RU2765864C1 - Method for processing carbon irradiated in a reactor of an npp and apparatus for implementation thereof - Google Patents

Method for processing carbon irradiated in a reactor of an npp and apparatus for implementation thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2765864C1
RU2765864C1 RU2020133285A RU2020133285A RU2765864C1 RU 2765864 C1 RU2765864 C1 RU 2765864C1 RU 2020133285 A RU2020133285 A RU 2020133285A RU 2020133285 A RU2020133285 A RU 2020133285A RU 2765864 C1 RU2765864 C1 RU 2765864C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
separation
carbon
isotope
cascade
gas
Prior art date
Application number
RU2020133285A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Иванович Костылев
Олег Никленович Годисов
Вера Александровна Мазгунова
Original Assignee
Акционерное Общество "Наука И Инновации"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное Общество "Наука И Инновации" filed Critical Акционерное Общество "Наука И Инновации"
Priority to RU2020133285A priority Critical patent/RU2765864C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2765864C1 publication Critical patent/RU2765864C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/28Treating solids

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

FIELD: chemical processes.
SUBSTANCE: invention relates to a method and apparatus for processing carbon irradiated in a reactor of an NPP. The method includes selecting a method for separating Carbon isotopes from a group of separation technologies: gas diffusion, nozzle method, gas centrifugation, aerodynamic separation method, laser method. Then working gas is produced from the irradiated NPP Carbon to extract 14C isotope atoms by the selected separation method. The 14C isotope is then isolated on a single-stage separation unit or a cascade of said units and separated in a separation unit. Separation is executed to a level ensuring, in a fraction for collection from a single unit or cascade, depleted by the content of 14C isotope, the activity of 14C isotope below the level allowing for near-surface disposal of radioactive waste, then sorting, compaction, differentiated disposal of radioactive waste, and return of the waste to nature with natural activity are executed. The apparatus comprises a unit for processing Carbon into working gas for a Carbon isotope separation unit, the output whereof is supplied to the input of the separation unit.
EFFECT: creation of separated fractions of the working gas with a content of 14C isotope above the initial content and with a content of 14C isotope reduced to a level allowing for near-surface disposal.
21 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к атомной промышленности, а именно к технологии утилизации радиоактивных отходов, и может быть использовано для переработки облученного реакторного графита (далее облученного Углерода АЭС) после вывода из эксплуатации уран-графитовых реакторов атомных электростанций (АЭС).The invention relates to the nuclear industry, namely to the technology of disposal of radioactive waste, and can be used for processing irradiated reactor graphite (hereinafter irradiated Carbon NPP) after the decommissioning of uranium-graphite reactors of nuclear power plants (NPP).

В уран-графитовых реакторах графитовая форма Углерода применяется в качестве замедлителя. При этом в Углероде накапливается радиоактивный изотоп 14С - β-излучатель с периодом полураспада 5730 лет. После вывода из эксплуатации реактора и выгрузки, облученный Углерод необходимо утилизировать.In uranium-graphite reactors, the graphite form of carbon is used as a moderator. At the same time, the radioactive isotope 14 C is accumulated in Carbon - a β-emitter with a half-life of 5730 years. After the reactor is decommissioned and unloaded, the irradiated carbon must be disposed of.

По оценкам экспертов в мире было в работающих и выведенных из эксплуатации уран-графитовых реакторах около 26000 т облученного графита. В настоящее время в РФ имеется около 60 тысяч тонн графита в работающих реакторах типа РБМК, 30000 т - в промышленных реакторах и 2500 т - в промышленно-энергетических реакторах (Бушуев А.В., Кожин А.Ф., Зубарев В.Н. и др. Радиоактивное загрязнение отработавшего реакторного графита / Атомная энергия, 2014, т. 117, вып. 3, с. 156-159).According to experts, there were about 26,000 tons of irradiated graphite in operating and decommissioned uranium-graphite reactors in the world. Currently, in the Russian Federation there are about 60 thousand tons of graphite in operating RBMK type reactors, 30,000 tons in industrial reactors and 2500 tons in industrial power reactors (A.V. Bushuev, A.F. Kozhin, V.N. Zubarev. et al., Radioactive Contamination of Spent Reactor Graphite / Atomnaya Energiya, 2014, v. 117, issue 3, pp. 156-159).

Уровень активности свежеизвлеченного облученного Углерода АЭС зависит от типа реактора и от условий его эксплуатации. По данным различных исследований (например -Павлюк А.О. Технические решения и опыт «АО ОДЦ УГР» по обращению с облученным графитом при выводе из эксплуатации, Международный общественный форум-диалог и выставка «АтомЭко 2017», Москва, 21-22 Ноябрь, 2017) активность свежеизвлеченного облученного Углерода АЭС составляет 1,5÷10⋅105 Бк/г (Таблица 1).The level of activity of freshly recovered irradiated carbon from a nuclear power plant depends on the type of reactor and on its operating conditions. According to various studies (for example - Pavlyuk A.O. Technical solutions and experience of JSC ODC UGR on handling irradiated graphite during decommissioning, International public forum-dialogue and exhibition AtomEco 2017, Moscow, November 21-22, 2017) the activity of freshly extracted irradiated NPP Carbon is 1.5÷10⋅10 5 Bq/g (Table 1).

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Правила обращения с радиоактивными отходами регламентируются Федеральным законом от 11 июля 2011 г. №190-ФЗ «Об обращении с радиоактивными отходами и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» (сайт ФГУП «Национальный оператор по обращению с радиоактивными отходами», http://www.norao.ru/). В соответствии со статьей 24 закона: по уровню активности и характеристикам излучения данный тип радиоактивных отходов (РАО) относится к 2 классу опасности, подразумевающему централизованное глубинное захоронение (Таблица 2).The rules for handling radioactive waste are regulated by Federal Law No. 190-FZ dated July 11, 2011 “On the management of radioactive waste and on amendments to certain legislative acts of the Russian Federation” (website of the Federal State Unitary Enterprise “National Operator for the Management of Radioactive Waste”, http: //www.norao.ru/). In accordance with article 24 of the law: according to the level of activity and radiation characteristics, this type of radioactive waste (RW) belongs to hazard class 2, which implies centralized deep burial (Table 2).

Figure 00000003
Figure 00000003

Ввоз на территорию России РАО из-за рубежа для переработки и захоронения регламентируется этим же законом, что означает существенное ограничение утилизации даже РАО реакторов, построенных СССР за пределами России. Аналогичные законы и классификация приняты во всех развитых странах, использующих атомную энергию и изотопные источники.The import of radioactive waste into Russia from abroad for processing and disposal is regulated by the same law, which means a significant restriction on the disposal of even radioactive waste from reactors built by the USSR outside of Russia. Similar laws and classifications have been adopted in all developed countries using nuclear energy and isotope sources.

Предшествующий уровень техникиPrior Art

Опыта, оборудования и технологий перемещения таких объемов РАО 2 класса на несколько тысяч километров к централизованному глубинному хранилищу нет, как нет и технологий создания самого хранилища, обеспечивающего его герметичность на несколько тысяч лет. Также нет способов переработки и утилизации облученного Углерода АЭС (в настоящее время эти РАО складируются вблизи мест выгрузки из ректоров), хотя активный поиск методов ведется.There is no experience, equipment and technologies for moving such volumes of class 2 radioactive waste over several thousand kilometers to a centralized deep storage facility, just as there are no technologies for creating the storage facility itself, which ensures its tightness for several thousand years. There are also no ways to process and dispose of the irradiated Carbon from NPPs (at present, these radioactive wastes are stored near the places of unloading from the reactors), although an active search for methods is underway.

Отметим, что в процессе нерасчетной эксплуатации, снятия реакторов с эксплуатации генерируется значительное количество новых радиоактивных отходов с более сложным составом по сравнению с отходами, образуемыми при штатной эксплуатации этих установок (данные Таблицы 1). В то же время основной вклад (>90%) в активность облученного Углерода АЭС, определяющий его класс опасности и проблему его хранения из-за периода полураспада 5730 лет, вносит изотоп углерода 14С.It should be noted that in the process of off-design operation, decommissioning of reactors, a significant amount of new radioactive waste is generated with a more complex composition compared to the waste generated during the normal operation of these facilities (Table 1 data). At the same time, the main contribution (>90%) to the activity of irradiated NPP carbon, which determines its hazard class and the problem of its storage due to a half-life of 5730 years, is made by the 14C carbon isotope .

Принципиальным упрощением ситуации является разработка технологии переработки облученного Углерода АЭС, которая позволит перевести основную массу данного типа РАО в третий класс опасности, допускающий локальное приповерхностное захоронение, а в идеальном варианте - получение естественного уровня активности этих отходов, не требующего захоронения и хранения.The fundamental simplification of the situation is the development of technology for the processing of irradiated carbon at nuclear power plants, which will make it possible to transfer the bulk of this type of radioactive waste to the third hazard class, which allows local near-surface disposal, and, ideally, to obtain a natural level of activity of these wastes that does not require burial and storage.

В настоящее время предложены различные способы переработки облученного графита, в том числе для уменьшения содержания изотопа 14С в облученном Углероде АЭС за счет физико-химической, механической обработки поверхности блоков облученного углерода АЭС. Они показали возможность снижения общей активности этого изотопа в несколько (2-5) раз, что практически никак не меняет класс опасности РАО и требования к его захоронению.At present, various methods for processing irradiated graphite have been proposed, including for reducing the content of the 14 C isotope in the irradiated carbon of the NPP due to physical-chemical, mechanical treatment of the surface of the blocks of irradiated carbon of the NPP. They showed the possibility of reducing the total activity of this isotope by several (2-5) times, which practically does not change the hazard class of radioactive waste and the requirements for its disposal.

Авторы патента «Способ переработки отходов реакторного графита» (№RU 2624270, приоритет 24.02.2016) предлагают способ переработки отходов реакторного графита, включающий его высокотемпературную обработку, отличающийся тем, что перед термообработкой графит подвергают воздействию реагентов, разрушающих его поверхностный слой, содержащий радиоактивные нуклиды, и удаляют полученный продукт с поверхности графита. По результатам применения способа практически полностью были удалены все неуглеродные радиоактивные примеси при потерях массы (по сути: потеря массы - концентрированные активные радионуклиды РАО 2 класса, подлежащие безусловному централизованному захоронению) от 3 до 52%.The authors of the patent "Method of processing reactor graphite waste" (No. RU 2624270, priority 24.02.2016) propose a method for processing reactor graphite waste, including its high-temperature processing, characterized in that, before heat treatment, graphite is exposed to reagents that destroy its surface layer containing radioactive nuclides , and remove the resulting product from the graphite surface. According to the results of the application of the method, all non-carbon radioactive impurities were almost completely removed with mass losses (essentially: mass loss - concentrated active radionuclides of radioactive waste of class 2 subject to unconditional centralized disposal) from 3 to 52%.

В другом патенте «Способ переработки облученного реакторного графита» (№RU 2580818, приоритет 04.07.2015) авторы предлагают способ, включающий выбор реакторного графита из кладки уран-графитового реактора, механическое измельчение крупных кусков, окисление измельченного графита, отличающийся тем, что облученный реакторный графит окисляют в среде низкотемпературной плазмы, предварительно графит помещают в плазмохимический реактор в качестве расходуемых электродов, материал расходуемых электродов испаряют с образованием атомарного углерода, в область формирования низкотемпературной плазмы вводят окислитель, перемещают продукты плазмохимической реакции вдоль оси реактора, обеспечивают осаждение продуктов реакции в дисперсной фазе в виде зольного остатка на стенках реактора, газообразные продукты реакции извлекают из реактора, часть газового потока закольцовывают и подают вместе с окислителем в реактор, газообразные продукты реакции за исключением оксидов углерода улавливают скруббером, оксиды углерода переводят в жидкую фазу и отправляют на дальнейшее захоронение, твердый зольный остаток извлекают из плазмохимического реактора и захоранивают отдельно. По результатам применения способа практически полностью были удалены все неуглеродные радиоактивные примеси, но о существенном снижении активности изотопа 14С данных не приведено. Причиной отсутствия существенного снижения активности изотопа 14С является то, что изотоп 14С, наработанный в результате нейтронного облучения Углерода в процессе эксплуатации реактора, распределен практически равномерно по всему объему блоков облученного Углерода АЭС (Павлюк А.О. - «Разработка технологических решений по переработке элементов графитовой кладки для снижения класса РАО» «ЛКИРО АО ОДЦ УГР», доклад по результатам госконтракта от 19.04.2016).In another patent "Method of processing irradiated reactor graphite" (No. RU 2580818, priority 07/04/2015), the authors propose a method that includes the selection of reactor graphite from the stack of a uranium-graphite reactor, mechanical grinding of large pieces, oxidation of crushed graphite, characterized in that the irradiated reactor graphite is oxidized in a low-temperature plasma environment, graphite is first placed in a plasma-chemical reactor as consumable electrodes, the material of consumable electrodes is evaporated to form atomic carbon, an oxidizer is introduced into the area of low-temperature plasma formation, the products of the plasma-chemical reaction are moved along the axis of the reactor, and the reaction products are deposited in the dispersed phase in the form of an ash residue on the walls of the reactor, gaseous reaction products are removed from the reactor, part of the gas flow is looped and fed together with an oxidizer into the reactor, gaseous reaction products, with the exception of carbon oxides, are captured by a scrubber, approx. carbon oxides are transferred to the liquid phase and sent for further disposal, the solid ash residue is removed from the plasma-chemical reactor and buried separately. According to the results of applying the method, all non-carbon radioactive impurities were almost completely removed, but there was no data on a significant decrease in the activity of the 14 C isotope. The reason for the absence of a significant decrease in the activity of the 14 C isotope is that the 14 C isotope, produced as a result of neutron irradiation of Carbon during the operation of the reactor, is distributed almost evenly over the entire volume of blocks of irradiated Carbon at the NPP (Pavlyuk A.O. - “Development of technological solutions for processing elements of graphite masonry to reduce the class of radioactive waste "" LKIRO JSC ODC UGR", report on the results of the state contract dated 19.04.2016).

Таким образом, существующие технические предложения по переработке облученного Углерода АЭС направлены на извлечение микропримесей неуглеродных нуклидов высокой удельной активности в основном с поверхности графитовых блоков - углеродной кладки реактора, и вносящие сравнительно малый вклад (5-10%) в общую активность свежеизвлеченного облученного Углерода АЭС. Способов гарантированного снижения активности изотопа 14С в ходе переработки в 50-100 раз, обеспечивающего перевод этих РАО в класс опасности 3 и выше для захоронения на месте выгрузки, для облученного Углерода АЭС любого типа реактора и с возможными уровнями отклонений его исходной активности нет.Thus, the existing technical proposals for the processing of irradiated NPP Carbon are aimed at extracting microimpurities of non-carbon nuclides of high specific activity, mainly from the surface of graphite blocks - the carbon masonry of the reactor, and making a relatively small contribution (5-10%) to the total activity of freshly extracted irradiated NPP Carbon. There are no methods for guaranteed reduction in the activity of the 14C isotope during processing by 50-100 times, which ensures the transfer of these RW to hazard class 3 and higher for disposal at the unloading site, for irradiated Carbon NPP of any type of reactor and with possible levels of deviations of its initial activity.

Технической проблемой, на решение которой направлена группа изобретений, связанных единым изобретательским замыслом, является разработка способа утилизации облученного Углерода АЭС, позволяющего уменьшить его остаточную активность после переработки в 50-100 раз и более для любого типа реактора и с возможными уровнями отклонений его исходной активности для дальнейшего перевода этих РАО в 3 класс опасности, обеспечивающий возможность приповерхностного локального захоронения, или до уровня естественной активности, а также вариантов устройства для переработки облученного Углерода АЭС на месте его выгрузки и снижения радиационной активности основной массы облученного Углерода АЭС до уровня, позволяющего перевод в класс опасности 3 и выше, допускающий локальное приповерхностное захоронение, или поступления в природную среду в случае полученного естественного уровня радиационной активности Углерода.The technical problem to be solved by a group of inventions related by a single inventive concept is the development of a method for the utilization of irradiated NPP Carbon, which makes it possible to reduce its residual activity after processing by 50-100 times or more for any type of reactor and with possible levels of deviations of its initial activity for further transfer of these RW to the 3rd hazard class, which provides the possibility of near-surface local disposal, or to the level of natural activity, as well as options for a device for processing irradiated NPP Carbon at the site of its unloading and reducing the radiation activity of the bulk of the irradiated NPP Carbon to a level that allows transfer to the class Hazard 3 and higher, allowing local near-surface disposal, or release into the natural environment in the case of the obtained natural level of carbon radiation activity.

