ГОСТ Р 52126-2003
НАЦИОНАЛЬНЫЙ
СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ОТХОДЫ РАДИОАКТИВНЫЕ
Определение химической устойчивости
отвержденных высокоактивных отходов методом
длительного выщелачивания
ГОССТАНДАРТ
РОССИИ
Москва
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН ФГУП
Всероссийским научно-исследовательским институтом неорганических материалов им.
академика А.А. Бочвара
2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ
Постановлением Госстандарта России от 30 октября 2003 г. № 305-ст
3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
4 ПЕРЕИЗДПНИЕ. Август 2005 г.
ОТХОДЫ РАДИОАКТИВНЫЕ
Определение химической устойчивости отвержденных
высокоактивных отходов
методом длительного выщелачивания
Radioactive waste.
Long time leach testing of solidified radioactive waste forms
Дата введения 2004-07-01
1
Область применения
Настоящий стандарт устанавливает метод определения
химической устойчивости отвержденных радиоактивных отходов и их имитаторов
(далее - отвержденных отходов) посредством выщелачивания радионуклидов и
макрокомпонентов при длительном контакте с водой и водными растворами.
Стандарт применяется для определения химической
устойчивости отвержденных отходов и их имитаторов, разработки технологий
отверждения, качественной оценки измерения их свойств в процессе хранения, для
сравнения результатов, полученных при исследовании образцов в различных
лабораториях и при различных технологических процессах отверждения.
Метод позволяет получать результаты изменения химической
устойчивости в условиях, приближенных к реальным условиям захоронения,
изменением некоторых параметров проведения экспериментов (давления,
температуры, состава контактной воды).
Стандарт не распространяется на отвержденные отходы,
находящиеся в условиях длительного хранения и захоронения в глубоких
геологических формациях, так как метод, устанавливаемый данным стандартом, не
учитывает геохимических и гидрологических условий геологических формаций
(давление, скорость движения и состав грунтовой воды) и не пригоден для
количественной оценки долговременной стабильности отходов, находящихся в
реальных условиях захоронения.
В настоящем стандарте используют термины по ГОСТ
Р 50996 и соответствующие им определения.
2
Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие
стандарты:
ГОСТ 2211-65
(ИСО 5018-83)
Огнеупоры и огнеупорное сырье. Методы определения плотности
ГОСТ
2409-95 (ИСО 5017-88) Огнеупоры. Метод определения кажущейся плотности,
открытой и общей пористости, водопоглощения
ГОСТ 2768-84 Ацетон
технический. Технические условия
ГОСТ 6709-72 Вода
дистиллированная. Технические условия
ГОСТ
18300-87 Спирт этиловый ректификованный технический. Технические условия
ГОСТ
Р 8.563-96 Государственная система обеспечения единства измерений. Методики
выполнения измерений
ГОСТ Р
50926-96 Отходы высокоактивные отвержденные. Общие технические требования
ГОСТ
Р 50996-96. Сбор, хранение, переработка и захоронение радиоактивных
отходов. Термины и определения
3
Сущность метода
3.1 Перед проведением эксперимента необходимо измерить
линейные размеры образца (для определения площади его открытой геометрической
поверхности) и удельную активность (или массовую концентрацию) нуклидов в
образце, определить плотность материала образцов.
3.2 Образцы отвержденных отходов (или их имитаторы)
подвергают длительному контакту с определенным объемом дистиллированной воды
или водного раствора с солевым составом, соответствующим составу воды в месте
предполагаемого захоронения. В процессе эксперимента отбирают пробы контактного
раствора, измеряют активность (массу) нуклида (или смеси нуклидов), перешедшего
в контактный раствор за данный интервал времени (анализируют наиболее
растворимые радионуклиды и компоненты матрицы).
Скорость выщелачивания отдельных радионуклидов (или их
смеси) Rin, г/(см2
· сут), вычисляют по формуле
(1)
где аiп -
активность, Бк, или масса, г, отдельного нуклида (или их смеси), выщелоченного
за данный интервал времени;
Аi0 -
удельная активность, Бк/г, или массовая концентрация, г/г, нуклида (или их
смеси) в исходном образце;
S - площадь открытой геометрической поверхности
образца, см2;
tn - продолжительность n-го периода
выщелачивания, сут.
Значения аiп и Аi0 следует корректировать с учетом периода полураспада радионуклидов.
В случае определения выщелачиваемости радионуклидов, период полураспада которых
соизмерим с продолжительностью опыта, значение Аi0 должно
быть умножено на e-λt (где λt - период
полураспада i-го компонента).
Пробы отбирают до тех пор, пока скорость выщелачивания
не будет оставаться постоянной. Значения скоростей выщелачивания для разных
нуклидов приведены в ГОСТ Р
50926.
3.3 После проведения эксперимента измеряют линейные
размеры образцов, их массу, плотность.
Суммарная погрешность любых измерений должна быть не
более ±10 % измеряемой величины.
3.4 Для обеспечения сравнимости
результатов испытания должны быть проведены в стандартных условиях.
Стандартными условиями проведения испытаний по
определению химической устойчивости отвержденных материалов для
стекплоподобных, минералоподобных и керамических материалов с высоким уровнем
удельной активности являются:
- температура проведения испытаний (25 ± 3) °С и (90 ±
3) °С;
- отбор проб воды через 1, 3, 7, 10, 14, 21, 28 сут и
далее (при необходимости) ежемесячно от начала опыта (допускается в отдельных
случаях проведение испытаний высокоактивных образцов при температурах (40 ± 3)
°С, (70 ± 3) °С и (100 ± 3) °С.
