2 марта 2006 г.

[2] Дж. Дж. Феррада, Л. Р. Доул и М. Гамильтон, «Предварительный проект и исследование стоимости коммерческого завода по производству DUAGG для использования в экранированных контейнерах» , ORNL / TM-2002/274, Национальная лаборатория Ок-Ридж, Ок-Ридж, Теннесси, Декабрь 2002 года.

[3] LR Dole и WJ Quapp, «Радиационная защита с использованием обедненного оксида урана в неметаллических матрицах» , ORNL/TM-2002/111, Национальная лаборатория Ок-Ридж, Ок-Ридж, Теннесси, август 2002 г.

[4] WJ Quapp, WH Miller, J. Taylor, C. Hundley и N. Levoy, «DUCRETE: экономически эффективный материал для защиты от радиации» , Чаттануга, Теннесси, сентябрь 2000 г.

[Dole_paper-5] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж «Анализ бетонных/стальных контейнеров для транспортировки и хранения отработанного ядерного топлива в США и РФ» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 19 октября 2011 г. Проверено 29 ноября 2011 г.

[6] «Процесс сверления бетона» . 3 мая 2020 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]