Технический результат заключается в использовании в способе доступных и оптимальных по своим характеристикам методов очистки облученного Углерода АЭС от неуглеродных радиоактивных микропримесей при проведении комплекса химических реакций для получения из Углерода рабочего газа, а затем применения доступных методов разделения изотопов применительно к разделению изотопов Углерода. При этом процесс разделения газа на две основные фракции проводится для выделения из облученного Углерода АЭС в газообразной форме радиоактивного изотопа 14С. При этом в одной из фракций концентрируется изотоп 14С, который может быть далее использован в коммерческих целях, а в другой фракции после разделения активность изотопа 14С снижена в 50-100 и более раз, вплоть до естественного уровня активности 14С.The technical result consists in the use in the method of available and optimal in terms of their characteristics methods of purification of irradiated carbon from nuclear power plants from non-carbon radioactive microimpurities when carrying out a complex of chemical reactions to obtain a working gas from carbon, and then applying available methods of isotope separation in relation to the separation of carbon isotopes. At the same time, the process of gas separation into two main fractions is carried out to isolate the radioactive isotope 14 C from the irradiated carbon of the NPP in the gaseous form. the activity of the isotope 14 C is reduced by 50-100 or more times, up to the natural level of activity of 14 C.

Использование предлагаемого способа позволяет достичь следующих особенностей процесса переработки облученного Углерода АЭС:Using the proposed method makes it possible to achieve the following features of the process of processing irradiated carbon from nuclear power plants:

- переработка данного типа РАО на месте выгрузки из реактора без транспортировки всего объема РАО на расстояния тысячи-десятки тысяч километров к месту глубинного захоронения (такая транспортировка будет необходима только для объемов высокоактивных РАО в десятки-сотни раз меньше исходных). При этом основной объем облученного Углерода АЭС после переработки и снижения его активности в 50-100 и более раз захоранивается вблизи места переработки. А в случае доведения до естественного уровня активности по 14С может быть частично реализован как коммерческий продукт, а также безопасно возвращен в природную среду;- processing of this type of RW at the site of unloading from the reactor without transporting the entire volume of RW over distances of thousands to tens of thousands of kilometers to a deep disposal site (such transportation will be necessary only for volumes of high-level RW that are tens to hundreds of times less than the initial ones). At the same time, the main volume of irradiated NPP Carbon, after processing and reducing its activity by 50-100 times or more, is buried near the place of processing. And in the case of bringing to the natural level of activity at 14 C, it can be partially sold as a commercial product, and also safely returned to the natural environment;

- фракция с концентрированным изотопом 14С или ее часть вместо транспортировки к месту глубинного захоронения может далее быть использована для получения коммерческого продукта на основе 14С;- a fraction with a concentrated 14 C isotope or part of it, instead of being transported to a deep burial site, can then be used to obtain a commercial product based on 14 C;

- универсальность предлагаемого способа, обеспечивающего возможность переработки облученного Углерода АЭС для любых типов углеграфитовых реакторов с возможными колебаниями в составе РАО по химическому составу и активности;- the versatility of the proposed method, which provides the possibility of processing irradiated carbon from nuclear power plants for any type of carbon-graphite reactors with possible fluctuations in the composition of radioactive waste in terms of chemical composition and activity;

- в предлагаемом способе комплекс технологий позволяет создать единый производственный модуль, объединяющий все технологические потоки применяемых технологий универсального характера, пригодного для серийного производства на специализированных заводах с производственной мощностью переработки, согласованной с количеством выгружаемого облученного углерода АЭС для каждого индивидуального комплекса реакторов АЭС, вблизи которых он будет располагаться.- in the proposed method, the complex of technologies makes it possible to create a single production module that combines all technological flows of applied technologies of a universal nature, suitable for serial production at specialized plants with a processing capacity consistent with the amount of discharged irradiated carbon from a nuclear power plant for each individual complex of nuclear power plant reactors, near which it will be located.

Сущность изобретения в части способа заключается в том, что способ переработки облученного в реакторе АЭС углерода, предусматривающий, что осуществляется предварительный выбор метода разделения изотопов Углерода из группы технологий разделения: газовая диффузия, сопловой метод, газовое центрифугирование, метода аэродинамической сепарации, лазерный метод, далее из облученного Углерода АЭС получают рабочий газ для извлечения атомов изотопа 14С, выбранным методом разделения, далее проводится выделение изотопа 14С на одноступенной разделительной установке или каскаде этих установок для разделения изотопов Углерода, и разделение в разделительной установке, которое проводят до уровня, обеспечивающего получение в обедненной по содержанию изотопа 14С фракции отбора из одиночной установки или каскада, активности изотопа 14С ниже уровня допускающего приповерхностное захоронение радиоактивных отходов, и далее сортировка, компактирование и дифференцированное захоронение радиоактивных отходов, и возврат в природу отходов с естественной активностью.The essence of the invention in terms of the method lies in the fact that the method of processing carbon irradiated in the NPP reactor, providing that a preliminary selection of the method of separation of carbon isotopes from the group of separation technologies is carried out: gas diffusion, nozzle method, gas centrifugation, aerodynamic separation method, laser method, further from the irradiated Carbon NPP receive a working gas to extract the isotope 14 C by the selected method of separation, then the isotope 14 C is isolated in a single-stage separation plant or a cascade of these plants for the separation of carbon isotopes, and separation in the separation plant, which is carried out to a level that ensures the production of in the 14С isotope- depleted extraction fraction from a single facility or cascade, the activity of the 14С isotope is below the level that allows near-surface disposal of radioactive waste, and then sorting, compacting and differentiated disposal of radioactive waste, and return to nature waste with natural activity.

В частных случаях реализации способа переработки облученного Углерода АЭС перед переработкой облученного в реакторе АЭС Углерода проводится очистка поверхности блоков облученного Углерода от неуглеродных микропримесей методом химической очистки, методом механической очистки.In particular cases of implementing the method for processing irradiated NPP Carbon, before processing the Carbon irradiated in the NPP reactor, the surface of irradiated Carbon blocks is cleaned from non-carbon microimpurities by chemical cleaning, mechanical cleaning.

В частных случаях реализации способа переработки облученного Углерода АЭС перед изготовлением рабочего газа для извлечения атомов изотопа 14С проводят механическое измельчение блоков облученного в реакторе АЭС Углерода.In particular cases of implementation of the method for processing irradiated NPP carbon, mechanical grinding of blocks of carbon irradiated in the NPP reactor is carried out before manufacturing a working gas to extract 14 C isotope atoms.

В частных случаях реализации способа переработки облученного Углерода АЭС перед подачей синтезированного рабочего газа в разделительную установку для извлечения атомов изотопа 14С проводят очистку рабочего газа от побочных продуктов реакции синтеза рабочего газа на установке, реализующей метод ректификации, адсорбции, химического обмена.In particular cases of implementing the method of processing irradiated carbon at nuclear power plants, before supplying the synthesized working gas to a separation plant for extracting 14 C isotope atoms, the working gas is cleaned from by-products of the working gas synthesis reaction at a plant that implements the method of rectification, adsorption, chemical exchange.

В частных случаях реализации способа переработки облученного Углерода АЭС производительности каждой из установок переработки облученного Углерода АЭС в части очистки от неуглеродных микропримесей, механического измельчения блоков облученного Углерода, получения и очистки рабочего газа выбирают из условия не менее чем производительность одиночной разделительной установки или каскада таких установок.In particular cases of implementing the method for processing irradiated NPP Carbon, the capacity of each of the plants for processing irradiated NPP Carbon in terms of purification from non-carbon microimpurities, mechanical grinding of blocks of irradiated Carbon, production and purification of working gas is selected from the condition of not less than the productivity of a single separation plant or a cascade of such plants.

В частных случаях реализации способа переработки облученного Углерода АЭС в качестве рабочего газа для применения в технологии разделения используются соединения из группы:In particular cases of the implementation of the method for processing irradiated carbon from nuclear power plants, compounds from the group are used as a working gas for use in separation technology:

- метан, оксид, диоксид Углерода (только для метода газовой диффузии, газового центрифугирования, метода аэродинамической сепарации, соплового и вихревого процесса);- methane, oxide, carbon dioxide (only for the gas diffusion method, gas centrifugation, aerodynamic separation method, nozzle and vortex process);

- смешанные Фторзамещенные метаны с одним атомом Углерода в молекуле CF2Cl2 (фреон-12), CF2HCl (фреон-22);- mixed Fluorine-substituted methanes with one carbon atom in the molecule CF 2 Cl 2 (freon-12), CF 2 HCl (freon-22);

- трифториодметан (CF3I), трифторбромметан (CF3Br), триброиодметан (CBr3I) и йодметан (CH3J).- trifluoroiodomethane (CF 3 I), trifluorobromomethane (CF 3 Br), tribroiodomethane (CBr 3 I) and iodomethane (CH 3 J).

В частных случаях реализации способа переработки облученного Углерода АЭС выбирают производительность одноступенных разделительных установок или каскада таких установок из условия переработки имеющегося исходного облученного Углерода АЭС за заранее заданное количество лет или ресурсный срок работы разделительных установок.In particular cases of implementing the method of processing irradiated carbon, nuclear power plants choose the productivity of single-stage separation plants or a cascade of such plants from the condition of processing the available initial irradiated carbon from nuclear power plants for a predetermined number of years or the service life of separation plants.

В частных случаях реализации способа переработки облученного Углерода АЭС выбирают количество одноступенных разделительных установок последовательно соединенных в каскад из условия получения в обедненной по содержанию изотопа 14С фракции отбора каскада уровня активности изотопа 14С, соответствующего естественному уровню активности этого изотопа в природе.In particular cases of implementing the method for processing irradiated carbon at nuclear power plants, the number of single-stage separating plants connected in series in a cascade is selected from the condition of obtaining the 14 C isotope activity level in the 14 C isotope depleted fraction of the cascade, corresponding to the natural level of activity of this isotope in nature.

В частных случаях реализации способа переработки облученного Углерода АЭС обедненная по содержанию изотопа 14С фракция отбора разделительной одноступенной установки или каскада таких установок, химическими методами переводится в соединения, которые находятся в твердой, жидкой фазе при нормальных условиях.In particular cases of implementing the method of processing irradiated carbon from nuclear power plants, the fraction of selection of a single-stage separation plant or a cascade of such plants, depleted in the content of the 14 C isotope, is converted by chemical methods into compounds that are in a solid, liquid phase under normal conditions.

В частных случаях реализации способа переработки облученного Углерода АЭС извлеченный изотоп 14С на дополнительном каскаде перерабатывают в продукты с высокообогащенным 14С с применением технологии обогащения разделительными методами разделения изотопов из группы: диффузионный метод, разделительное сопло Беккера, газовая центрифугирование, вихревая труба, аэродинамическая сепарация.In particular cases of implementing the method of processing irradiated NPP carbon, the extracted 14 C isotope is processed in an additional cascade into products with highly enriched 14 C using enrichment technology by isotope separation methods from the group: diffusion method, Becker separation nozzle, gas centrifugation, vortex tube, aerodynamic separation.

Сущность изобретения в части устройства состоит в том, что устройство для переработки облученного в реакторе АЭС углерода, содержащее установку для переработки Углерода в рабочий газ для установки разделения изотопов Углерода, выход которой подается на вход разделительной установки, состоящей из одноступенной разделительной установки, каскада последовательно соединенных одноступенных установок, имеющих отборы разделенных фракций рабочего газа, в одной из которых содержание изотопа 14С выше исходного содержания, а фракция с концентрацией изотопа 14С уменьшенной по сравнению с исходным до уровня, допускающего приповерхностное захоронение.The essence of the invention in terms of the device is that a device for processing carbon irradiated in a nuclear power plant reactor, containing a plant for processing Carbon into a working gas for a carbon isotope separation plant, the output of which is fed to the inlet of a separation plant, consisting of a single-stage separation plant, a cascade of series-connected single-stage installations with extractions of separated fractions of the working gas, in one of which the content of the 14С isotope is higher than the initial content, and the fraction with the concentration of the 14С isotope is reduced compared to the initial one to a level that allows near-surface burial.

В частных случаях в устройстве для переработки облученного Углерода АЭС перед установкой переработки облученного в реакторе АЭС углерода в рабочий газ размещается установка химической, механической очистки поверхности блоков облученного в реакторе АЭС Углерода от неуглеродных микропримесей.In particular cases, in the facility for processing irradiated NPP carbon, before the installation for processing carbon irradiated in the NPP reactor into the working gas, a unit for chemical, mechanical cleaning of the surface of blocks of Carbon irradiated in the NPP reactor from non-carbon microimpurities is located.

В частных случаях в устройстве для переработки облученного Углерода АЭС перед установкой изготовления рабочего газа размещается установка механического дробления блоков облученного в реакторе АЭС Углерода.In particular cases, in the device for processing irradiated carbon of the nuclear power plant, in front of the plant for the production of working gas, there is a mechanical crushing unit for blocks of carbon irradiated in the reactor of the nuclear power plant.

В частных случаях в устройстве для переработки облученного Углерода АЭС между установкой изготовления рабочего газа и разделительной установкой для извлечения атомов изотопа 14С размещена установка очистки рабочего газа от побочных неулеродсодержащих продуктов реакции синтеза рабочего газа.In particular cases, in the facility for processing irradiated carbon at a nuclear power plant, between the plant for manufacturing the working gas and the separating plant for extracting 14C isotope atoms , there is a plant for cleaning the working gas from non-carbon-containing by-products of the working gas synthesis reaction.

В частных случаях в устройстве для переработки облученного Углерода АЭС в качестве одноступенной разделительной установки для конструкции разделительного каскада противоточного типа используются диффузионная ступень, состоящая из фильтра и компрессора, разделительное сопло Беккера с компрессором, газовая центрифуга, вихревая труба с компрессором, установка аэродинамической сепарации с компрессором.In particular cases, in a device for processing irradiated carbon at a nuclear power plant, a diffusion stage consisting of a filter and a compressor, a Becker separation nozzle with a compressor, a gas centrifuge, a vortex tube with a compressor, and an aerodynamic separation unit with a compressor .

В частных случаях в устройстве для переработки облученного Углерода АЭС разделительный каскад состоит из последовательно соединенных одноступенных лазерных комплексов с газовыми реакторами и установками ректификационного, адсорбционного выделения из смеси газов чистого рабочего газа а также соединения, содержащего газовую фракцию обогащенную по изотопу 14С, объединенных по прямоточной схеме.In particular cases, in a device for processing irradiated carbon at a nuclear power plant, the separating cascade consists of series-connected single-stage laser complexes with gas reactors and installations for distillation, adsorption separation of pure working gas from a mixture of gases, as well as a compound containing a gas fraction enriched in the 14 C isotope, combined along a direct-flow scheme.

В частных случаях в устройстве для переработки облученного Углерода АЭС поток фракции каскада, обогащенной по изотопу 14С, состоящий из ступеней лазерного разделения, направляется в устройство изготовления рабочего газа для противоточного каскада, составленного из одиночных разделительных ступеней других методов разделения, и далее полученный рабочий газ поступает в противоточный разделительный каскад, реализующих метод разделения из группы: диффузионный метод, разделительное сопло Беккера, газовая центрифугирование, вихревая труба, аэродинамическая сепарация.In particular cases, in the device for processing irradiated carbon at nuclear power plants, the flow of the fraction of the cascade enriched in the isotope 14 C, consisting of laser separation stages, is sent to the working gas production device for the countercurrent cascade, composed of single separation stages of other separation methods, and then the resulting working gas enters the counterflow separation cascade, which implements the separation method from the group: diffusion method, Becker separation nozzle, gas centrifugation, vortex tube, aerodynamic separation.

В частных случаях устройство в виде единого комплекса размещено рядом с местом выгрузки облученного Углерода из реактора или группы реакторов данной АЭС, местом локального приповерхностного захоронения РАО.In particular cases, the device in the form of a single complex is located near the place of unloading irradiated carbon from the reactor or group of reactors of a given nuclear power plant, the place of local near-surface disposal of radioactive waste.

В частных случаях в устройстве для переработки облученного Углерода АЭС количество последовательно соединенных ступеней из одноступенных разделительных установок в каскаде выбирается из условия получения в обедненной по содержанию изотопа 14С фракции отбора каскада уровня активности изотопа 14С, соответствующего естественному уровню активности этого изотопа в природе.In particular cases, in a device for processing irradiated carbon at a nuclear power plant, the number of stages connected in series from single-stage separation plants in a cascade is selected from the condition of obtaining a level of activity of the isotope 14 C corresponding to the natural level of activity of this isotope in nature.

В частных случаях в устройстве для переработки облученного Углерода АЭС трубопроводы отборов обеих разделенных фракций после разделительной установки соединены с установками химического передела газовых потоков после разделения в твердую, жидкую фазу при нормальных условиях.In particular cases, in the device for the processing of irradiated carbon at nuclear power plants, the pipelines for the extraction of both separated fractions after the separation plant are connected to the installations for the chemical conversion of gas flows after separation into a solid, liquid phase under normal conditions.

В частных случаях в устройстве для переработки облученного Углерода АЭС трубопровод потока отбора обедненной по изотопу 14С до уровня естественного содержания фракции каскада одноступенных установок соединен с установкой химической, ректификационной переработки в коммерческий продукт, и с трубопроводом вывода в природу излишков отбора фракции.In particular cases, in a device for processing irradiated carbon at a nuclear power plant, the pipeline for the extraction flow depleted in the isotope 14 C to the level of the natural content of the fraction of the cascade of single-stage plants is connected to the installation of chemical, rectification processing into a commercial product, and to the pipeline for the release of excess extraction of the fraction into nature.

