References

alternative

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)

1608-8298

Международный издательский дом научной периодики "Спейс

10.15518/isjaee.2023.02.054-063

alternative-2203

Research Article

II. НЕВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА 9. Атомная энергетика

Оптимизация радиационной защиты контейнеров для отвержденных жидких радиоактивных отходов

Optimization of radiation protection of containers for solidified liquid radioactive waste

https://orcid.org/0000-0001-6397-015X

Ташлыков

О. Л.

Tashlykov

O. L.

Ташлыков Олег Леонидович - доктор технических наук, доцент.

ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002

тел./факс +7(343)375-95-08

ScopusID: 36992762900, ResearcherID: AAM-4935-2021

Oleg L. Tashlykov - Professor of “Nuclear Power Plants and Renewables” Department, Doct. Sci (Engineering), Ural Federal University.

19 Mira ave., Yekaterinburg, 620002; El Maadi, Cairo (Egypt)

Tel.: (343) 375-95-08

otashlykov@list.ru

Махмуд

К. А.

Mahmoud

K. A.

Махмуд Карем Абделазим Габер - кандидат технических наук УрФУ, научный сотрудник; исследователь в управлении по ядерным материалам.

ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002; Эль Маади, Каир (Египет)

тел./факс +7(343)375-95-08

Karem Abd El Azim Gaber Mahmoud - Cand. Sci (Engineering) Ural Federal University; Assistant Researcher of physics Nuclear Materials Authority.

19 Mira ave., Yekaterinburg, 620002; El Maadi, Cairo

Tel.: (343) 375-95-08

https://orcid.org/0000-0001-8693-0150

Литовченко

В. Ю.

Litovchenko

V. Y.

Литовченко Владислав Юрьевич – аспирант.

ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002

тел./факс +7(343)375-95-08

Vladislav Yu. Litovchenko - post-graduate student, Ural Federal University.m Education: Ural Federal University

19 Mira ave., Yekaterinburg, 620002,

Tel.: (343) 375-95-08

https://orcid.org/0000-0002-7049-0856

Васютин

Н. A.

Vasutin

N. A.

Васютин Никита Андреевич – аспирант.

ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002

тел./факс +7(343)375-95-08

ResearcherID: AFP-9889-2022

Nikita A. Vasyutin - postgraduate student, Ural Federal University.

19 Mira ave., Yekaterinburg, 620002; El Maadi, Cairo

Tel.: (343) 375-95-08

Воложенинов

Т. П

Volozheninov

T. P.

Воложенинов Тимофей Павлович - студент кафедры атомных станций и ВИЭ.

ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002

тел./факс +7(343)375-95-08

Timofey P. Volozheninov - student of “Nuclear Power Plants and Renewables” Department, Ural Federal University.

19 Mira ave., Yekaterinburg, 620002; El Maadi, Cairo

Tel.: (343) 375-95-08

Касков

Д. О.

Kaskov

D. O.

Касков Дмитрий Олегович - студент кафедры атомных станций и ВИЭ.

ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002

тел./факс +7(343)375-95-08

Dmitry O. Kaskov - student of “Nuclear Power Plants and Renewables” Department, Ural Federal University.

19 Mira ave., Yekaterinburg, 620002; El Maadi, Cairo

Tel.: (343) 375-95-08

Юзбашиева

К. Ш.

Iuzbashieva

K. S.

Юзбашиева Карина Шамседдин кызы - студент кафедры атомных станций и ВИЭ.

ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002

тел./факс +7(343)375-95-08

Karina Sh. Iuzbashieva - student of “Nuclear Power Plants and Renewables” Department, Ural Federal University.

