Ducrete - Ducrete

ДУКРЕТ (Бетон с обедненным ураном) имеет высокую плотность конкретный альтернатива исследована для использования в конструкции контейнеров для хранения радиоактивные отходы. Это композитный материал содержащий обедненный уран диоксид совокупность вместо обычного щебня с портландцемент связующее.

Предпосылки и развитие

В 1993 г. Министерство энергетики США Управление по охране окружающей среды инициировало расследование возможности использования обедненного урана в тяжелых бетонах. Целью этого исследования было одновременно найти применение обедненному урану и создать новый и более эффективный метод хранения и транспортировки отработанного ядерного топлива. Материал был впервые разработан в Национальной инженерной и экологической лаборатории Айдахо (INEEL ) У. Куапп и П. Лессинг, которые совместно разработали процессы, лежащие в основе материала, и были награждены патентами США и других стран в 1998 и 2000 годах соответственно.[1]

Описание

DUCRETE - это вид бетона, который заменяет стандартный крупный заполнитель керамическим материалом с обедненным ураном. Все другие материалы, присутствующие в DUCRETE (портландцемент, песок и вода), используются в том же объемном соотношении, что и обычный бетон. Этот керамический материал является очень эффективным защитным материалом, поскольку он имеет высокий атомный номер (уран) для гамма экранирование и низкий атомный номер (вода, связанная с бетоном) для нейтрон экранирование.[2] Существует оптимальное соотношение урана и связующего для комбинированного ослабления гамма- и нейтронного излучения при заданной толщине стенки. Необходимо установить баланс между ослаблением гамма-потока в оксиде обедненного урана (DUO2) и цементной фазы с водой для ослабления нейтронного потока.

Ключом к эффективному экранированию керамическим бетоном с обедненным ураном является максимальная плотность оксида урана. К сожалению, наиболее плотный оксид обедненного урана также является наиболее химически нестабильным. ДУЭТ2 имеет максимальную теоретическую плотность 10,5 г / см3 чистотой 95%. Однако в условиях окисления этот материал легко превращается в более стабильный обедненный триоксид урана (ДУЭТ3) или обедненный октаоксид триурана (DU3О8).[3] Таким образом, если голый UO2 заполнитель, эти переходы могут привести к расширению, которое может вызвать напряжения, которые могут привести к растрескиванию материала, что снизит его прочность на сжатие. ).[4] Еще одно ограничение для прямого использования мелкодисперсного порошка обедненного диоксида урана заключается в том, что бетон зависит от его крупных заполнителей, которые несут сжимающие напряжения. Чтобы преодолеть эти проблемы, был разработан DUAGG.

DUAGG (агрегат обедненного урана) - термин, применяемый к стабилизированному DUO.2 керамический. Он состоит из спеченного DUO2 частицы с покрытием на основе силиката, которое покрывает поверхности и заполняет промежутки между зернами, действуя как кислородный барьер, а также обеспечивая устойчивость к коррозии и выщелачиванию. ДУАГГ имеет плотность до 8,8 г / см.3 и заменяет обычный заполнитель в бетоне, производя бетон с плотностью от 5,6 до 6,4 г / см3, по сравнению с 2,3 г / см3 для обычного бетона.[5]

Кроме того, DUCRETE обладает экологически чистыми свойствами. В приведенной ниже таблице показана эффективность преобразования обедненного урана в бетон, поскольку потенциальное выщелачивание снижается в очень большом порядке. Используемый тест на выщелачивание был EPA Процедура выщелачивания характеристик токсичности (TCLP), который используется для оценки риска тяжелых металлов для окружающей среды.

Форма уранаКонцентрация U в фильтрате (мг Ед / л)
ДУКРЕТ0.42
ДУАГГ4
UO2172
U3О8420
UF47367
UO36900

Производство

Американский метод

DUCRETE производится путем смешивания DUO2 совокупность с портландцемент. DU является результатом обогащения урана для использования в ядерной энергетике и других областях.[6] DU обычно связан с фтором в гексафторид урана. Это соединение очень реактивно и не может использоваться в DUCRETE.[7] Гексафторид урана поэтому должно быть окисленный в окись триурана и триоксид урана. Эти соединения затем превращаются в UO2 (оксид урана ) путем добавления газообразного водорода. UO2 затем сушат, измельчают и измельчают до однородного осадка. Затем они были преобразованы в небольшие брикеты длиной в дюйм за счет использования высокого давления (6 000 фунтов на квадратный дюйм (410 бар)). Затем добавляется связующее с низким атомным номером, которое подвергается пиролиз. Затем соединение подвергается жидкофазное спекание при 1300 ° C до достижения желаемой плотности, обычно около 8,9 г / см3.[8] Затем брикеты измельчаются и сортируются по промежуткам, и теперь они готовы для смешивания с DUCRETE.[9]