Описание чертежейDescription of drawings

На фиг. 1 изображена принципиальная схема переработки облученного Углерода АЭС после выбора метода разделения, на фиг. 2 - принципиальная схема переработки облученного Углерода в рабочий газ, на фиг. 3 - принципиальная схема устройства выделения изотопа 14С на одиночной разделительной установке, на фиг. 4 - принципиальная схема устройства выделения изотопа 14С из облученного Углерода на противоточном каскаде одиночных разделительных установок, на фиг. 5 - принципиальная схема устройства одиночной лазерной разделительной установки, на фиг. 6 - принципиальная схема устройства каскада из одиночных лазерных разделительных установок, на фиг. 7 - принципиальная схема устройства переработки фракций облученного Углерода после разделения на одиночной разделительной установке или на каскаде одиночных разделительных установок: фиг. 7а) и 7б) - варианты переработки фракции разделительной установки с пониженным содержанием 14С; фиг. 7в) - варианты переработки фракции разделительной установки с повышенным содержанием 14С, на фиг. 8 - уменьшение отходов 2 класса радиационной опасности в зависимости от коэффициента разделения разделительной установки при снижении активности 14С в различное число раз.In FIG. 1 shows a schematic diagram of the processing of irradiated NPP carbon after the separation method has been selected; FIG. 2 is a schematic diagram of the processing of irradiated carbon into a working gas, in FIG. 3 is a schematic diagram of a 14 C isotope separation device in a single separation plant, in FIG. 4 is a schematic diagram of a device for separating the 14C isotope from irradiated carbon in a countercurrent cascade of single separation plants, in FIG. 5 is a schematic diagram of the device of a single laser separation unit, in FIG. 6 is a schematic diagram of the arrangement of a cascade of single laser separating installations, in FIG. 7 is a schematic diagram of a device for processing fractions of irradiated carbon after separation in a single separation plant or in a cascade of single separation plants: FIG. 7a) and 7b) - options for processing the fraction of the separation plant with a reduced content of 14 C; fig. 7c) - options for processing the fraction of the separation plant with a high content of 14 C, in Fig. 8 - reduction of waste of the 2nd class of radiation hazard, depending on the separation factor of the separation plant with a decrease in the activity of 14 C by a different number of times.

На схеме фиг. 1 обозначены: 1 - блок синтеза рабочего газа из облученного Углерода АЭС, 2 - процедура передачи потока неуглеродных радиоактивных микропримесей, 3 - блок разделительной установки, 4 - блок компактизации отходов РАО 2 класса радиационной опасности перед транспортировкой, 5 - процедура транспортировки РАО 2 класса к месту глубинного централизованного захоронения, 6 - блок переработки потока РАО после разделительной установки с уменьшенной активностью изотопа 14С, 7 - процедура транспортировки к месту приповерхностного захоронения или 8 - процедура вывода в природную среду или коммерческое применение.In the diagram of Fig. 1 are marked: 1 - unit for synthesizing the working gas from the irradiated Carbon of the NPP, 2 - procedure for transferring the flow of non-carbon radioactive microimpurities, 3 - block of the separation plant, 4 - block for compacting RW waste of the 2nd class of radiation hazard before transportation, 5 - procedure for transporting RW of the 2nd class to deep centralized disposal site, 6 - RW stream processing unit after the separation plant with reduced activity of the 14C isotope, 7 - transportation procedure to the near-surface disposal site, or 8 - procedure for release into the natural environment or commercial application.

На схеме фиг. 2 обозначены: 9 - установка для операции механической очистки поверхности блоков облученного Углерода от неуглеродных радиоактивных микропримесей, 10 - установка для операции химической очистки поверхности блоков облученного Углерода от неуглеродных радиоактивных микропримесей, 11 - установка для операции механического дробления блоков Углерода, 12 - установка для операции очистки синтезированного рабочего газа от побочных неуглеродсодержащих продуктов реакций синтеза, 13 - установка для операции компактизации микропримесей выделенных при поведении операций 9, 10, 12 для операции 2 - компактизации и передачи потока неуглеродных радиоактивных микропримесей.In the diagram of Fig. 2 are marked: 9 - installation for the operation of mechanical cleaning of the surface of blocks of irradiated Carbon from non-carbon radioactive microimpurities, 10 - installation for the operation of chemical cleaning of the surface of blocks of irradiated Carbon from non-carbon radioactive microimpurities, 11 - installation for the operation of mechanical crushing of blocks of Carbon, 12 - installation for the operation purification of the synthesized working gas from by-products of non-carbon-containing synthesis reactions, 13 - installation for the operation of compaction of microimpurities isolated during the behavior of operations 9, 10, 12 for operation 2 - compaction and transfer of the flow of non-carbon radioactive microimpurities.

На схеме фиг. 3 обозначены: 14 - трубопровод подачи высокочистого рабочего газа с исходным содержанием изотопа 14С CF0 и величиной потока QF0 в одиночное разделительное устройство 17, 15 - поток Qp разделенной в устройстве 17 фракции обогащенной по содержанию изотопа 14С с концентрацией Ср>CF0, 16 - поток Qw разделенной в устройстве 17 фракции обедненной по содержанию изотопа 14С с концентрацией Cw<CF0.In the diagram of Fig. 3 are marked: 14 - the pipeline for supplying high-purity working gas with the initial content of the isotope 14 C C F0 and the flow rate Q F0 to a single separation device 17, 15 - the flow Qp of the fraction enriched in the content of the isotope 14 C separated in the device 17 with a concentration Ср>C F0 , 16 - flow Qw of the fraction depleted in the content of the isotope 14 C separated in the device 17 with a concentration Cw<C F0 .

На схеме фиг. 4 дополнительно к обозначениям Фиг. 3 обозначены: 18 - трубопровод подачи высокочистого рабочего газа с исходным содержанием изотопа 14С CF0 и величиной потока QF0 - поток ввода питания в каскад, 19 - поток отбора обогащенной по 14С фракции каскада, 20 - поток отбора обедненной по 14С фракции каскада, 21 - устройство регулирования величин потоков, передаваемых из ступени в ступень каскада.In the diagram of Fig. 4 in addition to the symbols of FIG. 3 are marked: 18 - pipeline for supplying high-purity working gas with the initial content of the isotope 14 С C F0 and the flow value Q F0 - the feed input flow to the cascade, 19 - the selection flow of the cascade fraction enriched in 14 С, 20 - the selection flow of the fraction depleted in 14 С cascade, 21 - a device for regulating the values of flows transmitted from stage to stage of the cascade.

На схеме фиг. 5 обозначены: 22 - ИК лазер, 23 - канал ввода излучения лазера в газовый реактор, 24 - газовый реактор, 25 - окно для ввода излучения в газовый реактор, 26 - циркуляция газовой смеси с рабочим газом в газовом реакторе, 27 - компрессор, обеспечивающий циркуляцию потока смеси с рабочим газом в газовом реакторе, 28 - операция вывода смеси газов из реактора после обработки излучением ИК лазера, 29 - блок выделения из смеси продукта реакции с повышенным содержанием изотопа 14С концентрацией Ср>CF и потоком Qp, 30 - блок очистки рабочего газа с пониженным содержанием изотопа 14С концентрацией Cw<CF и потоком Qw, 31 - блок очистки смеси из газового реактора и выделения неуглеродсодержащих продуктов реакции 32 - операция вывода неуглеродсодержащих продуктов реакции для дальнейшей утилизации или коммерческого применения.In the diagram of Fig. 5 are marked: 22 - IR laser, 23 - channel for inputting laser radiation into a gas reactor, 24 - gas reactor, 25 - window for inputting radiation into a gas reactor, 26 - circulation of a gas mixture with a working gas in a gas reactor, 27 - a compressor that provides circulating the flow of the mixture with the working gas in the gas reactor, 28 - the operation of removing the mixture of gases from the reactor after processing with IR laser radiation, 29 - the block for separating the reaction product from the mixture with a high content of the isotope 14 With concentration Ср>C F and the flow Qp, 30 - block purification of the working gas with a reduced isotope content 14 With a concentration of Cw<C F and a flow Qw, 31 - a unit for cleaning the mixture from the gas reactor and separating non-carbon-containing reaction products 32 - the operation of withdrawing non-carbon-containing reaction products for further disposal or commercial use.

На схеме фиг. 6 дополнительно к обозначениям фиг. 4, 5 обозначены: 33 - комплекс для одиночной ступени из ИК лазера, газового контура с компрессором, 34 - трубопровод сбора неуглеродсодержащих продуктов реакции в каждой ступени для дальнейшей утилизации или коммерческого применения, 35 - трубопровод сбора продукта реакции с повышенным содержанием изотопа 14С, относящихся к 2 классу радиационной опасности, 36 - трубопровод сбора продукта реакции с повышенным содержанием изотопа 14С, относящихся к 3 и выше классу радиационной опасности, 37 - отбор обогащенной по 14С фракции ступеней относящихся к 3 и выше классу радиационной опасности.In the diagram of Fig. 6 in addition to the symbols of FIG. 4, 5 are marked: 33 - a complex for a single stage of an IR laser, a gas circuit with a compressor, 34 - a pipeline for collecting non-carbonaceous reaction products in each stage for further disposal or commercial use, 35 - a pipeline for collecting a reaction product with a high content of the 14 C isotope, belonging to the 2nd class of radiation hazard, 36 - a pipeline for collecting the reaction product with a high content of the isotope 14 C, belonging to the 3rd and higher radiation hazard class, 37 - the selection of a fraction of steps enriched in 14C belonging to the 3rd and higher radiation hazard class.

На схеме фиг. 7 дополнительно к обозначениям Фиг. 1 и 4, обозначены: 38 - изготовление рабочего газа для применения методов разделения изотопов Углерода из группы газовая диффузия, сопловой метод, газовое центрифугирование, метод аэродинамической сепарации, 39 - каскад для получения высокообогащенного изотопа 14С, 40 - компактизация рабочего газа из фракции с пониженным содержанием 14С (отвальной) в форму для транспортировки к месту централизованного глубинного захоронения, 41 - операция изготовления из фракции каскада с содержанием изотопа 14С≥0,1% товарной формы продукта.In the diagram of Fig. 7 in addition to the symbols of FIG. 1 and 4 are marked: 38 - production of working gas for the application of carbon isotope separation methods from the group of gas diffusion, nozzle method, gas centrifugation, aerodynamic separation method, 39 - cascade for obtaining a highly enriched 14 C isotope, 40 - compactization of working gas from fraction c reduced content of 14 C (dump) into a form for transportation to a place of centralized deep burial, 41 - the operation of manufacturing from a fraction of the cascade with an isotope content of 14 C≥0.1% of the commodity form of the product.

На фиг. 8 приведены графики уменьшения отходов 2 класса радиационной опасности в зависимости от коэффициента разделения разделительной установки при снижении активности 14С по сравнению с исходным его содержанием в облученном Углерода в заданное число раз: в 8 раз (графики фиг. 8а), в 50 раз (графики фиг. 8б) и 106 раз (графики фиг. 8в).In FIG. Figure 8 shows graphs of the reduction of waste of the 2nd class of radiation hazard depending on the separation factor of the separation plant with a decrease in the activity of 14 C compared with its initial content in irradiated carbon by a given number of times: 8 times (graphs of Fig. 8a), 50 times (graphs Fig. 8b) and 10 6 times (graphs of Fig. 8c).

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Переработка облученного Углерода предусматривает четыре основных этапа:Processing of irradiated carbon involves four main stages:

Первый этап: выбор метода разделения Углерода.First stage: choice of carbon separation method.

Выбор метода разделения определяет основное оборудование блока разделения облученного Углерода и перечень допустимых для выбранного метода рабочих газов. При этом из всех допустимых рабочих газов для синтеза при прочих равных условиях необходимо выбирать газ с наибольшим содержанием атомов Углерода в молекуле: при разделении изотопов в газовой фазе разделяются молекулы газа, содержащие разные изотопы Углерода. Поэтому чем выше содержание атомов Углерода в молекуле, тем большее количество Углерода будет переработано в разделительной установке при одинаковых объемных расходах газа через установку.The choice of separation method determines the main equipment of the irradiated carbon separation unit and the list of working gases acceptable for the selected method. In this case, from all the allowable working gases for synthesis, other things being equal, it is necessary to choose the gas with the highest content of carbon atoms in the molecule: during the separation of isotopes in the gas phase, gas molecules containing different carbon isotopes are separated. Therefore, the higher the content of carbon atoms in the molecule, the greater the amount of carbon will be processed in the separation unit at the same volumetric gas flow rates through the unit.

В то же время при выборе метода разделения также необходимо учитывать не только технические и стоимостные параметры метода, но и такие факторы как:At the same time, when choosing a separation method, it is also necessary to take into account not only the technical and cost parameters of the method, but also such factors as:

- имеющийся опыт разработки оборудования, его промышленного изготовления и эксплуатации выбираемой технологии разделения в промышленных масштабах. Промышленными технологиями разделения изотопов из группы методов газовая диффузия, сопловой метод, газовое центрифугирование, метода аэродинамической сепарации, лазерный метод, пригодных для разделения изотопов Углерода владеют очень небольшое число стран. Эти технологии редко экспортируются разработчиками в другие страны и только в виде полнокомплектных заводов для обогащения Урана как топлива для АЭС. Знаний по разработке оборудования, документации для изготовления оборудования при этом не передаются, поэтому разработки новых проектов для получения других изотопов исключены;- existing experience in the development of equipment, its industrial production and operation of the selected separation technology on an industrial scale. Industrial technologies for isotope separation from the group of methods gaseous diffusion, nozzle method, gas centrifugation, aerodynamic separation method, laser method, suitable for the separation of carbon isotopes, are owned by a very small number of countries. These technologies are rarely exported by developers to other countries and only in the form of complete plants for the enrichment of uranium as fuel for nuclear power plants. Knowledge on the development of equipment, documentation for the manufacture of equipment is not transferred, therefore, the development of new projects for the production of other isotopes is excluded;

- в ряде стран, имеющих опыт разработки оборудования для указанных выше методов разделения изотопов, имеются остановленные и законсервированные заводы по обогащению изотопов Урана, что связано с избытком производственных мощностей в мире и недостаточной конкурентоспособностью производств, которые были остановлены. В частности, такие заводы имеются в США, Франции (диффузионный метод разделения), в ЮАР (частично остановлен завод по методу аэродинамической сепарации) и т.д. Существенную часть оборудования этих заводов можно применить при создании установки для разделения облученного Углерода.- in a number of countries that have experience in developing equipment for the above isotope separation methods, there are stopped and mothballed plants for enriching uranium isotopes, which is associated with excess production capacity in the world and insufficient competitiveness of production facilities that were stopped. In particular, such plants are available in the USA, France (diffusion separation method), South Africa (partially stopped the plant using the aerodynamic separation method), etc. A significant part of the equipment of these plants can be used to create a plant for the separation of irradiated carbon.

С учетом вышеуказанного, выбор метода разделения и экономическими соображениями и опытом в разделительных технологиях и при создании установки переработки облученного Углерода может существенно отличаться для различных стран.In view of the above, the choice of separation method and economic considerations and experience in separation technologies and in the establishment of an irradiated carbon processing plant may differ significantly for different countries.

Второй этап: изготовление из исходного облученного Углерода АЭС рабочего газа для установки разделения облученного Углерода.The second stage: production of the working gas from the initial irradiated carbon from the nuclear power plant for the installation for the separation of irradiated carbon.

Облученный Углерод поступает в реактор синтеза рабочего газа в блок 1, фиг. 1. При синтезе рабочего газа в блоке 1 практически во всех вариантах рабочего газа происходит очистка рабочего газа от неуглеродных радиоактивных микропримесей, представленных, например, в Таблице 1. Величина суммарной активности этих микропримесей в исходном составе облученного Углерода сравнительно невелика, но в концентрированном в 50-100 и более раз виде эти микропримеси по величине активности являются малыми количествами РАО 2 класса. Поэтому эти микропримеси компактизируются в операции 2 и поступают в блок 4 сбора, компактизации и подготовке к процедуре 5 - транспортировке РАО 2 класса опасности к месту глубинного захоронения. Синтезированный рабочий газ поступает в блок 3 - разделительную установку, в которой рабочий газ разделяется на две основных части - фракции отбора установки:The irradiated carbon enters the working gas synthesis reactor in block 1, fig. 1. During the synthesis of the working gas in block 1, in almost all versions of the working gas, the working gas is cleaned from non-carbon radioactive microimpurities, which are presented, for example, in Table 1. The value of the total activity of these microimpurities in the initial composition of irradiated Carbon is relatively small, but in concentrated 50 -100 or more times the form of these microimpurities in terms of activity are small amounts of radioactive waste of the 2nd class. Therefore, these microimpurities are compacted in operation 2 and enter block 4 of collection, compaction and preparation for procedure 5 - transportation of RW of hazard class 2 to a deep burial site. The synthesized working gas enters block 3 - a separation plant, in which the working gas is divided into two main parts - the plant selection fractions:

- в первой части, существенно меньшей (в 10-100 и более раз), чем исходное количество рабочего газа, поступившее в разделительную установку, содержится основное количество изотопа 14С из исходного рабочего газа. Эта фракция является РАО 2 класса опасности, поэтому поступает в блок 4 для компактизации и подготовке к процедуре 5 - транспортировке РАО 2 класса опасности к месту глубинного захоронения;- in the first part, significantly less (by 10-100 or more times) than the initial amount of the working gas that entered the separation plant, contains the main amount of the 14 C isotope from the original working gas. This fraction is hazard class 2 RW, therefore it enters unit 4 for compaction and preparation for procedure 5 - transportation of hazard class 2 RW to a deep burial site;

- вторая часть исходного рабочего газа, выходящая из разделительной установки, имеет низкое содержание изотопа 14С, которое определяет 3 и выше класс опасности этого вида РАО, поэтому подлежит локальному приповерхностному захоронению близи места переработки. Перед локальным захоронением для компактизации объема РАО 3 класса также проводится переработка рабочего газа в блоке 6.- the second part of the initial working gas, leaving the separation plant, has a low content of the 14 C isotope, which determines the 3 and higher hazard class of this type of RW, therefore it is subject to local near-surface disposal near the processing site. Before local disposal, in order to compact the volume of RW of the 3rd class, processing of the working gas is also carried out in block 6.