19 Mira ave., Yekaterinburg, 620002; El Maadi, Cairo

Tel.: (343) 375-95-08

Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. ЕльцинаРоссияUral Federal University named after the first President of Russia B.N. YeltsinRussian Federation

Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина; Управление ядерных материаловРоссияUral Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin; Nuclear Materials AuthorityRussian Federation

2023

29032023

025463

2023

Международный издательский дом научной периодики "Спейс

https://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNotice

https://www.isjaee.com/jour/article/view/2203

Решение проблемы экологически безопасного обращения с РАО наряду с обеспечением безопасной эксплуатации АЭС является основным условием приемлемости атомной энергетики, как надежного источника электроэнергии. Актуализирована проблема обращения с жидкими радиоактивными отходами. Обоснован выбор ионоселективной очистки, как оптимального варианта отверждения жидких радиоактивных отходов для окончательной изоляции кондиционированных РАО. Высокая эффективность неорганических сорбентов нового поколения повышает эффективность установок ионоселективной сорбции при условии решения задачи безопасного хранения отработанного сорбента средней и высокой активности в местах переработки, транспортировки и захоронения. В связи с этим, важным условием реализации данной технологии является оптимизация радиационной защиты контейнера с радиоактивными отходами. Конкретизирована задача по минимизации мощности эквивалентной дозы, создаваемой защитным контейнером с размещёнными в нем радиоактивными отходами (РАО). Описана модель защитного контейнера, использованная при моделировании радиационных параметров с использованием метода Монте-Карло. Выбраны защитные материалы для изготовления внутренней капсулы и защитного контейнера, а также материалы наполнителя, расположенного между капсулой и стенками контейнера. Для прогнозирования поглощённой энергии и мощности эквивалентной дозы в шести детекторах, расположенных на расстоянии 1 м от каждой из плоскостей контейнера, выполнено моделирование методом Монте-Карло. Представлены результаты оценки влияния материала капсулы с радиоактивными отходами и толщины ее стенки, вида наполнителя и его толщины на радиационнозащитные характеристики контейнера. В качестве размещаемых в контейнере РАО выбраны изотопы Cs-137 и Co-60 с заданной удельной активностью. По результатам моделирования получены зависимости поглощённой энергии, мощности эквивалентной дозы от материала и толщины капсулы с РАО, вида и толщины наполнителя, выполняющего роль дополнительного экранирования.

Solving the problem of environmentally safe management of radioactive waste in addition to ensuring the safe operation of nuclear power plants is a main condition for the acceptability of nuclear power as a reliable source of electricity. The problem of liquid radioactive waste management is updated. The ion-selective purification method was chosen as the optimal option for liquid radioactive waste for final isolation of conditioned RW has been substantiated. High efficiency of new generation inorganic sorbents increases the efficiency of ion-selective sorption units provided that the problem of safe storage of spent medium and high activity sorbent in places of processing, transportation and burial is solved. In this connection, an important condition for realization of this technology is optimization of radiation protection of a container with radioactive waste. The task on optimization of the effective dose received from the spent filter-container is specified. The structure and dimensions of the container are stipulated. The protective materials for the inner capsule and the outer protective coating, as well as the material of the filler located between the capsule and the container shell are selected. Monte Carlo (MC) simulations with an input value of F6 and six detectors on each side of the container were performed to predict the released energy at a distance of 1 m from the outer shell of the container. The results of the analysis of the effect of the radioactive waste capsule material and its wall thickness, the type of the filler and its thickness on the radiation protection characteristics of the container are presented. Isotopes 137Cs and 60Co in concentrations of 90% and 10% respectively were chosen as solid RAW filling the container. Dependence of allocated energy, equivalent dose, changes in transmittance and radiation shielding coefficients on the material and thickness of the receiving capsule were obtained based on simulation results. Conclusions on the optimal parameters of the filter-container are formulated and the advantages of the investigated solutions are substantiated.

захоронение радиоактивных отходоврадиационная защитажидкие радиоактивные отходыкапсула контейнерамощность эквивалентной дозыионизирующее излучениеэкранирующий слойудельная объемная активностьпромежуточный слой наполнителянержавеющая стальбазальт

disposal of radioactive wasteradiation shieldingliquid radioactive wastecontainer capsuleequivalent dose rateionizing radiationshielding layerspecific volume activityintermediate filler layerstainless steelbasalt

References1

Новиков Г.А. Обеспечение безопасности в области использования атомной энергии: учебник / Г.А. Новиков, О.Л. Ташлыков, С.Е. Щеклеин; под общ. ред. Г.А. Новикова. – Екатеринбург: Изд-во Урал. Ун-та, 2017. – 552 с.