Метод ВНИИНМ (русский)

Метод VNIINM очень похож на метод США, за исключением того, что в нем нет пробелов. связующее и UO2 после того, как его раздавят.[10]

Приложения

После обработки композит DUCRETE можно использовать в контейнерах, защитных конструкциях и в зонах хранения, все из которых могут использоваться для хранения радиоактивных отходов. Первичная реализация этого материала находится в пределах хранение сухих контейнеров система для высокоактивные отходы (HLW) и отработанное ядерное топливо (ОЯТ).[11] В такой системе композит будет основным компонентом, используемым для защиты от излучения от рабочих и населения. Системы контейнеров из DUCRETE меньше и легче по весу, чем контейнеры из обычных материалов, таких как традиционный бетон. Контейнеры DUCRETE должны иметь толщину всего лишь на 1/3 для обеспечения такой же степени защиты от излучения, как и бетонные системы.[12]

Анализ показал, что DUCRETE более экономичен, чем обычные материалы. Стоимость производства контейнеров из DUCRETE невысока по сравнению с другими защитными материалами, такими как стали, вести и металл DU, поскольку требуется меньше материала в результате более высокой плотности. В исследовании, проведенном Duke Engineering на объекте ядерных отходов в Саванна-Ривер, система контейнеров DUCRETE оценивалась по более низкой цене, чем альтернативное здание для хранения стеклянных отходов.[13] Однако утилизация DUCRETE не рассматривалась. Поскольку DUCRETE представляет собой радиоактивный композит низкого уровня активности, его относительно дорогое захоронение может снизить рентабельность таких систем. Альтернативой такому удалению является использование пустых контейнеров DUCRETE в качестве контейнера для высокоактивных низкоактивных отходов.[14]

Хотя DUCRETE демонстрирует потенциал для будущих программ по ядерным отходам, такие концепции еще далеки от использования. До сих пор ни одна система контейнеров DUCRETE не была лицензирована в США.[15][16]

Рекомендации

  1. ^ М. Дж. Хайре и С. Ю. Лобах, "Уменьшение размера и веса контейнера за счет использования диоксида обедненного урана (DUO2) -бетонный материал » В архиве 2012-09-26 в Wayback Machine, Конференция по управлению отходами 2006 г., Тусон, Аризона, 26 февраля - 2 марта 2006 г.
  2. ^ М. Дж. Хайре и С. Ю. Лобах, "Уменьшение размера и веса контейнера за счет использования диоксида обедненного урана (DUO2) -бетонный материал » В архиве 2012-09-26 в Wayback Machine, Конференция по управлению отходами 2006 г., Тусон, Аризона, 26 февраля - 2 марта 2006 г.
  3. ^ J.J. Феррада, Л. Доул и М. Гамильтон, «Предварительный проект и исследование стоимости коммерческого завода по производству DUAGG для использования в экранированных контейнерах», ORNL / TM-2002/274, Национальная лаборатория Ок-Ридж, Ок-Ридж, Теннесси, декабрь 2002 г.
  4. ^ L.R. Доул и У. Дж. Куапп, «Радиационная защита с использованием обедненного оксида урана в неметаллических матрицах», ORNL / TM-2002/111, Национальная лаборатория Ок-Ридж, Ок-Ридж, Теннесси, август 2002 г.
  5. ^ W. J. Quapp, W.H. Миллер, Дж. Тейлор, К. Хандли и Н. Левой, "DUCRETE: экономичный радиационно-защитный материал", Чаттануга, Теннесси, сентябрь 2000 г.
  6. ^ http://web.ead.anl.gov/uranium/pdf/IHLWM_Dole_paper.pdf
  7. ^ http://web.ead.anl.gov/uranium/pdf/DUCRETEIntroductionJune2003.pdf
  8. ^ http://web.ead.anl.gov/uranium/pdf/DUCRETEIntroductionJune2003.pdf
  9. ^ http://web.ead.anl.gov/uranium/pdf/DUCRETEIntroductionJune2003.pdf
  10. ^ http://web.ead.anl.gov/uranium/pdf/DUCRETEIntroductionJune2003.pdf
  11. ^ http://web.ead.anl.gov/uranium/pdf/ducretecosteffec.pdf
  12. ^ http://web.ead.anl.gov/uranium/pdf/Global99Paper2.pdf
  13. ^ http://web.ead.anl.gov/uranium/pdf/Global99Paper2.pdf
  14. ^ http://web.ead.anl.gov/uranium/pdf/Global99Paper2.pdf
  15. ^ http://web.ead.anl.gov/uranium/pdf/Global99Paper2.pdf
  16. ^ «Процесс сверления бетона». Воскресенье, 3 мая 2020 г.

внешняя ссылка