При достаточной разделительной мощности разделительной установки 3 основная часть фракции с пониженной активностью изотопа 14С (или весь объем этой фракции) может иметь уровень естественной (природной) активности изотопа 14С, поэтому в процедуре 8 возможна либо ее переработка в случае необходимости в коммерческий продукт, либо переработка и безопасное поступление в природную среду. Если не весь объем фракции с пониженной активностью изотопа 14С имеет уровень естественной активности 14С, то оставшаяся часть также подлежит локальному захоронению в процедуре 7 как РАО 3 класса.With sufficient separating power of separation unit 3, the main part of the fraction with a reduced activity of the 14С isotope (or the entire volume of this fraction) can have a level of natural (natural) activity of the 14С isotope, therefore, in procedure 8 , it can either be processed, if necessary, into a commercial product, or processing and safe entry into the natural environment. If not the entire volume of the fraction with a reduced activity of the isotope 14 C has a level of natural activity of 14 C, then the remaining part is also subject to local disposal in procedure 7 as RW of class 3.

Дополнительная предварительная очистка тонкого слоя поверхности углеродных блоков облученного Углерода, осуществляемая известными химическими и механическими методами от неуглеродных примесей в операциях 9, 10, фиг. 2, не является принципиально необходимой, но в ряде случаев может быть полезной и желательной:Additional preliminary cleaning of a thin layer of the surface of carbon blocks of irradiated Carbon, carried out by known chemical and mechanical methods from non-carbon impurities in operations 9, 10, fig. 2 is not fundamentally necessary, but in some cases it may be useful and desirable:

- во-первых, это позволяет практически полностью удалить неуглеродные радиоактивные примеси из состава облученного Углерода;- firstly, it makes it possible to almost completely remove non-carbon radioactive impurities from the composition of irradiated carbon;

- во-вторых, как следствие более стабильного состава Углерода, поступающего на синтез, позволит обеспечить стандартизацию и стабильность проведения технологического процесса синтеза рабочего газа для любых колебаний химического состава исходного облученного Углерода.- secondly, as a result of a more stable composition of the carbon supplied for synthesis, it will ensure the standardization and stability of the technological process of working gas synthesis for any fluctuations in the chemical composition of the initial irradiated carbon.

Измельчение облученного Углерода в операции 11, фиг. 2, за счет увеличения поверхности реагирующих компонентов повышает эффективность проведения реакций синтеза рабочего газа.Grinding of irradiated Carbon in operation 11, FIG. 2, by increasing the surface of the reacting components, it increases the efficiency of the working gas synthesis reactions.

В принципиальной схеме синтеза рабочего газа, фиг. 2, также предусмотрена возможность проведения операции 12 - удаление побочных продуктов реакции синтеза для получения рабочего газа высокой чистоты поступающего в блок разделения 3, фиг. 1. В разделительной установке, блок 3 фиг. 1, для любых применяемых методов разделения произойдет и дополнительная очистка рабочего газа от его химических примесей, но их наличие в исходном составе рабочего газа требует дополнительных затрат разделительной мощности установки, включения в ее конструкцию устройств вывода этих примесей, а также может приводить к нарушению работы системы регулирования потоков разделительной установки.In the schematic diagram of the synthesis of the working gas, Fig. 2, it is also possible to carry out operation 12 - removal of by-products of the synthesis reaction to obtain a working gas of high purity entering the separation unit 3, FIG. 1. In a separating plant, block 3 of FIG. 1, for any used separation methods, additional purification of the working gas from its chemical impurities will also occur, but their presence in the initial composition of the working gas requires additional costs for the separation power of the installation, the inclusion of devices for removing these impurities in its design, and can also lead to disruption of the system flow control of the separation unit.

Извлеченные микропримеси неуглеродных элементов собираются, компактизируются в операции 13 и смешиваются - операция 2, фиг. 1, с потоком компактизируемых в блоке 4 РАО 2 класса опасности, полученных после процесса выделения 14С на разделительной установке блока 3 и предназначенных для транспортировки в процедуре 5 к месту централизованного глубинного захоронения.The extracted microimpurities of non-carbon elements are collected, compacted in operation 13 and mixed - operation 2, fig. 1, with the flow of hazard class 2 RW compacted in block 4, obtained after the process of 14 C separation at the separation plant of block 3 and intended for transportation in procedure 5 to a centralized deep disposal site.

Основными требованиями к соединению рабочего газа является его достаточно высокое давление конденсации - не менее 10 мм рт.ст. при нормальной температуре, высокая химическая чистота и невысокая коррозионная активность по отношению к конструкционным материалам. Дополнительным, желаемым требованием, упрощающим процесс разделения, является единственность атома Углерода в соединении - рабочем газе.The main requirements for the connection of the working gas is its sufficiently high condensation pressure - at least 10 mm Hg. at normal temperature, high chemical purity and low corrosiveness in relation to structural materials. An additional, desirable requirement that simplifies the separation process is the uniqueness of the carbon atom in the compound - the working gas.

Разделительная установка, блок 3 фиг. 1, по объему, стоимости ее оборудования и эксплуатации как правило, существенно выше, чем оборудование других блоков установки для реализации предлагаемого способа. Для минимизации необходимого объема разделительной установки как основной - необходим непрерывный режим ее работы. Поэтому производительности всех установок блоков 9, 10, 11, 1, 12 - предварительной очистки облученного Углерода, синтеза и очистки рабочего газа должны быть не менее чем производительность блока 3 - одиночной разделительной установки или каскада таких установок.Separating plant, block 3 of FIG. 1, in terms of volume, cost of its equipment and operation, as a rule, is significantly higher than the equipment of other units of the installation for the implementation of the proposed method. To minimize the required volume of the separation plant as the main one, a continuous mode of its operation is required. Therefore, the productivity of all units of blocks 9, 10, 11, 1, 12 - preliminary purification of irradiated carbon, synthesis and purification of the working gas must be not less than the performance of block 3 - a single separation plant or a cascade of such installations.

Возможных соединений Углерода, отвечающих таким требованиям очень много и выбор в первую очередь, определяется методом разделения из всей возможной совокупности известных и допустимых для применения методов разделения изотопов и выделения 14С на этапе 2. Так, в случае применения газовой диффузии, соплового, вихревого метода, метода аэродинамической сепарации наиболее эффективными рабочими газами являются метан и окись Углерода - CH4, СО, для газового центрифугирования - СО2, для метода лазерного разделения - смешанные Фторзамещенные метаны с одним атомом Углерода в молекуле CF2Cl2 (фреон-12), CF2HCl (фреон-22), трифториодметан CF3I, трибромиодметан CBr3I, трифторбромметан CF3Br и йодметан CH3J. Для всех этих рабочих газов известны и имеются промышленные способы получения: в частности для синтеза перспективных рабочих газов типа CH4, СО, СО2 преимущественным методом является прямое сжигание Углерода в атмосфере водорода или кислорода и далее - ректификационная очистка рабочего газа от примесных продуктов реакции., для получения Фреона-22 возможна цепочка реакций промышленного типа С→CH4(Метан)→CHCl3(Хлороформ)→CHClF2 (Фреон-22).There are a lot of possible carbon compounds that meet such requirements, and the choice is primarily determined by the separation method from the entire possible set of known and acceptable methods for isotope separation and 14 C extraction at stage 2. So, in the case of using gas diffusion, nozzle, vortex method , for the aerodynamic separation method, the most effective working gases are methane and carbon monoxide - CH 4 , CO, for gas centrifugation - CO 2 , for the laser separation method - mixed Fluorine-substituted methanes with one carbon atom in the CF 2 Cl 2 (freon-12) molecule, CF 2 HCl (freon-22), trifluoroiodomethane CF 3 I, tribromoiomethane CBr 3 I, trifluorobromomethane CF 3 Br and iodomethane CH 3 J. For all these working gases, industrial production methods are known and available: in particular, for the synthesis of promising working gases such as CH 4 , CO, CO 2 the predominant method is the direct combustion of carbon in an atmosphere of hydrogen or ka working gas from impurity reaction products., to obtain Freon-22, a chain of reactions of industrial type C → CH 4 (Methane) → CHCl 3 (Chloroform) → CHClF 2 (Freon-22) is possible.

Третий этап: на одноступенной разделительной установке фиг. 3, или каскаде этих установок 17, Фиг. 4, проводится разделение изотопов Углерода. В разделительную установку блок 3, фиг. 1, поступает синтезированный высокочистый рабочий газ 14, который на выходе установки разделяется на два потока - фракции 15 и 16, отличающиеся содержанием изотопа 14С. По сравнению с содержанием этого изотопа во входящем потоке одна из фракций - 16 - имеет меньшее, чем во входящем потоке содержание 14С - Cw - обедненная, а другая - 15 - большее - Ср - обогащенная. Разделительная установка обеспечивает уменьшение содержания в обедненной фракции изотопа 14С в 50-100 и более раз, по сравнению с исходным содержанием во входящем потоке. В этом случае поток обедненной фракции Qw, 16, по величине радиационной опасности соответствует классу 3 и выше и может подлежать локальному приповерхностному захоронению на месте без транспортных операций на дальние расстояния. Поток обогащенной фракции - Qp, 15, по массе в десятки-сотни раз меньше, чем исходные объемы облученного Углерода, при этом имеет радиационную активность выше исходной, относится к 2 классу радиационной опасности и требует транспортировки к месту централизованного глубинного захоронения.Third step: in the single-stage separating plant of FIG. 3, or a cascade of these installations 17, FIG. 4, the separation of carbon isotopes is carried out. In the separating unit block 3, fig. 1, the synthesized high-purity working gas 14 enters, which at the outlet of the installation is divided into two streams - fractions 15 and 16, differing in the content of the 14 C isotope. Compared to the content of this isotope in the incoming stream, one of the fractions - 16 - has less flow content of 14 C - Cw - depleted, and the other - 15 - more - Ср - enriched. The separating plant provides a reduction in the content of the isotope 14 C in the depleted fraction by 50-100 times or more, compared with the initial content in the incoming stream. In this case, the flow of the depleted fraction Qw, 16 corresponds to class 3 and higher in terms of radiation hazard and can be subject to local near-surface disposal on site without transport operations over long distances. The flow of the enriched fraction - Qp, 15, is tens to hundreds of times less in mass than the initial volumes of irradiated carbon, while it has a radiation activity higher than the initial one, belongs to the 2nd class of radiation hazard and requires transportation to a centralized deep burial site.

Выбор метода разделения из вышеперечисленного класса допустимых и освоенных в промышленности определяется не только техническими характеристиками метода, но и содержанием изотопа 14С в исходном облученном Углероде, наличием опыта изготовления и эксплуатации оборудования конкретного метода разделения для организаций, использующих предлагаемый способ.The choice of a separation method from the above class of admissible and mastered in the industry is determined not only by the technical characteristics of the method, but also by the content of the 14 C isotope in the initial irradiated carbon, the experience in manufacturing and operating equipment for a specific separation method for organizations using the proposed method.

Разделительная установка в общем случае, независимо от метода разделения характеризуется двумя основными техническими параметрами - величиной коэффициента разделения фракций по изотопу 14С - α14 на оптимальном технологическом режиме величиной входящего потока QF (в специальной литературе - поток питания установки) на этом режиме, где определяется α14 как:The separating plant in the general case, regardless of the separation method, is characterized by two main technical parameters - the value of the fraction separation factor for the isotope 14 C - α 14 in the optimal technological mode, the value of the incoming flow Q F (in the special literature - the feed flow of the installation) in this mode, where α 14 is defined as:

Figure 00000004
Figure 00000004

Величины потоков фракций Qw, Qp и потока питания разделительной установки QF связаны с величинами концентраций изотопа 14С в этих фракциях - Cw, Ср и потоке питания - CF соотношениями:The values of the flows of fractions Qw, Qp and the feed flow of the separation plant Q F are related to the concentrations of the isotope 14 C in these fractions - Cw, Ср and the feed flow - C F by the relations:

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

из которых можно получить основные зависимости, необходимые для выбора разделительной установки, в том числе и оценку необходимого количества n (ступеней) последовательно соединенных одиночных разделительных - каскада. Если коэффициент разделения одиночной установки обозначить как

Figure 00000007
, то необходимое количество n ступеней каскада оценивается по формуле:from which it is possible to obtain the main dependencies necessary for the selection of a separation plant, including an estimate of the required number n (stages) of series-connected single separation units - a cascade. If the separation factor of a single installation is denoted as
Figure 00000007
, then the required number n of stages of the cascade is estimated by the formula:

Figure 00000008
Figure 00000008

Разделительные методы («Изотопы: свойства, получение применение». Под ред. В.Ю. Баранова, т. 1, М.: Физматлит, 2005) существенно отличаются друг от друга по своим характерным особенностям:Separation methods (“Isotopes: properties, obtaining, application.” Edited by V.Yu. Baranov, vol. 1, M.: Fizmatlit, 2005) differ significantly from each other in their characteristic features:

- Газодиффузионный метод разделения основан на различии скоростей диффузии легких и тяжелых молекул через пористые перегородки с каналами малого диаметра по сравнению со средней длиной свободного пробега молекул в газе. Технически одиночная разделительная установка (ступень каскада) метода состоит из компрессора, который нагнетает поток, идущий вдоль пористой перегородки (т.н. - фильтра), на котором входящий поток делится на две части, и откачивающих эти потоки устройств после фильтра - тоже компрессора. Через перегородку - фильтр преимущественно проходят легкие молекулы компонент газа и, поскольку скорость диффузии пропорциональна квадратному корню из молекулярного веса, за перегородкой будет идти поток газа, обогащенный более легким изотопом. Коэффициент разделения одиночной ступени для разделения облученного углерода

Figure 00000009
газодиффузионным методом максимально оценивается по формуле:- The gas diffusion separation method is based on the difference in the diffusion rates of light and heavy molecules through porous partitions with small diameter channels compared to the mean free path of molecules in a gas. Technically, a single separation unit (stage of the cascade) of the method consists of a compressor that pumps the flow along the porous partition (the so-called filter), on which the incoming flow is divided into two parts, and devices pumping these flows after the filter - also a compressor. Light molecules of the gas component predominantly pass through the partition - filter, and, since the diffusion rate is proportional to the square root of the molecular weight, a gas flow enriched in the lighter isotope will follow the partition. Separation factor of a single stage for the separation of irradiated carbon
Figure 00000009
gas diffusion method is maximally estimated by the formula:

Figure 00000010
Figure 00000010

где μ12, μ14 - молекулярная масса изотопных компонент газовой смеси содержащих изотопы 12С и 14С. Реальное отличие от 1 коэффициента примерно в 2-5 раз ниже, чем максимальное теоретическое значение. В то же время, из формулы (5) вытекает обоснование желательности максимально легких соединений Углерода при применении газодиффузионного метода: так для соединения СН4 коэффициент разделения одиночной ступени составит 1,2-1,4, для СО ~ 1,1-1,25, а для СО2 ~ 1,07-1,2. Данный метод первоначально широко применялся для обогащения изотопа 235 Урана в США, Франции, Великобритании, СССР, КНР, но затем оборудование было остановлено из-за неконкурентности с другими методами разделения и в ряде стран законсервировано. Основной причиной низких показателей метода является огромные энергозатраты и сравнительно более низкий коэффициент разделения отдельной ступени (для разделения изотопов Урана ~1,02-1,05). В то же время данный метод характеризуется высокой надежностью и возможностью переработки больших объемов рабочего газа, что является его положительной характеристикой применительно к переработке облученного Углерода;where μ 12 , μ 14 is the molecular weight of the isotopic components of the gas mixture containing isotopes 12 C and 14 C. The real difference from 1 coefficient is approximately 2-5 times lower than the maximum theoretical value. At the same time, from formula (5) follows the rationale for the desirability of the lightest carbon compounds when using the gas diffusion method: for example, for the CH 4 compound, the separation factor of a single stage will be 1.2-1.4, for CO ~ 1.1-1.25 , and for CO 2 ~ 1.07-1.2. This method was initially widely used for the enrichment of the 235 Uranium isotope in the USA, France, Great Britain, the USSR, and the PRC, but then the equipment was stopped due to lack of competition with other separation methods and was mothballed in a number of countries. The main reason for the low performance of the method is the huge energy consumption and the relatively lower separation factor of an individual stage (~1.02-1.05 for the separation of Uranium isotopes). At the same time, this method is characterized by high reliability and the possibility of processing large volumes of working gas, which is its positive characteristic in relation to the processing of irradiated carbon;