Novikov G.A. Obespechenie bezopasnosti v oblasti ispol'zovaniya atomnoi ehnergii: uchebnik / G.A. Novikov, O.L. Tashlykov, S.E. Shcheklein; pod obshch. red. G.A. Novikova. – Ekaterinburg : Izd-vo Ural. Un-ta, 2017. – 552 s.

Ташлыков О.Л. Эксплуатация и ремонт ядерных паропроизводящих установок АЭС: учебник / О.Л.Ташлыков [и др.]. В 2 кн. – М.: Энергоатомиздат, – 1995. – Кн.1 – 256 с.

Tashlykov O.L. Ehkspluatatsiya i remont yadernykh paroproizvodyashchikh ustanovok AEHS: uchebnik / O.L.Tashlykov [i dr.]. V 2 kn. –M.: Ehnergoatomizdat, – 1995. – Kn.1 – 256 s.

Ташлыков О.Л. О проблеме снижения дозовых затрат персонала АЭС / О.Л. Ташлыков, С.Е. Щеклеин, В.И. Булатов // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2011. – №1. – С.55-60.

Tashlykov O.L. O probleme snizheniya dozovykh zatrat personala AEHS / O.L. Tashlykov, S.E. Shchekle-in, V.I. Bulatov // Izvestiya vuzov. Yadernaya ehnerge-tika. – 2011. – №1. – S.55-60.

Переработка и кондиционирование РАО на АЭС для подготовки к окончательной изоляции / М.Р. Стахив [и др.]. – М.: ВНИИАЭС. 2013/ https://www.atomic-energy.ru/technology/40756.

Pererabotka i konditsionirovanie RAO na AEHS dlya podgotovki k okonchatel'noi izolyatsii / M.R. Stakhiv [i dr.]. – M.: VNIIAEHS. 2013/ https://www.atomic-energy.ru/technology/40756.

Носов Ю.В. Особенности вывода из эксплуатации быстрых реакторов БН-350, -600 / Ю.В. Носов [и др.] // Атомная энергия. 2018. Т. 125. № 4. С. 195-199.

Nosov YU.V. Osobennosti vyvoda iz ehkspluatatsii bystrykh reaktorov BN-350, -600 / YU.V. Nosov [i dr.] // Atomnaya ehnergiya. 2018. T. 125. № 4. S. 195-199.

Ремез В.П. Повышение Эффективности локализации радионуклидов кобальт-60 и цезий-137 из жидких радиоактивных отходов в решении проблемы обеспечения радиационной безопасности АЭС / Ремез В.П. [и др.] // Ядерная физика и инжиниринг. – 2016. – Том 7. – № 2. – С. 129–137.

Remez V.P. Povyshenie Ehffektivnosti lokalizatsii radionuklidov kobal't-60 i tsezii-137 iz zhidkikh radioaktivnykh otkhodov v reshenii proble-my obespecheniya radiatsionnoi bezopasnosti AEHS / Remez V.P. [i dr.] // Yadernaya fizika i inzhiniring. – 2016. – Tom 7. – № 2. – S. 129–137.

Арустамов А. Э. Метод ионоселективной очистки жидких радиоактивных отходов атомных станций / Арустамов А. Э. [и др.] // Безопасность жизнедеятельности. – 2005. – №11. – С. 13 – 16.

Arustamov A. EH. Metod ionoselektivnoi ochistki zhidkikh radioaktivnykh otkhodov atomnykh stantsii / Arustamov A. EH. [i dr.] // Bezopasnost' zhiznedeyatel'nosti. – 2005. – №11. – S. 13 – 16.