- Центробежный метод основан на процессе разделения смеси газов за счет действия поля ультравысоких (0,5 млн. и более g- ускорений в поле тяготения Земли) центробежных сил, действующих на атомы и молекулы. При центрифугировании коэффициент обогащения зависит не от отношения масс атомов разделяемых изотопов, а от их разницы. Процесс реализуется в быстровращающихся роторов газовых центрифуг. В роторе центрифуги, вращающейся с большой окружной скоростью, более тяжелые молекулы под действием центробежных сил концентрируются у периферии, а легкие - у ротора центрифуги. У стенок ротора создается осевая циркуляция за счет газодинамического возбуждения и осевого температурного перепада. Отбор газов производится: с внешней части с тяжелыми изотопами, с внутренней части с легкими изотопами. Эффект разделения одиночной газовой центрифуги может быть оценен по формуле:- The centrifugal method is based on the process of separating a mixture of gases due to the action of a field of ultra-high (0.5 million or more g-accelerations in the Earth's gravitational field) centrifugal forces acting on atoms and molecules. During centrifugation, the enrichment factor does not depend on the ratio of the masses of the atoms of the isotopes to be separated, but on their difference. The process is implemented in fast-rotating rotors of gas centrifuges. In a centrifuge rotor rotating at a high circumferential speed, heavier molecules are concentrated at the periphery under the action of centrifugal forces, and lighter molecules are concentrated at the centrifuge rotor. An axial circulation is created at the walls of the rotor due to gas-dynamic excitation and axial temperature difference. The selection of gases is carried out: from the outer part with heavy isotopes, from the inner part with light isotopes. The separation effect of a single gas centrifuge can be estimated by the formula:

Figure 00000011
Figure 00000011

где k -коэффициент, зависящий от конструкции ротора центрифуги, температуры газа в роторе и организации циркуляционного течения, обычно величина k находится в диапазоне 4-20, а

Figure 00000012
- окружная скорость вращения ротора, а Т(К) - температура газа внутри ротора газовой центрифуги. Оборудование и технология для центробежного метода разделения разработано и используется при обогащении изотопов Урана в России, и в Западной Европе (концерн ЮРЕНКО), и разработчиками построены заводы и в США, Франции, КНР и других странах. В России существуют технологии, оборудование и промышленное производство, позволяющее производить изотопы Углерода по центробежной технологии. При разделении изотопов Углерода 14С и 12С газоцентрифужный метод дает оценку коэффициента разделения одиночной центрифуги
Figure 00000013
~ 1,2-1,8, при этом легкие соединения Углерода внутри ротора центрифуги практически невозможно удержать, поэтому рабочие газы должны иметь молекулярную массу не менее 30-40 а.е.м. - для российских газовых центрифуг, и не менее -120-150 а.е.м. - для центрифуг разработчиков других стран. Преимуществом метода являются минимальные, по сравнению со всеми остальными методами энергозатраты на разделение, поскольку процесс разделения проводится в режиме близком к термодинамическому равновесию. В то же время сравнительно невысокое газосодержание центрифуг требует применения очень большого количества машин при переработке объемов рабочего газа более десятков тонн Углерода в год. При этом резко возрастает и объем и стоимость установки даже при этих количествах;where k is a coefficient depending on the design of the centrifuge rotor, the gas temperature in the rotor and the organization of the circulation flow, usually the value of k is in the range of 4-20, and
Figure 00000012
is the circumferential speed of rotation of the rotor, and T(K) is the temperature of the gas inside the rotor of the gas centrifuge. The equipment and technology for the centrifugal separation method has been developed and used in the enrichment of uranium isotopes in Russia and Western Europe (YURENKO concern), and the developers have built plants in the USA, France, China and other countries. In Russia, there are technologies, equipment and industrial production that allow the production of carbon isotopes using centrifugal technology. When separating 14 C and 12 C carbon isotopes, the gas centrifuge method gives an estimate of the separation factor of a single centrifuge
Figure 00000013
~ 1.2-1.8, while light carbon compounds inside the centrifuge rotor are practically impossible to keep, so the working gases must have a molecular weight of at least 30-40 a.m.u. - for Russian gas centrifuges, and not less than -120-150 a.m.u. - for centrifuges developed by other countries. The advantage of the method is the minimal, in comparison with all other methods, energy consumption for separation, since the separation process is carried out in a mode close to thermodynamic equilibrium. At the same time, the comparatively low gas content of centrifuges requires the use of a very large number of machines in the processing of working gas volumes of more than tens of tons of carbon per year. At the same time, both the volume and cost of the installation increase sharply even with these quantities;

- Аэродинамическая сепарация - этот способ можно рассматривать как вариант центрифугирования, но вместо закручивания газа в центрифуге, он завихряется при выходе из специальной форсунки, куда подается под давлением. Эта технология, основанная на вихревом эффекте, использовалась ЮАР (опытно-промышленная реализация) и Германией. Вихревой эффект (эффект Ранка-Хилша, англ. Ranque-Hilsch Effect) - эффект разделения газа или жидкости при закручивании в цилиндрической или конической камере на две фракции. На периферии образуется закрученный поток с большей температурой, а в центре - закрученный охлажденный поток, причем вращение в центре происходит в другую сторону, чем на периферии. Вихревой эффект представляет собой эффект энергетического разделения сжимаемых сред в их закрученном потоке. Под средой подразумеваются газы, пары, парогазовые, парожидкостные и другие сжимаемые смеси. Вихревая труба - устройство, предназначенное для реализации вихревого эффекта. В ней реализуется эффект разделения потока газа на холодный и горячий. Разделение потока происходит в цилиндрической или конической камере, газ входит с давлением под определенным углом. На периферии образуется закрученный поток с большей температурой, а в центре -закрученный охлажденный поток, причем вращение в центре происходит в другую сторону, чем на периферии;- Aerodynamic separation - this method can be considered as a variant of centrifugation, but instead of swirling the gas in a centrifuge, it swirls when it exits a special nozzle, where it is supplied under pressure. This vortex effect technology has been used by South Africa (pilot implementation) and Germany. Vortex effect (Ranque-Hilsch Effect) - the effect of separation of a gas or liquid when swirling in a cylindrical or conical chamber into two fractions. A swirling flow with a higher temperature is formed at the periphery, and a swirling cooled flow is formed in the center, and the rotation in the center occurs in the opposite direction than at the periphery. The vortex effect is the effect of energy separation of compressible media in their swirling flow. The medium refers to gases, vapors, vapor-gas, vapor-liquid and other compressible mixtures. A vortex tube is a device designed to implement the vortex effect. It implements the effect of dividing the gas flow into cold and hot. Flow separation occurs in a cylindrical or conical chamber, the gas enters with pressure at a certain angle. A swirling flow with a higher temperature is formed at the periphery, and a swirling cooled flow is formed in the center, and the rotation in the center occurs in the opposite direction than at the periphery;

- Сопловой процесс (процесс Беккера) - процесс, в котором поток газа инжектируется с высокой скоростью в сопло, имеющее большую кривизну. Разделительный эффект метода также основан на разделении смеси в поле центробежных сил при обтекании криволинейной поверхности с круглым поперечным сечением. На выходе поток делится на две фракции специальными ножами-отсекателями. Процесс реализован в промышленном производстве изотопов Урана. Оба последних рассмотренных метода разделения имеют существенно меньший коэффициент разделения, чем центробежный метод ~ 1,05-1,1, но эффективны при работе на легких соединениях Углерода и могут быть применены при переработке больших количеств Углерода - сотни тонн и более в год. К недостаткам этих методов следует отнести необходимость больших энергозатрат, связанных с работой мощных компрессоров для потоков ввода-вывода рабочих газов в разделительное устройство;- Nozzle process (Becker process) - a process in which a gas flow is injected at high speed into a nozzle having a large curvature. The separation effect of the method is also based on the separation of the mixture in the field of centrifugal forces when flowing around a curved surface with a circular cross section. At the outlet, the flow is divided into two fractions by special cut-off knives. The process has been implemented in the industrial production of uranium isotopes. Both of the last considered separation methods have a significantly lower separation factor than the centrifugal method ~ 1.05-1.1, but are effective when working on light carbon compounds and can be used when processing large amounts of carbon - hundreds of tons or more per year. The disadvantages of these methods include the need for large energy costs associated with the operation of powerful compressors for input-output flows of working gases into the separation device;

- Лазерный метод разделения в отличие от всех ранее рассмотренных, основан на изменении активности молекул, содержащих разные изотопы Углерода при проведении химической реакции под действием лазерного излучения, рабочего газа. При этом константы химических реакций становятся различными для разных изотопов и при проведении реакции в продуктах реакции концентрации изотопов становятся различными - происходит разделение. Принципиальная схема одиночного устройства лазерного разделения изотопов Углерода приведена на фиг. 5. Исходный рабочий газ, поз. 14, поступает в газовый реактор 24. Внутрь газового реактора кроме рабочего газа из в технологических соображений часто добавляют долю нейтрального неуглеродсодержащего газа. В газовом реакторе организуется циркуляция смеси с рабочим газом 26 благодаря компрессору 27. Одна из сторон газового реактора оборудована оптически прозрачным окном 25 через которое внутрь газового реактора поступает ИК-излучение 23 лазера 22. Под действием ИК излучения лазера внутри газового реактора происходит химическая реакция при которой часть рабочего газа разлагается и образуются другие газообразные химические соединения. При этом в Углеродсодержащих продуктах реакции концентрация изотопа 14С будет выше, чем в исходном рабочем газе. Параметры излучения лазера - частота излучения, мощность и частота следования импульсов, а также параметры циркуляции смеси с рабочим газом в газовом реакторе, такие как давление смеси, скорость циркуляции и время облучения порции смеси в реакторе и другие, подбираются из условия получения оптимального по расходу потока питания установки 14 и получаемого повышения концентрации изотопа 14С в продукте реакции. Из условия баланса поступающего в реактор и выходящего количества изотопа 14С - формула (2) - при этом в оставшемся рабочем газе концентрация изотопа 14C-Cw будет ниже, чем в исходном, Cw<CF. Полученная смесь выводится из газового реактора - операция 28 операция вывода смеси газов из реактора после обработки излучением ИК лазера. Далее, эту смесь разделяют химическими, физико-химическими методами не менее, чем на три фракции:- The laser separation method, unlike all previously considered, is based on a change in the activity of molecules containing different carbon isotopes during a chemical reaction under the action of laser radiation, the working gas. In this case, the constants of chemical reactions become different for different isotopes, and when the reaction is carried out, the concentrations of isotopes in the reaction products become different - separation occurs. A schematic diagram of a single device for laser separation of carbon isotopes is shown in Fig. 5. Initial working gas, pos. 14 enters the gas reactor 24. Inside the gas reactor, in addition to the working gas, for technological reasons, a fraction of a neutral, non-carbonaceous gas is often added. In the gas reactor, the circulation of the mixture with the working gas 26 is organized thanks to the compressor 27. One of the sides of the gas reactor is equipped with an optically transparent window 25 through which IR radiation 23 of the laser 22 enters the gas reactor. Under the action of the IR radiation of the laser, a chemical reaction occurs inside the gas reactor in which part of the working gas decomposes and other gaseous chemical compounds are formed. In this case, the concentration of the 14C isotope in the carbon-containing reaction products will be higher than in the initial working gas. Laser radiation parameters - radiation frequency, power and pulse repetition rate, as well as circulation parameters of the mixture with the working gas in the gas reactor, such as mixture pressure, circulation rate and irradiation time of a portion of the mixture in the reactor, and others, are selected from the condition for obtaining the optimal flow rate power plant 14 and the resulting increase in the concentration of the isotope 14 C in the reaction product. From the condition of balance of the 14 C isotope entering the reactor and the exiting amount of the 14 C isotope - formula (2) - in this case, the concentration of the 14 C-Cw isotope in the remaining working gas will be lower than in the initial one, Cw<C F . The resulting mixture is removed from the gas reactor - operation 28 is the operation of removing the mixture of gases from the reactor after processing with IR laser radiation. Further, this mixture is separated by chemical, physico-chemical methods into at least three fractions:

- в блоке 29 - выделения из смеси продукта реакции с повышенным содержанием изотопа 14С концентрацией Ср>CF и потоком Qp, далее очищенный продукт с повышенным содержанием изотопа 14С выводится с потоком 15;- in block 29 - separation from the mixture of the reaction product with a high content of the 14 C isotope with a concentration Cp>C F and a flow Qp, then the purified product with a high content of the 14 C isotope is removed with a stream 15;

- в блоке 30 проводится очистка рабочего газа с пониженным содержанием изотопа 14С концентрацией Cw<CF и потоком Qw, далее очищенный рабочий газ с пониженным содержанием изотопа 14С выводится с потоком 16;- in block 30, the working gas with a reduced content of the isotope 14 C is cleaned with a concentration of Cw<C F and a flow Qw, then the purified working gas with a reduced content of the isotope 14 C is discharged with a stream 16;

- в блоке 31 проводится очистка смеси из газового реактора и выделения неуглеродсодержащих продуктов реакции.- in block 31, the mixture from the gas reactor is purified and non-carbon-containing reaction products are isolated.

Объем выходящего потока из блока 31 сравним и может быть больше величины потока 15 продукта реакции - разделенной фракции Qp.Соединения неуглеродсодержащих продуктов реакции обычно требуют утилизации, но некоторые компоненты могут иметь коммерческое применение. Поэтому в принципиальной схеме предусмотрена операция 32 вывода неуглеродсодержащих продуктов реакции для дальнейшей утилизации или коммерческого применения.The volume of the output stream from block 31 is comparable and may be greater than the value of the stream 15 of the reaction product - the separated fraction Qp. Compounds of non-carbonaceous reaction products usually require disposal, but some components may have commercial use. Therefore, the concept provides for the operation 32 output of non-carbonaceous reaction products for further disposal or commercial use.

Применительно к разделению изотопов Углерода лазерным методом используется явление многофотонной диссоциации (МФД) углеродсодержащих молекул под действием излучения ИК лазеров. В качестве углеродсодержащих молекул («Изотопы: свойства, получение применение». Под ред. В.Ю. Баранова, т. 1, М.: Физматлит, 2005 - гл. 8.3, Таблица 8.3.1) обнаружена эффективность воздействия для соединений CF3I, CF3Br, CF2HCl, CF3COCF3. Последнее соединение из-за наличия трех атомов углерода в молекуле и связанного с этим эффекта «изотопного перекрытия» мало пригодно для выделения тяжелых изотопов Углерода. Особенностью лазерного метода разделения является то, что коэффициент разделения на одиночном устройстве может достигать величин 50-100 и более и при сравнительно с другими методами небольшими капитальными затратами и размерами производственных площадей может быть обеспечен объем перерабатываемого исходного Углерода также сотни и более тонн в год.As applied to the separation of carbon isotopes by the laser method, the phenomenon of multiphoton dissociation (MPD) of carbon-containing molecules under the action of IR laser radiation is used. As carbon-containing molecules ("Isotopes: properties, obtaining, application." Edited by V.Yu. Baranov, vol. 1, M .: Fizmatlit, 2005 - ch. 8.3, Table 8.3.1), the effectiveness of exposure to CF 3 compounds was found I, CF 3 Br, CF 2 HCl, CF 3 COCF 3 . The latter compound, due to the presence of three carbon atoms in the molecule and the "isotopic overlap" effect associated with it, is of little use for separating heavy carbon isotopes. A feature of the laser separation method is that the separation factor on a single device can reach values of 50–100 or more, and, compared with other methods, with small capital costs and the size of production areas, the volume of processed initial carbon can be also hundreds or more tons per year.

Лазерный метод ИК многофотонной диссоциации CHClF2 промышленно проверен при облучении в реакторе смеси Фреона-22 (CHClF2) с азотом, в результате которого повышается вероятность образования тетрафторэтилена (C2F4 - ТФЭ) с изотопом 13С и последующего выделения ТФЭ. В период 1999-2005 гг в г. Калининград в ЗАО «ГА3-ОЙЛ» на базе завода «Кварц» было создано промышленное производство, на котором проводилось первичное обогащение изотопа 13С от ~1,1% (природа) до ~30%, далее этот продукт использовался для получения товарного 99% 13С центрифужным методом. На этом промышленном производстве был получен коэффициент разделения ~50.The laser method of IR multiphoton dissociation of CHClF 2 has been industrially tested by irradiating a mixture of Freon-22 (CHClF 2 ) with nitrogen in a reactor, as a result of which the probability of the formation of tetrafluoroethylene (C 2 F 4 - TFE) with the 13 C isotope and subsequent isolation of TFE increases. In the period 1999-2005 in Kaliningrad, CJSC "GA3-OIL" on the basis of the plant "Quartz" created industrial production, which carried out the primary enrichment of the isotope 13 C from ~ 1.1% (nature) to ~ 30%, further, this product was used to obtain commercial 99% 13 C by the centrifuge method. In this industrial production, a separation factor of ~50 was obtained.