Литовченко В.Ю. Использование метода Монте-Карло для оптимизации состава радиационной защиты контейнеров для размещения кондиционированных жидких отходов / В.Ю. Литовченко [и др.] // Физика. Технологии. Инновации : сборник статей VIII Международной молодёжной научной конференции. – Екатеринбург: УрФУ, 2021. С. 426-437.

Litovchenko V.YU. Ispol'zovanie metoda Monte-Karlo dlya optimizatsii sostava radiatsionnoi zashchity konteinerov dlya razmeshcheniya konditsionirovannykh zhidkikh otkhodov / V.YU. Litovchenko [i dr.] // Fizika. Tekhnologii. Innovatsii : sbornik statei VIII Mezhdunarodnoi molodezhnoi nauchnoi konfe-rentsii. – Ekaterinburg: URFU, 2021. S. 426-437.

НП-093-14. Критерии приемлемости радиоактивных отходов для захоронения (в ред. приказа Ростехнадзора от 17 ноября 2017 г. № 481). – М.: ФБУ «НТЦ ЯРБ», 2017. 36 с.

NP-093-14. Kriterii priemlemosti radioaktivnykh otkhodov dlya zakhoroneniya (v red. prikaza Ro-stekhnadzora ot 17 noyabrya 2017 g. № 481). – M.: FBU «NTTS YARB», 2017. 36 s.

Tashlykov O. L. Ion-selective treatment as a method for increasing the efficiency of liquid radioactive waste reducing in accordance with acceptance criteria for disposal / O. L. Tashlykov [и др.] // AIP Conference Proceedings, 2021, 2388(1):020032.

Tashlykov O. L. Ion-selective treatment as a method for increasing the efficiency of liquid radioactive waste reducing in accordance with acceptance criteria for disposal / O. L. Tashlykov [i dr.] // AIP Conference Proceedings, 2021, 2388(1):020032.

Булатов В.И. Сооружение комплекса переработки жидких радиоактивных отходов на Белоярской АЭС / В.И. Булатов, А.О. Ташлыков, О.Л. Ташлыков // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. – 2020. – № 25-27 (347-349). – С.62-72.

Bulatov V.I. Sooruzhenie kompleksa pererabotki zhidkikh radioaktivnykh otkhodov na Beloyarskoi AEHS / V.I. Bulatov, A.O. Tashlykov, O.L. Tashlykov // Mezhdunarodnyi nauchnyi zhurnal Al'ternativnaya ehnergetika i ehkologiya. – 2020. – № 25-27 (347-349). – S.62-72.

Литовченко В. Ю. Расчетное обоснование радиационных параметров защитного контейнера с цементным компаундом, содержащим сорбент с изотопами цезия-137 и кобальта-60 / В. Ю. Литовченко, Н. А. Васютин, О. Л. Ташлыков // Ядерные технологии: от исследований к внедрению – 2019: Сборник материалов научно-практической конференции - Нижний Новгород, – 2019. – С. 85–86.

Litovchenko V. YU. Raschetnoe obosnovanie ra-diatsionnykh parametrov zashchitnogo konteinera s tsementnym kompaundom, soderzhashchim sorbent s izo-topami tseziya-137 i kobal'ta-60 / V. YU. Litovchenko, N. A. Vasyutin, O. L. Tashlykov // Yadernye tekhno-logii: ot issledovanii k vnedreniyu – 2019: Sbornik materialov nauchno-prakticheskoi konferentsii - Nizhnii Novgorod, – 2019. – S. 85–86.

Ташлыков О.Л. Экспериментальное исследование защит от гамма-излучения органо-металлических композиций / О.Л. Ташлыков [и др.] // Глобальная ядерная безопасность. – 2015. – № 2 (15). – С. 49-55.

Tashlykov O.L. Ehksperimental'noe issledovanie zashchit ot gamma-izlucheniya organo-metallicheskikh kompozitsii / O.L. Tashlykov [i dr.] // Global'naya yadernaya bezopasnost'. – 2015. – № 2 (15). – S. 49-55.

Моделирование радиационной защиты контейнеров для транспортировки высокоэнергетических бета-источников / В. Ю. Литовченко [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Материаловедение и новые материалы. – 2019. – Вып. 5(101). – С. 4–12.

Modelirovanie radiatsionnoi zashchity konteinerov dlya transportirovki vysokoehnergetiche-skikh beta-istochnikov / V. YU. Litovchenko [i dr.] // Voprosy atomnoi nauki i tekhniki. Ser. Materialovedenie i novye materialy. – 2019. – Vyp. 5(101). – S. 4–12.

Mahmoud K.A. Investigation of radiation shielding properties for some building materials reinforced by basalt powder / K.A. Mahmoud [et al.] . December 2019. AIP Conference Proceedings 2174(1): 020036.

Mahmoud K.A. Investigation of radiation shield-ing properties for some building materials rein-forced by basalt powder / K.A. Mahmoud [et al.] . December 2019. AIP Conference Proceedings 2174(1): 020036.

Mahmoud K.A. Gamma ray shielding characteristics and exposure buildup factor for some natural rocks using MCNP-5 code / K.A. Mahmoud, M.I. Sayyed, O.L. Tashlykov // Nuclear Engineering and Technology. 51 (2019) – Рр.1835-1841.

Михайлова А. Ф. Пути реализации принципа оптимизации в радиологической защите персонала / А. Ф. Михайлова, О. Л. Ташлыков // Ядерная физика и инжиниринг. – 2018. – Том 9. – № 4. – С. 393-401.

Mikhailova A. F. Puti realizatsii printsipa optimizatsii v radiologicheskoi zashchite personala / A. F. Mikhailova, O. L. Tashlykov // Yadernaya fizika i inzhiniring. – 2018. – Tom 9. – № 4. – S. 393-401.

Самойлов А.А. Приоритетные направления оптимизации обращения с радиоактивными отходам / А.А. Самойлов, С.В. Стрижова, П.А. Блохин // Пленарные и секционные доклады XI международной научно-технической конференции Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики. – Москва: АО «Концерн Росэнергоатом», – 2018. – С.269-275.

Samoilov A.A. Prioritetnye napravleniya optimizatsii obrashcheniya s radioaktivnymi otkhodam / A.A. Samoilov, S.V. Strizhova, P.A. Blokhin // Plenarnye i sektsionnye doklady XI mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii Bezopasnost', ehffektivnost' i ehkonomika atomnoi ehnergetiki. – Moskva: AO «Kontsern RosehnergoatoM», – 2018. – S.269-275.

Ташлыков О.Л. Расчётно-экспериментальное исследование местных минералов и композиций на их основе для создания радиационных защит хранилищ радиоактивных отходов АЭС / О.Л. Ташлыков, К.А.Г. Махмуд // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. – 2020. – № 28-30 (350-352). – С. 57-66.

Tashlykov O.L. Raschetno-ehksperimental'noe issledovanie mestnykh mineralov i kompozitsii na ikh osnove dlya sozdaniya radiatsionnykh zashchit khranilishch radioaktivnykh otkhodov AEHS / O.L. Tashlykov, K.A.G. Makhmud // Mezhdunarodnyi nauchnyi zhurnal Al'ternativnaya ehnergetika i ehkologiya. – 2020. – № 28-30 (350-352). – S. 57-66.

Mahmoud K.A. Comparative studies between the shielding parameters of concretes with different additive aggregates using MCNP-5 simulation code / K.A. Mahmoud, M.I. Sayyed, O.L. Tashlykov // Radiation Physics and Chemistry – 2019. – Vol. 165. Номер статьи 108426.

Tashlykov O.L. Improvement in the design of shielding containers for intermediate-level radioactive waste / O.L Tashlykov [et al.] // Radiation Physics and Chemistry, 2022, 110229.

Litovchenko V. Yu. Using the Monte-Carlo method to optimize the radiation protection composition of containers for storing conditioned liquid waste / V. Yu. Litovchenko [et al.] // AIP Conference Proceedings 2466, 020005 (2022).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.