Практически во всех случаях и для всех разделительных методов необходимый для решения технической задачи коэффициент разделения недостижим на одиночной разделительной установке и требуется каскадирование - последовательное соединение одиночных установок по потокам входа-выхода разделенных фракций одиночных установок.In almost all cases and for all separation methods, the separation factor necessary for solving a technical problem is unattainable on a single separation plant and cascading is required - a series connection of single installations along the input-output flows of the separated fractions of single installations.

Для повышения эффективности переработки рабочего газа по извлечению изотопа 14С - уменьшению количества фракции обогащенной этим изотопом - при количестве ступеней более 2-3 каскад должен быть построен по противоточной схеме, рис. 4. В схеме противоточного каскада, фиг. 4, поток 15 - отбор обогащенной по 14С фракции ступени каскада с номером К поступает на вход ступени К+1 -последующей и является для нее частью потока питания 14. Поток отбора 16 - обедненной по 14С фракции ступени К поступает на вход ступени К-1 и также является для нее частью потока питания 14. Поток питания всего каскада 18 поступает - добавляется к потоку питания ступени KF. Из ступени 1 каскада производится отбор поток отбора обедненной по 14С фракции каскада с концентрацией 14С ниже требований РАО 3 класса радиационной опасности, а из последней ступени каскада - n - поток отбора 19 обогащенной по 14С фракции каскада, который является РАО 2 класса радиационной опасности. Режим работы ступеней каскада устанавливается и оптимизируется устройствами 21 для регулирования величин потоков, передаваемых из ступени в ступень каскада. Такая схема каскада позволяет выбирать оптимальные величины потока питания одиночных разделительных установок и увеличивает глубину переработки исходного рабочего газа. При этом каждая из ступеней каскада может состоять из нескольких параллельно соединенных одиночных разделительных установок.To increase the efficiency of working gas processing in terms of extracting the 14 C isotope - reducing the amount of the fraction enriched with this isotope - with more than 2-3 stages, the cascade should be built according to the countercurrent scheme, Fig. 4. In the scheme of the countercurrent cascade, fig. 4, flow 15 - the extraction of the fraction enriched in 14 C of the stage of the cascade with the number K enters the input of the stage K + 1 - subsequent and is part of the feed stream 14 for it. The selection stream 16 - the fraction depleted in 14 C of the stage K enters the input of the stage K -1 and is also part of the power flow 14 for it. The power flow of the entire cascade 18 enters - is added to the power flow of the stage K F . From stage 1 of the cascade, a selection stream of the cascade fraction depleted in 14 C with a concentration of 14 C below the requirements of radioactive waste of the 3rd radiation hazard class is taken, and from the last stage of the cascade - n - the selection stream 19 of the fraction of the cascade enriched in 14 C, which is radioactive waste of the 2nd radiation class danger. The mode of operation of the stages of the cascade is set and optimized by the devices 21 to control the magnitude of the flows transmitted from stage to stage of the cascade. Such a cascade scheme makes it possible to choose the optimal values of the feed flow of single separation plants and increases the depth of processing of the initial working gas. In this case, each of the stages of the cascade can consist of several parallel-connected single separation plants.

Общее число параллельно соединенных в ступени каскада одиночных разделительных элементов - «ширина каскада» - определяет общую разделительную производительность разделительной установки и объем переработки исходного количества рабочего газа.The total number of single separating elements connected in parallel in a stage of a cascade - the "cascade width" - determines the total separating capacity of the separating plant and the volume of processing of the initial amount of working gas.

Общее число ступеней противоточного каскада - «длина каскада» - n определяет суммарный коэффициент разделения разделительной установки α14 как произведение величин

Figure 00000014
всех ступеней каскада. При этом в части каскада - в ступенях, расположенные на схеме фиг. 4 правее ступени, в которую осуществляется ввод потока питания каскада, концентрация изотопа 14С в рабочем газе выше, чем в потоке питания и увеличивается по мере приближения к отбору 19, а в другой части - в ступенях, расположенных на схеме фиг. 4 левее ступени, в которую осуществляется ввод потока питания каскада, концентрация изотопа 14С в рабочем газе ниже, чем в потоке питания и уменьшается по мере приближения к отбору 20. Меняя число ступеней в этих частях каскада можно изменять оптимальные концентрации 14С в отборах 19 и 20 каскада.The total number of stages of the countercurrent cascade - "the length of the cascade" - n determines the total separation factor of the separation plant α 14 as a product of the values
Figure 00000014
all stages of the cascade. At the same time, in the part of the cascade - in the steps located in the diagram of Fig. 4 to the right of the stage into which the cascade feed stream is introduced, the concentration of the 14 C isotope in the working gas is higher than in the feed stream and increases as it approaches extraction 19, and in the other part - in the stages located in the diagram of FIG. 4 to the left of the stage into which the feed stream of the cascade is introduced, the concentration of the 14 C isotope in the working gas is lower than in the feed stream and decreases as it approaches extraction 20. By changing the number of stages in these parts of the cascade, it is possible to change the optimal concentrations of 14 C in the extractions 19 and 20 cascade.

Увеличивая длину части каскада с пониженным содержанием 14С можно обеспечить уровень активности этого изотопа в отборе 20, соответствующем его естественному уровню в природе, что исключит обращение с этим отбором как радиоактивным материалом и часть этого отбора может быть использована для коммерческих целей, остальное в случае необходимости - после переработки может безопасно поступить в природную среду. Увеличивая длину части каскада с повышенным содержанием 14С можно обеспечить уровень концентрации этого изотопа в отборе 19 более 0,1%, соответствующем его коммерческому применению.By increasing the length of the part of the cascade with a reduced content of 14 C, it is possible to ensure the level of activity of this isotope in the selection of 20, corresponding to its natural level in nature, which will exclude the handling of this selection as radioactive material and part of this selection can be used for commercial purposes, the rest, if necessary. - after processing, it can safely enter the natural environment. By increasing the length of the part of the cascade with a high content of 14 C, it is possible to provide a concentration level of this isotope in the selection of 19 of more than 0.1%, corresponding to its commercial use.

Лазерный метод разделения в отличие от всех остальных, как уже указывалось ранее, имеет принципиальные особенности при каскадировании: разделенная фракция одиночного разделительного устройства с повышенным содержанием изотопа 14С (обогащенная) не является рабочим газом.The laser separation method, unlike all the others, as mentioned earlier, has fundamental features in cascading: the separated fraction of a single separation device with a high content of the 14 C isotope (enriched) is not a working gas.

Разумеется, возможна организация цикла химических переделов полученного соединения обратно в рабочий газ, но это не только приведет к существенному усложнению конструкции и технологии эксплуатации каскада, но и к существенным потерям обогащенной 14С фракции в процессе химического передела. Исследования работы лазерных установок разделения для обогащения изотопа 13С показали неэффективность или практическую невозможность организации процедуры обратного передела соединения обогащенной фракции в рабочий газ.Of course, it is possible to organize a cycle of chemical conversions of the obtained compound back into the working gas, but this will not only lead to a significant complication of the design and operation technology of the cascade, but also to significant losses of the 14C- enriched fraction during the chemical conversion. Studies of the operation of laser separation units for the enrichment of the 13C isotope have shown the inefficiency or practical impossibility of organizing the procedure for the reverse redistribution of the compound of the enriched fraction into the working gas.

Эта особенность приводит к невозможности построения схемы противоточного каскада, ног при решении поставленной технической задачи организация процесса каскадирования обедненной по содержанию изотопа 14С фракции возможна. Принципиальная схема каскадирования лазерных одиночных разделительных установок приведена на фиг. 6.This feature leads to the impossibility of constructing a scheme of a countercurrent cascade, but when solving the set technical problem, the organization of the process of cascading a fraction depleted in the content of the 14 C isotope is possible. Schematic diagram of cascading laser single separation units is shown in Fig. 6.

Исходный рабочий газ 18 поступает в газовый реактор крайней правой, последней ступени каскада с номером n, поз. 33. После облучения в ступени n выходной поток из газового реактора, как описано выше, делится на три части в блоках 29, 30 и 31 и после очистки в блоке 30 рабочий газ с пониженным содержанием изотопа 14С поступает на вход газового реактора ступени n-1. Очищенный продукт разделения ступени n с повышенным содержанием изотопа 14С из блока 29 поступает в трубопровод 35 для сбора продукта реакции с повышенным содержанием изотопа 14С и относящихся к 2 классу радиационной опасности, а неуглеродсодержащие соединения - продукты реакции, выделенные в блоке 31, поступают в общий трубопровод каскада 34 и далее в операции 32 их утилизируют или превращают в товарную форму для коммерциализации.The initial working gas 18 enters the gas reactor of the extreme right, the last stage of the cascade with the number n, pos. 33. After irradiation in stage n, the output stream from the gas reactor, as described above, is divided into three parts in blocks 29, 30 and 31, and after cleaning in block 30, the working gas with a reduced content of the 14 C isotope enters the inlet of the gas reactor of stage n- one. The purified separation product of stage n with a high content of the isotope 14C from block 29 enters the pipeline 35 to collect the reaction product with a high content of the isotope 14C and belongs to the 2nd class of radiation hazard, and non-carbon-containing compounds - reaction products isolated in block 31, enter the common pipeline of the cascade 34 and further in operation 32 they are disposed of or converted into a commodity form for commercialization.

По аналогичной же схеме связаны и все остальные ступени каскада. Такой тип каскада может быть назван «прямоточным».All other stages of the cascade are connected in a similar way. This type of cascade can be called "co-current".

При этом для увеличения объема переработки рабочего газа в каждой ступени, так же как и для противоточного каскада, типовые одиночные лазерные разделительные установки могут соединяться параллельно, а блоки 29, 30, 31 переработки выходящей из газовых реакторов ступени смеси могут быть единые для всех газовых реакторов ступени.At the same time, to increase the volume of processing of the working gas in each stage, as well as for the countercurrent cascade, typical single laser separation installations can be connected in parallel, and the blocks 29, 30, 31 for processing the mixture stage leaving the gas reactors can be the same for all gas reactors. steps.

Другая особенность данной схемы каскада в том, что концентрация обогащенной изотопу 14С фракции не может превосходить концентрацию 14С исходного рабочего газа более, чем коэффициент разделения

Figure 00000015
на одной ступени. При этом, по мере движения в каскаде потока рабочего газа в сторону фракции отбора каскада с пониженным содержанием изотопа 14С (уменьшения номера ступени каскада), концентрация изотопа 14С в продукте обогащенной фракции ступени с повышенной, по сравнению с концентрацией 14С в входящем потоке рабочего газа в ступень, также будет снижаться.Another feature of this scheme of the cascade is that the concentration of the fraction enriched in the 14С isotope cannot exceed the concentration of 14С of the initial working gas by more than the separation factor
Figure 00000015
at one step. At the same time, as the working gas flow in the cascade moves towards the cascade extraction fraction with a reduced content of the 14 C isotope (decreasing the number of the stage of the cascade), the concentration of the 14 C isotope in the product of the enriched fraction of the stage with an increased, compared with the concentration of 14 C in the incoming stream working gas per stage will also decrease.

При достаточно большом количестве ступеней в каскаде, возможно получение в основном отборе 20 обедненной по 14С фракции каскада концентрации этого изотопа выше РАО класса 4 вплоть до естественного уровня активности. В этом случае концентрация изотопа 14С в обогащенных фракциях отборов ступеней начиная с определенной ступени, расположенной между ступенью n и 1 станет ниже концентрации 14С по требованиям к РАО 3 класса и это будет справедливо для всех расположенных левее на схеме фиг. 6 ступеней. Эти отборы ступеней целесообразно собирать отдельно в трубопроводе 36 в поток отбора 37, поскольку он предназначен для локального приповерхностного захоронение рядом с местом переработки.With a sufficiently large number of steps in the cascade, it is possible to obtain in the main selection 20 a fraction of the cascade depleted in 14 C of the concentration of this isotope above the PAO class 4 up to the natural level of activity. In this case, the concentration of the 14C isotope in the enriched fractions of the extraction stages, starting from a certain stage located between stage n and 1, will become lower than the concentration of 14C according to the requirements for class 3 radioactive waste, and this will be true for all located to the left in the diagram of Fig. 6 steps. It is expedient to collect these stage extractions separately in the pipeline 36 into the selection stream 37, since it is intended for local near-surface disposal near the processing site.

На фиг. 8 на основе соотношений (1)-(3) изображены зависимости доли потока Qw/QF и уменьшение доли РАО второго класса опасности (QF/Qp - количество раз), требующих транспортировки к месту централизованного глубинного захоронения от α14 для заданного уменьшения активности изотопа 14С в обедненной фракции CF/Cw в 50 раз – фиг. 8а и в 8 раз - фиг. 8б и на фиг. 8в - в 106 раз.In FIG. 8, based on relations (1)-(3), the dependences of the flow share Qw/Q F and the decrease in the share of radioactive waste of the second hazard class (Q F /Qp is the number of times) that require transportation to a centralized deep disposal site from α 14 for a given decrease in activity are shown 14С isotope in the depleted C F /Cw fraction by a factor of 50 – fig. 8a and 8 times - fig. 8b and in Fig. 8c - 10 6 times.

Выбор коэффициента уменьшения активности изотопа 14С в основной доле РАО 50 раз (фиг. 8б) соответствует достаточно типичным случаям состава облученного Углерода свежеизвлеченного из реактора АЭС (Таблица 1), равным 8 (фиг 8а) - практически предельному случаю, когда еще переработанные РАО могут быть переведены в класс 3 радиационной опасности, а уменьшение активности в 106 раз (фиг. 8в) - естественному уровню активности изотопа 14С в облученном Углероде после его переработки.The choice of the reduction factor for the activity of the 14C isotope in the main fraction of RW 50 times (Fig. 8b) corresponds to fairly typical cases of the composition of irradiated carbon freshly extracted from the nuclear power plant reactor (Table 1), equal to 8 (Fig. 8a) - practically the limiting case when still processed RW can be transferred to radiation hazard class 3, and the decrease in activity by 10 6 times (Fig. 8c) - to the natural level of activity of the 14 C isotope in irradiated carbon after its processing.

В случае CF/Cw=8, фиг. 8а, для обеспечения уменьшения количества РАО второго класса опасности в 10-20 раз (QW/QF>90-95%) требуется величина коэффициента разделения установки α14>80-150.In the case of C F /Cw=8, FIG. 8a, in order to reduce the amount of radioactive waste of the second hazard class by 10-20 times (Q W /Q F > 90-95%), the separation factor of the installation α 14 > 80-150 is required.

В случае CF/Cw=50 и более, фиг. 8б, для обеспечения уменьшения количества РАО второго класса опасности в 10-20 раз требуется обеспечение коэффициента α14 разделительной установки 500-1000.In the case of C F /Cw=50 or more, FIG. 8b, in order to reduce the amount of radioactive waste of the second hazard class by 10-20 times, it is required to ensure the coefficient α 14 of the separation plant 500-1000.

В случае CF/Cw=106 и более, фиг. 8в, обеспечивается природная активность РАО и эти отходы могут быть возвращены в природную среду. Для обеспечения уменьшения количества РАО второго класса опасности в 10-20 раз требуется обеспечение коэффициента α14 разделительной установки 1×107÷1,8×107.In the case of C F /Cw=10 6 or more, FIG. 8c, the natural activity of radioactive waste is ensured and these wastes can be returned to the natural environment. To reduce the amount of radioactive waste of the second hazard class by 10-20 times, it is required to ensure the coefficient α 14 of the separation plant 1×10 7 ÷1.8×10 7 .

Оценки необходимого количества ступеней каскада n по формуле (4) для разных методов разделения при различных коэффициентах уменьшения активности изотопа 14С в основной доле РАО (CF/Cw) приведены в Таблице 3.Estimates of the required number of stages of the cascade n according to formula (4) for different separation methods at various reduction factors for the activity of the 14 C isotope in the main fraction of RW (C F /Cw) are given in Table 3.

Figure 00000016
Figure 00000016

Четвертый этап: переработка разделенного углерод со держащего рабочего газа в форму, пригодную для транспортировки к месту захоронения, передачу в природную среду или для коммерческой реализации.Fourth step: converting the separated carbon containing working gas into a form suitable for transportation to a disposal site, release to the natural environment or for commercial sale.

Принципиальная схема осуществления четвертого этапа согласно предлагаемому способу представлена на фиг. 7. На схемах фиг. 7а и фиг. 7б варианты переработки фракции разделительной установки с пониженным содержанием 14С. Поток отбора одиночной разделительной установки или каскада 20 с активностью изотопа 14С соответствующей РАО 3 класса радиационной опасности или выше поступает в блок 6 переработки потока РАО после разделительной установки с уменьшенной активностью изотопа 14С. В этом блоке поток РАО из газовой фазы известными для всех рабочих газов химическими методами переводится в соединения, которые находятся в твердой, жидкой фазе при нормальных условиях. За счет такого компактирования объем этих РАО уменьшается и появляется возможность их транспортировки и локального захоронения на длительный период.A schematic diagram of the implementation of the fourth stage according to the proposed method is shown in Fig. 7. In the diagrams of FIG. 7a and fig. 7b, options for processing the fraction of the separation plant with a reduced content of 14 C. The withdrawal stream of a single separation plant or cascade 20 with the activity of the isotope 14 C of the corresponding RW of the 3rd radiation hazard class or higher enters the processing unit 6 of the RW flow after the separation plant with a reduced activity of the isotope 14 C. In this block, the RW flow from the gas phase is converted by chemical methods known for all working gases into compounds that are in the solid, liquid phase under normal conditions. Due to such compaction, the volume of these radioactive wastes decreases and it becomes possible to transport them and locally dispose them for a long period.

Схема фиг. 7б предназначена для случая, когда поток 20 отбора одиночной разделительной установки или каскада имеет естественную активность изотопа 14С. В этом случае материал этого потока в форме газа не является радиационноопасным материалом, а с учетом высокой химической чистоты после прохождения разделительной установки, пригоден к любому применению: сам рабочий газ для разделительной установки может быть коммерческим продуктом, например, СН4, СО2, фреоны и т.д., либо может быть использован для получения исходного сырья для химической промышленности. При этой переработке применяются реакторы для проведения реакций химической переработки, а для обеспечения необходимой чистоты коммерческого продукта установки ректификационной, адсорбционной очистки. Поэтому задача переработки потока 20 для блока 6 определяется коммерческими заказами, а остаток этого невостребованного продукта может быть передан в природу в том числе и в газовой фазе или после конверсии в реакторах химической переработки в соединения в твердой, жидкой фазе при нормальных условиях.The scheme of Fig. 7b is intended for the case when the extraction stream 20 of a single separation plant or cascade has a natural activity of the 14 C isotope. In this case, the material of this stream in the form of a gas is not a radiation hazardous material, and, taking into account the high chemical purity after passing through the separation plant, is suitable for any application : the working gas for the separation plant itself can be a commercial product, such as CH 4 , CO 2 , freons, etc., or can be used to obtain raw materials for the chemical industry. During this processing, reactors are used to carry out chemical processing reactions, and to ensure the required purity of the commercial product, distillation and adsorption purification installations are used. Therefore, the task of processing stream 20 for block 6 is determined by commercial orders, and the remainder of this unclaimed product can be transferred to nature, including in the gas phase or after conversion in chemical processing reactors into compounds in the solid, liquid phase under normal conditions.

На схемах фиг. 7в приведены варианты переработки фракции отбора 19 разделительной установки с повышенным содержанием 14С. Поток 19 поступает в блок 4, где из газовой фазы известными для всех рабочих газов химическими методами переводится в соединения, которые находятся в твердой, жидкой фазе при нормальных условиях. За счет такого компактирования объем этих РАО 2 класса уменьшается и появляется возможность проведения процедуры 5 - транспортировки этих РАО к месту централизованного глубинного захоронения.In the diagrams of Fig. 7c shows options for processing the extraction fraction 19 of the separation plant with a high content of 14 C. Stream 19 enters block 4, where it is transferred from the gas phase by chemical methods known for all working gases into compounds that are in the solid, liquid phase under normal conditions. Due to such compaction, the volume of these class 2 RW is reduced and it becomes possible to carry out procedure 5 - transportation of these RW to a centralized deep disposal site.

Изотоп 14С широко применяется в научных исследованиях, в первую очередь, в хронологических исследованиях событий 2-10 тысячелетней давности («Изотопы: свойства, получение применение». Под ред. В.Ю. Баранова, т. 2, М.: Физматлит, 2005, с. 520). Концентрированный 14С имеет коммерческое применение, но при этом его концентрации в РАО 2 класса, полученной в ходе переработки облученного Углерода АЭС может быть недостаточно. Поэтому после основной разделительной установки часть отбора обогащенной 14С фракции установки направляется на дополнительное дообогащение на каскаде существенно меньшего (в 10-100 и более раз) объема, по сравнению с основной установкой разделения, и методы разделения на основной и дополнительной разделительной установке могут отличаться - выбор определяется экономическими соображениями по стоимости дополнительной установки и имеющимся опытом изготовления оборудования и его эксплуатации. Для этого в блоке 38 проводится изготовление рабочего газа из части потока отбора 19 для применения методов разделения изотопов Углерода из группы газовая диффузия, сопловой метод, газовое центрифугирование, метод аэродинамической сепарации. (Лазерный метод для дополнительной установки разделения непригоден, поскольку не позволяет каскадировать эффект обогащения 14С). Далее полученный рабочий газ поступает в блок 39 - разделительный каскад для получения высокообогащенного изотопа 14С. Величина необходимого обогащения определяется рыночной практической потребностью, но обычное требование - не менее 14С≥0,1%. Отбор каскада 39 с высокообогащенным 14С поступает в блок 41 на операцию изготовления химическими методами товарной формы продукта, а отбор каскада с пониженным по сравнению с исходным газом содержанием 14С - в блок 40 для компактизации - переработки химическими методами из газа в соединения, которые находятся в твердой, жидкой фазе при нормальных условиях. Далее, в зависимости от величины активности изотопа 14С (РАО 2 или 3 класса радиационной опасности) полученный в блоке 40 материал объединяется с материалами переработки РАО в блоке 4 (РАО класс 2) или блока 6 фиг. 7а - РАО класс 3.The 14 C isotope is widely used in scientific research, primarily in chronological studies of events 2-10 thousand years ago (“Isotopes: properties, obtaining application.” Edited by V.Yu. Baranov, vol. 2, M .: Fizmatlit, 2005, p. 520). Concentrated 14 C has commercial applications, but its concentration in class 2 radioactive waste obtained during the processing of irradiated carbon at nuclear power plants may not be sufficient. Therefore, after the main separation plant, part of the extraction of the 14C enriched fraction of the installation is sent for additional re-enrichment in a cascade of a significantly smaller (10-100 or more times) volume compared to the main separation plant, and the separation methods at the main and additional separation plant may differ - the choice is determined by economic considerations for the cost of additional installation and the available experience in the manufacture of equipment and its operation. To do this, in block 38, the working gas is produced from a part of the selection stream 19 for the use of carbon isotope separation methods from the group of gas diffusion, nozzle method, gas centrifugation, aerodynamic separation method. (The laser method is unsuitable for an additional separation unit, since it does not allow cascading the effect of 14 C enrichment). Next, the resulting working gas enters block 39 - a separation cascade to produce a highly enriched 14 C isotope. The amount of required enrichment is determined by practical market demand, but the usual requirement is not less than 14 C≥0.1%. The selection of the cascade 39 with highly enriched 14 C enters block 41 for the operation of manufacturing the commodity form of the product by chemical methods, and the selection of the cascade with a content of 14 C reduced in comparison with the initial gas goes to block 40 for compaction - processing by chemical methods from gas into compounds that are in the solid, liquid phase under normal conditions. Further, depending on the activity value of the 14C isotope (RAW 2 or 3 radiation hazard class), the material obtained in block 40 is combined with materials for processing RW in block 4 (RAW class 2) or block 6 of Fig. 7a - RW class 3.

В случае если в основной 3 и дополнительной 39 разделительных установках применяется один и тот же рабочий газ, то необходимости в использовании в схеме фиг. 7 блоков 38 и 40 нет.If the same working gas is used in the main 3 and additional 39 separation plants, then the need to use in the scheme of Fig. 7 blocks 38 and 40 no.

Устройство переработки облученного Углерода согласно способу, для реализации этапов 2-4 составляет единый производственный комплекс, работающий в непрерывном режиме. Для этого блок 1 устройства второго этапа переработки соединен трубопроводами передачи газовой фазы с разделительным блоком 3 этапа 3, а выход блока 3 соединен трубопроводами передачи разделенных потоков газа с различными концентрациями изотопа 14С и относящихся к разным классам радиационной опасности с блоками 4 и 6 для переработки этих потоков в форму для транспортировки к месту централизованного глубинного захоронения, месту локального приповерхностного захоронения и в форму для коммерческого применения. Для обеспечения непрерывной работы устройства переработки облученного Углерода производительности по рабочему газу блоков 1,4 и 6 согласованы с производительностью блока 3.The device for processing irradiated carbon according to the method, for the implementation of steps 2-4, is a single production complex operating in a continuous mode. To do this, block 1 of the device of the second stage of processing is connected by pipelines for transferring the gas phase to separation block 3 of stage 3, and the outlet of block 3 is connected by pipelines for transferring separated gas streams with different concentrations of the isotope 14 C and belonging to different classes of radiation hazard with blocks 4 and 6 for processing of these streams into a form for transportation to a centralized deep disposal site, a local near-surface disposal site, and into a form for commercial use. To ensure continuous operation of the device for processing irradiated carbon, the working gas capacities of blocks 1,4 and 6 are coordinated with the productivity of block 3.

Оборудование, применяемое в конструкциях всех основных блоков является известным и в большинстве случаев изготавливается промышленностью. В конструкции блоков 9 и 10 механической и химической очистки исходного облученного Углерода могут быть применены установки высокотемпературной обработки поверхности блоков облученного Углерода с применением различных реагентов, например, на основе изобретений RU 2624270 приоритет 24.02.2016, качестве устройства для операции механического дробления блоков Углерода - блок 11 предварительной подготовки Углерода перед реактором 1 синтеза рабочего газа - промышленные мельницы для дробления различных материалов. Установки очистки рабочего газа перед подачей в трубопровод соединяющий блок синтеза рабочего газа и разделительную установку основаны на известной и применяемой в химической промышленности систем получения высокочистых газов на аппаратах колонного типа по технологии ректификации, адсорбции, химического обмена.The equipment used in the construction of all main units is known and in most cases manufactured by the industry. In the design of blocks 9 and 10 for mechanical and chemical purification of the initial irradiated carbon, installations for high-temperature surface treatment of the blocks of irradiated carbon using various reagents can be used, for example, based on the inventions of RU 2624270 priority 02.24. 11 carbon pre-treatment before the reactor 1 working gas synthesis - industrial mills for crushing various materials. The working gas treatment plants before being fed into the pipeline connecting the working gas synthesis unit and the separation unit are based on the well-known and used in the chemical industry systems for producing high-purity gases on column-type apparatuses using the technology of rectification, adsorption, and chemical exchange.

Как уже указывалось выше для обеспечения технических характеристик и надежности все оборудование разделительных установок выпускается только промышленно и только серийно.As already mentioned above, to ensure technical characteristics and reliability, all equipment of separation plants is produced only industrially and only in series.

Весь комплекс оборудования, реализующий предлагаемый способ переработки облученного Углерода, основан на одинаковой цепочке операций и промышленно выпускаемом оборудовании. Для учета каждого типа состава выгружаемого из реактора облученного Углерода комплекс для переработки облученного Углерода строится по модульному принципу как единая производственная площадка, что позволит минимизировать протяженность технологических потоков и трубопроводов и уменьшить площадь радиационно-опасного производства.The entire complex of equipment that implements the proposed method for processing irradiated carbon is based on the same chain of operations and industrially produced equipment. To account for each type of composition of irradiated carbon unloaded from the reactor, the complex for processing irradiated carbon is built according to the modular principle as a single production site, which will minimize the length of process flows and pipelines and reduce the area of radiation-hazardous production.

Для минимизации транспортных операций, повышения безопасности и экологичности процедур утилизации облученного Углерода полезно расположение этого комплекса в непосредственной близости к месту выгрузки из конкретного реактора или группы реакторов данной АЭС облученного Углерода и месту предполагаемого локального захоронения.To minimize transport operations, improve the safety and environmental friendliness of procedures for disposing of irradiated carbon, it is useful to locate this complex in close proximity to the place of unloading of irradiated carbon from a particular reactor or group of reactors of a given nuclear power plant and the place of the proposed local disposal.

В случае удаленности предполагаемого места локального захоронения РАО 3 класса радиационной опасности от АЭС, с точки зрения минимизации транспортных расходов и радиационной безопасности транспортировка РАО 3 класса опасности является более предпочтительной, чем транспортировка РАО 2 класса опасности. Поэтому в этом случае для комплекса переработки и утилизации облученного Углерода АЭС более предпочтительным является расположение рядом с местом выгрузки РАО из реактора или группы реакторов данной АЭС.In case of remoteness of the proposed site of local disposal of RW of the 3rd class of radiation hazard from the NPP, from the point of view of minimizing transportation costs and radiation safety, the transportation of RW of the 3rd class of hazard is more preferable than the transportation of RW of the 2nd hazard class. Therefore, in this case, for the NPP irradiated Carbon processing and disposal complex, it is more preferable to locate it near the site of RW unloading from the reactor or group of reactors of this NPP.

Количество облученного Углерода, выгружаемого из реакторов АЭС после ее остановки в зависимости от ее мощности, конструкции и т.д. может отличаться, но практически для всех промышленных АЭС составляет от 2 до 10-15 тысяч тонн.The amount of irradiated carbon unloaded from the reactors of a nuclear power plant after its shutdown, depending on its capacity, design, etc. may differ, but for almost all industrial nuclear power plants it ranges from 2 to 10-15 thousand tons.

Доказанный ресурс работы разделительного оборудования для разных методов разделения изотопов составляет от 15 до 50 лет. Поэтому разделительная установка в составе единого производственного модуля переработки облученного Углерода, как и все остальное оборудование модуля должно иметь производительность такую, что за это время успеть переработать весь объем выгруженного из реактора облученного Углерода. Оценки показывают, что необходимая производительность модуля 100-500 тонн Углерода в год и с учетом этого для каждого комплекса переработки облученного Углерода, размещенного вблизи конкретной АЭС выбирают производительность одноступенных разделительных установок или каскада таких установок из условия переработки имеющегося исходного облученного Углерода АЭС за заранее заданное количество лет или ресурсный срок работы разделительных установок. Одиночные разделительные установки, в том числе и те, из которых создается в случае необходимости разделительный каскад, создаются серийного типа с ограниченным набором (один - три типа) величины объемной производительности по потоку питания рабочего газа. В этом случае производительность разделительных установок комплекса изменяется в зависимости от количества параллельно установленных одноступенных установок.The proven service life of separation equipment for various methods of isotope separation ranges from 15 to 50 years. Therefore, the separation plant as part of a single production module for the processing of irradiated carbon, like all other equipment of the module, must have a capacity such that during this time it will be possible to process the entire volume of irradiated carbon unloaded from the reactor. Estimates show that the required capacity of the module is 100-500 tons of carbon per year, and taking this into account, for each complex for processing irradiated carbon located near a particular nuclear power plant, the productivity of single-stage separation plants or a cascade of such plants is selected from the condition of processing the available initial irradiated carbon of the nuclear power plant for a predetermined amount years or service life of separation plants. Single separating plants, including those from which, if necessary, a separating cascade is created, are serial-type with a limited set (one to three types) of volumetric productivity values for the working gas supply flow. In this case, the performance of the separation plants of the complex varies depending on the number of single-stage plants installed in parallel.

Поэтому настоящее изобретение реализуется с помощью универсального доступного современного оборудования, с применением веществ, широко распространенных в промышленности.Therefore, the present invention is implemented with the help of universally available modern equipment, using substances that are widely used in the industry.

Claims (24)

1. Способ переработки облученного в реакторе АЭС углерода, предусматривающий, что осуществляется предварительный выбор метода разделения изотопов Углерода из группы технологий разделения: газовая диффузия, сопловой метод, газовое центрифугирование, метода аэродинамической сепарации, лазерный метод, далее из облученного Углерода АЭС получают рабочий газ для извлечения атомов изотопа 14С выбранным методом разделения, далее проводится выделение изотопа 14С на одноступенной разделительной установке или каскаде этих установок для разделения изотопов Углерода, и разделение в разделительной установке, которое проводят до уровня, обеспечивающего получение в обедненной по содержанию изотопа 14С фракции отбора из одиночной установки или каскада, активности изотопа 14С ниже уровня, допускающего приповерхностное захоронение радиоактивных отходов, и далее сортировка, компактирование и дифференцированное захоронение радиоактивных отходов, и возврат в природу отходов с естественной активностью.1. A method for processing carbon irradiated in a nuclear power plant reactor, providing that a preliminary selection of a method for the separation of carbon isotopes from the group of separation technologies is carried out: gas diffusion, nozzle method, gas centrifugation, aerodynamic separation method, laser method, then working gas is obtained from the irradiated carbon of the nuclear power plant for extraction of the 14C isotope atoms by the selected separation method, then the 14C isotope is isolated in a single-stage separation plant or a cascade of these plants for the separation of carbon isotopes, and the separation in the separation plant is carried out to a level that ensures the production of a selection fraction depleted in the content of the 14С isotope from a single installation or cascade, the activity of the 14 C isotope is below the level that allows surface disposal of radioactive waste, and then sorting, compacting and differentiated disposal of radioactive waste, and returning waste with natural activity to nature. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед переработкой облученного Углерода АЭС проводится очистка поверхности блоков облученного Углерода от неуглеродных микропримесей методом химической очистки, методом механической очистки.2. The method according to claim 1, characterized in that before processing the irradiated Carbon from the NPP, the surface of the irradiated Carbon blocks is cleaned from non-carbon microimpurities by chemical cleaning, mechanical cleaning. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед изготовлением рабочего газа для извлечения атомов изотопа 14С проводят механическое измельчение блоков облученного в реакторе АЭС Углерода.3. The method according to p. 1, characterized in that before the manufacture of the working gas to extract the isotope 14 C atoms, the blocks of carbon irradiated in the NPP reactor are mechanically crushed. 4. Способ по любому из пп. 1, или 2, или 3, отличающийся тем, что перед подачей синтезированного рабочего газа в разделительную установку для извлечения атомов изотопа 14С проводят очистку рабочего газа от побочных продуктов реакции синтеза рабочего газа на установке, реализующей метод ректификации, адсорбции, химического обмена.4. The method according to any one of paragraphs. 1, or 2, or 3, characterized in that before the synthesized working gas is supplied to the separation plant for extracting 14 C isotope atoms, the working gas is cleaned from by-products of the working gas synthesis reaction at the plant that implements the method of rectification, adsorption, chemical exchange. 5. Способ по любому из пп. 1, или 2, или 3, отличающийся тем, что производительности каждой из установок переработки облученного Углерода АЭС в части очистки от неуглеродных микропримесей, механического измельчения блоков облученного Углерода, получения и очистки рабочего газа выбирают из условия не менее чем производительность одиночной разделительной установки или каскада таких установок.5. The method according to any one of paragraphs. 1, or 2, or 3, characterized in that the performance of each of the NPP irradiated Carbon processing plants in terms of purification from non-carbon microimpurities, mechanical grinding of irradiated Carbon blocks, production and purification of working gas is selected from the condition of not less than the performance of a single separation plant or cascade such settings. 6. Способ по любому из пп. 1, или 2, или 3, отличающийся тем, что в качестве рабочего газа для применения в технологии разделения используются соединения из группы:6. The method according to any one of paragraphs. 1, or 2, or 3, characterized in that compounds from the group are used as a working gas for use in separation technology: - метан, оксид, диоксид Углерода (только для метода газовой диффузии, газового центрифугирования, метода аэродинамической сепарации, соплового и вихревого процесса);- methane, oxide, carbon dioxide (only for the gas diffusion method, gas centrifugation, aerodynamic separation method, nozzle and vortex process); - смешанные Фторзамещенные метаны с одним атомом Углерода в молекуле CF2Cl2 (фреон-12), CF2HCl (фреон-22);- mixed Fluorine-substituted methanes with one carbon atom in the molecule CF 2 Cl 2 (freon-12), CF 2 HCl (freon-22); - трифториодметан CF3I, трибромиодметан CBr3I, трифторбромметан CF3Br и йодметан CH3J.- trifluoroiodomethane CF 3 I, tribromoiomethane CBr 3 I, trifluorobromomethane CF 3 Br and iodomethane CH 3 J. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выбирают производительность одноступенных разделительных установок или каскада таких установок из условия переработки имеющегося исходного облученного Углерода АЭС за заранее заданное количество лет или ресурсный срок работы разделительных установок.7. The method according to claim 1, characterized in that the productivity of single-stage separation plants or a cascade of such plants is selected from the condition of processing the available initial irradiated carbon from a nuclear power plant for a predetermined number of years or the service life of separation plants. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выбирают количество одноступенных разделительных установок, последовательно соединенных в каскад, из условия получения в обедненной по содержанию изотопа 14С фракции отбора каскада уровня активности изотопа 14С, соответствующего естественному уровню активности этого изотопа в природе.8. The method according to p. 1, characterized in that the number of single-stage separation plants connected in series in a cascade is selected from the condition of obtaining a 14 C isotope activity level corresponding to the natural level of activity of this isotope in nature . 9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обедненная по содержанию изотопа 14С фракция отбора разделительной одноступенной установки или каскада таких установок химическими методами переводится в соединения, которые находятся в твердой, жидкой фазе при нормальных условиях.9. The method according to claim 1, characterized in that the 14 C isotope-depleted fraction of the selection of a single-stage separation unit or a cascade of such units is chemically converted into compounds that are in a solid, liquid phase under normal conditions. 10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что извлеченный изотоп 14С на дополнительном каскаде перерабатывают в продукты с высокообогащенным 14С с применением технологии обогащения разделительными методами разделения изотопов из группы: диффузионный метод, разделительное сопло Беккера, газовое центрифугирование, вихревая труба, аэродинамическая сепарация.10. The method according to claim 1, characterized in that the extracted 14 C isotope is processed in an additional cascade into products with highly enriched 14 C using the technology of enrichment by isotope separation methods from the group: diffusion method, Becker separation nozzle, gas centrifugation, vortex tube, aerodynamic separation. 11. Устройство для переработки облученного в реакторе АЭС углерода, содержащее установку для переработки Углерода в рабочий газ для установки разделения изотопов Углерода, выход которой подается на вход разделительной установки, состоящей из одноступенной разделительной установки, каскада последовательно соединенных одноступенных установок, имеющих отборы разделенных фракций рабочего газа, в одной из которых содержание изотопа 14С выше исходного содержания, а фракция с концентрацией изотопа 14С, уменьшенной по сравнению с исходным до уровня, допускающего приповерхностное захоронение.11. A device for processing carbon irradiated in a nuclear power plant reactor, containing a plant for processing Carbon into a working gas for a carbon isotope separation plant, the output of which is fed to the inlet of a separation plant, consisting of a single-stage separation plant, a cascade of series-connected single-stage plants, having selections of separated fractions of the working gas, in one of which the content of the 14С isotope is higher than the initial content, and the fraction with the concentration of the 14С isotope is reduced compared to the initial one to a level that allows near-surface burial. 12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что перед установкой переработки облученного в реакторе АЭС углерода в рабочий газ размещается установка химической, механической очистки поверхности блоков облученного в реакторе АЭС Углерода от неуглеродных микропримесей.12. The device according to claim 11, characterized in that before the plant for processing carbon irradiated in the NPP reactor into the working gas, a unit for chemical, mechanical cleaning of the surface of blocks of Carbon irradiated in the NPP reactor from non-carbon microimpurities is placed. 13. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что перед установкой изготовления рабочего газа размещается установка механического дробления блоков облученного в реакторе АЭС Углерода.13. The device according to claim 11, characterized in that before the installation for the production of working gas there is an installation for mechanical crushing of blocks of carbon irradiated in the NPP reactor. 14. Устройство по любому из пп. 11, или 12, или 13, отличающееся тем, что между установкой изготовления рабочего газа и разделительной установкой для извлечения атомов изотопа 14С размещена установка очистки рабочего газа от побочных неулеродсодержащих продуктов реакции синтеза рабочего газа.14. The device according to any one of paragraphs. 11, or 12, or 13, characterized in that between the installation for the production of working gas and the separation plant for extracting the isotope 14 C atoms, a plant for cleaning the working gas from non-carbon-containing by-products of the working gas synthesis reaction is placed. 15. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что в качестве одноступенной разделительной установки для конструкции разделительного каскада противоточного типа используются диффузионная ступень, состоящая из фильтра и компрессора, разделительное сопло Беккера с компрессором, газовая центрифуга, вихревая труба с компрессором, установка аэродинамической сепарации с компрессором.15. The device according to claim. 11, characterized in that as a single-stage separation plant for the design of a counterflow type separation cascade, a diffusion stage is used, consisting of a filter and a compressor, a Becker separation nozzle with a compressor, a gas centrifuge, a vortex tube with a compressor, an aerodynamic separation unit with compressor. 16. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что разделительный каскад состоит из последовательно соединенных одноступенных лазерных комплексов с газовыми реакторами и установками ректификационного, адсорбционного выделения из смеси газов чистого рабочего газа, а также соединения, содержащего газовую фракцию, обогащенную по изотопу 14С, объединенных по прямоточной схеме.16. The device according to claim 11, characterized in that the separation cascade consists of series-connected single-stage laser complexes with gas reactors and installations for distillation, adsorption separation of pure working gas from a mixture of gases, as well as a compound containing a gas fraction enriched in the 14 C isotope combined in a direct-flow scheme. 17. Устройство по п. 16, отличающееся тем, что поток обогащенной по изотопу 14С фракции каскада, состоящего из ступеней лазерного разделения, направляется в устройство изготовления рабочего газа для противоточного каскада, составленного из одиночных разделительных ступеней других методов разделения, и далее полученный рабочий газ поступает в противоточный разделительный каскад, реализующих метод разделения из группы: диффузионный метод, разделительное сопло Беккера, газовое центрифугирование, вихревая труба, аэродинамическая сепарация.17. The device according to claim 16, characterized in that the flow of the fraction of the cascade enriched in the isotope 14 C, consisting of laser separation stages, is sent to the working gas manufacturing device for the countercurrent cascade, composed of single separation stages of other separation methods, and then the resulting working the gas enters the countercurrent separation cascade, which implements the separation method from the group: diffusion method, Becker separation nozzle, gas centrifugation, vortex tube, aerodynamic separation. 18. Устройство по любому из пп. 11, или 15, или 16, или 17, отличающееся тем, что устройство в виде единого комплекса размещено рядом с местом выгрузки облученного Углерода из реактора или группы реакторов данной АЭС, местом локального приповерхностного захоронения РАО.18. The device according to any one of paragraphs. 11, or 15, or 16, or 17, characterized in that the device in the form of a single complex is located near the place of unloading irradiated carbon from the reactor or group of reactors of this nuclear power plant, the place of local near-surface disposal of radioactive waste. 19. Устройство по любому из пп. 11, или 15, или 16, или 17, отличающееся тем, что количество последовательно соединенных ступеней из одноступенных разделительных установок в каскаде выбирается из условия получения в обедненной по содержанию изотопа 14С фракции отбора каскада уровня активности изотопа 14С, соответствующего естественному уровню активности этого изотопа в природе.19. The device according to any one of paragraphs. 11, or 15, or 16, or 17, characterized in that the number of series-connected stages from single-stage separation plants in the cascade is selected from the condition of obtaining the 14 C isotope activity level, corresponding to the natural level of activity of this isotope in nature. 20. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что трубопроводы отборов обеих разделенных фракций после разделительной установки соединены с установками химического передела газовых потоков после разделения в твердую, жидкую фазу при нормальных условиях.20. The device according to claim 11, characterized in that the pipelines for sampling both separated fractions after the separation plant are connected to the installations for the chemical conversion of gas flows after separation into a solid, liquid phase under normal conditions. 21. Устройство по п. 19, отличающееся тем, что трубопровод потока отбора обедненной по изотопу 14С до уровня естественного содержания фракции каскада одноступенных установок соединен с установкой химической, ректификационной переработки в коммерческий продукт и с трубопроводом вывода в природу излишков отбора фракции.21. The device according to claim 19, characterized in that the pipeline for the extraction flow depleted in the 14 C isotope to the level of the natural content of the fraction of the cascade of single-stage installations is connected to the installation for chemical, distillation processing into a commercial product and to the pipeline for releasing excess fraction selection into nature.
RU2020133285A 2020-10-09 2020-10-09 Method for processing carbon irradiated in a reactor of an npp and apparatus for implementation thereof RU2765864C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020133285A RU2765864C1 (en) 2020-10-09 2020-10-09 Method for processing carbon irradiated in a reactor of an npp and apparatus for implementation thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020133285A RU2765864C1 (en) 2020-10-09 2020-10-09 Method for processing carbon irradiated in a reactor of an npp and apparatus for implementation thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2765864C1 true RU2765864C1 (en) 2022-02-03

Family

ID=80214823

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020133285A RU2765864C1 (en) 2020-10-09 2020-10-09 Method for processing carbon irradiated in a reactor of an npp and apparatus for implementation thereof

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2765864C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5449505A (en) * 1993-08-19 1995-09-12 Rockwell International Corporation Method for disposing of radioactive graphite and silicon carbide in graphite fuel elements
US20100234664A1 (en) * 2009-03-11 2010-09-16 Electricite De France Carbonaceous radioactive waste treatment
RU2013105729A (en) * 2010-07-12 2014-08-20 Форшунгсцентрум Юлих Гмбх METHOD FOR PARTIAL DEACTIVATION OF RADIOACTIVE WASTE
US20140350320A1 (en) * 2011-12-16 2014-11-27 Electricite De France Processing of chlorine-containing carbon-based radioactive waste
RU2574435C2 (en) * 2011-10-21 2016-02-10 Электрисите Де Франс Thermal graphite deactivation by regenerative gases
RU2580818C1 (en) * 2015-04-07 2016-04-10 Открытое акционерное общество Опытно-демонстрационный центр вывода из эксплуатации уран-графитовых ядерных реакторов Method of processing irradiated reactor graphite
RU2624270C1 (en) * 2016-02-24 2017-07-03 Акционерное общество "Радиевый институт имени В.Г. Хлопина" Processing of reactor graphite waste material

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5449505A (en) * 1993-08-19 1995-09-12 Rockwell International Corporation Method for disposing of radioactive graphite and silicon carbide in graphite fuel elements
US20100234664A1 (en) * 2009-03-11 2010-09-16 Electricite De France Carbonaceous radioactive waste treatment
RU2013105729A (en) * 2010-07-12 2014-08-20 Форшунгсцентрум Юлих Гмбх METHOD FOR PARTIAL DEACTIVATION OF RADIOACTIVE WASTE
RU2574435C2 (en) * 2011-10-21 2016-02-10 Электрисите Де Франс Thermal graphite deactivation by regenerative gases
US20140350320A1 (en) * 2011-12-16 2014-11-27 Electricite De France Processing of chlorine-containing carbon-based radioactive waste
RU2580818C1 (en) * 2015-04-07 2016-04-10 Открытое акционерное общество Опытно-демонстрационный центр вывода из эксплуатации уран-графитовых ядерных реакторов Method of processing irradiated reactor graphite
RU2624270C1 (en) * 2016-02-24 2017-07-03 Акционерное общество "Радиевый институт имени В.Г. Хлопина" Processing of reactor graphite waste material

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Объединенная конвенция о безопасности обращения с отработавшим топливом и о безопасности обращения с радиоактивными отходами http://docs.cntd.ru/document/901944128. *
Павлюк А.О. Технические решения и опыт АО "ОДЦ УГР" по обращению с облученным графитом при выводе из эксплуатации, Международный общественный форум-диалог и выставка "АтомЭко 2017", М., 21-22 Ноября, 2017, http://www.atomeco.org/mediafiles/u/files/2017/materials/06_ATOMEKO_Pavlyuk_A.O.pdf. *
Павлюк А.О. Технические решения и опыт АО "ОДЦ УГР" по обращению с облученным графитом при выводе из эксплуатации, Международный общественный форум-диалог и выставка "АтомЭко 2017", М., 21-22 Ноября, 2017, http://www.atomeco.org/mediafiles/u/files/2017/materials/06_ATOMEKO_Pavlyuk_A.O.pdf. Объединенная конвенция о безопасности обращения с отработавшим топливом и о безопасности обращения с радиоактивными отходами http://docs.cntd.ru/document/901944128. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3053638B1 (en) Integrated device and process for the treatment and the tritium recovery from tritiated water
Andreev et al. Installations for separation of hydrogen isotopes by the method of chemical isotopic exchange in the “Water-Hydrogen” system
US8921638B2 (en) Method and facility for treating carbonaceous radioactive waste
US4278559A (en) Method for processing spent nuclear reactor fuel
CN107245588A (en) A kind of method of extraction and recovery neptunium in post processing waste liquid from spentnuclear fuel
RU2765864C1 (en) Method for processing carbon irradiated in a reactor of an npp and apparatus for implementation thereof
JP4381179B2 (en) Method for adjusting enrichment of spent nuclear fuel, enrichment adjusting device and reprocessing facility
US20110265646A1 (en) Supercritical fluid enrichment of isotopes
Smirnov et al. Evaluation of specific cost of obtainment of lead-208 isotope by gas centrifuges using various raw materials
CN113571223B (en) Method and device for treating radioactive organic extractant waste liquid
Fedorchenko et al. Light water detritiation
Murchie et al. Uranium conversion and enrichment
Bonnett et al. Tritium removal and separation technology developments
Alekseev et al. The study of CECE process at the experimental industrial plant
JPH0471199B2 (en)
RU2242812C2 (en) Isotope reduction of regenerated uranium
RU2613157C1 (en) Method of purifying contaminated raw material for separating production
CN116688756B (en) Continuous production process method for separating boron isotopes
Slansky Separation processes for noble gas fission products from the off-gas of fuel-reprocessing plants
US3298920A (en) Process for producing nitric acid
Costello Disposal of wastes from uranium conversion and enrichment processes
Taylor et al. Development of a Production Process for Radio-Krypton Recovery by Fractional Absorption
Ema et al. Decontamination performance evaluation of if7 treatment technology and proof of if7 production method
Beams et al. Tests of the theory of isotope separation by centrifuging
Smiley et al. The Development of a High Capacity, Continuous Process for the Preparation of Uranium Hexafluoride from Uranium Oxides and Ore Concentrates