4
Средства измерений
Для проведения испытаний необходимо использовать
методики, аттестованные в установленном порядке в соответствии с ГОСТ
Р 8.563.
Атомно-абсорбционный спектрометр для анализа
контактного раствора, диапазон измерений 0,1 - 1000 мг, предел допускаемой
погрешности измерения не более 1 %.
Спектрометры для определения изотопного состава
радионуклидов с пределом допускаемой погрешности не более 30 %.
Кондуктометр для измерения удельной
электропроводимости дистиллированной воды, диапазон измерений 0,1 - 90 мкСм/см,
предел допускаемой погрешности не более 1 %.
рН-метр с диапазоном измерений 0 - 14 рН, погрешность
измерения не более 0,01 рН.
Удельную поверхность дробленого образца определяют
методом тепловой десорбции азота по изотермам сорбции-десорбции азота.
Предельно допустимая погрешность измерения не должна превышать 5 %.
Для определения объема контактирующего раствора
используют волюмометрический метод с погрешностью измерения 1 см3.
Термопара для определения температуры, работающая в
интервале температур 20 - 900 °С, погрешность измерения 3 °С.
Термостатирующий шкаф с вмонтированным электронным
регулятором температуры с дискретностью 1 °С для поддержания необходимых
значений температуры.
Самопишущий автоматический потенциометр и контрольная
термопара для проведения контроля температуры и возможных отклонений от
заданного режима.
Весы аналитические для измерения массы образца с
диапазоном измерений 0,001 - 200 г, погрешность взвешивания 0,1 мг.
Штангенциркуль для измерения линейных размеров
монолитного образца, диапазон измерений 0 - 150 мм, погрешность измерения не
более 1 мкм.
5
Порядок подготовки к проведению испытаний
5.1 Подготовка образцов
5.1.1 Образцы готовят в лаборатории (лабораторные
образцы) или отбирают из реальных отвержденных отходов.
Образцы должны быть монолитными или дроблеными.
Монолитные образцы должны быть цилиндрической или
прямоугольной формы, с ровной, но неполированной поверхностью, объемом не менее
1 см3.
В зависимости от типа материала и его удельной
активности нижний и верхний пределы площади открытой поверхности монолитного
образца должны быть от 10 до 100 см2.
Образцы реальных отходов могут быть получены в
промышленных условиях выпиливанием или высверливанием из большого объема
отвержденного материала или заполнением форм при выгрузке расплава
отверждаемого продукта из плавителя.
5.1.2 Дробленые образцы используют в следующих
случаях:
- при невозможности отбора проб строго геометрической
формы (что усложняет или делает невозможными расчеты площади открытой
геометрической поверхности);
- при низкой скорости выщелачивания радионуклидов и
компонентов матрицы из материала (что делает возможным достижение достаточных
для измерения концентраций элементов в растворе за заданное время).
При наличии этих проблем следует применять
искусственное развертывание открытой поверхности образца дроблением материала и
отбором соответствующей фракции (приложение А) или изменением отношения
площади поверхности образца к его объему.
5.2. Среда для выщелачивания
Средой выщелачивания является дистиллированная вода с
удельной электрической проводимостью не ниже 5 мкСм/см, отвечающая по качеству ГОСТ 6709,
водные растворы с химическим составом, аналогичным химическому составу
подземных (грунтовых) вод в зоне расположения предполагаемого хранилища
отвержденных радиоактивных отходов.
5.3 Контейнер для выщелачивания
Контейнер для выщелачивания должен быть изготовлен из
материала, который не реагирует с контактным раствором, не сорбирует
радионуклиды или стабильные нуклиды, для которых определяют скорость
выщелачивания, и достаточно устойчив к дозе радиации, получаемой во время
испытаний радиоактивных образцов. В качестве материалов для контейнеров
применяют тефлон, полиэтилен, кварц. Для автоклавных контейнеров используют
нержавеющую сталь с тефлоновыми вставками для определения выщелачивания при
высоких температурах (свыше 100 °С).
Габариты контейнера должны быть такими, чтобы
отношение объема контактного раствора к площади открытой геометрической
поверхности образца было от 3 до 10 см. Открытую геометрическую поверхность
рассчитывают из измерения всех линейных размеров образца.
Контейнер во время испытаний должен быть закрыт
крышкой. Потеря контактного раствора за счет испарения в каждом интервале между
его сменами не должна превышать 3 %.
5.4 Температура
выщелачивания
Выщелачивание следует проводить при температурах (25 ±
3) °С и (90 ± 3) °С для стеклоподобных, минералоподобных и керамических
материалов высокого уровня активности (более 3,4·· 1010 Бк).
Температура выщелачивания может быть иной, если
выщелачивание проводится для сравнения с данными других лабораторий, в которых
проводят исследования при других температурах.
Выщелачивание стеклоподобных, минералоподобных и
керамических материалов допускается проводить и при температуре свыше 100 °С, при этом применяют автоклавные сосуды. Испытания при повышенных
температурах проводят в термостатирующем шкафу с погрешностью не более ±1 °С.
6 Порядок проведения испытаний
6.1 Для обеспечения сопоставимости результатов
испытывают не менее трех образцов.
6.2 Измеряют линейные размеры образцов (площадь
открытой геометрической поверхности) с помощью штангенциркуля, массу образцов с
помощью аналитических весов и определяют плотность образцов по ГОСТ 2211
или ГОСТ
2409.
Для очистки образцов от механических загрязнений их
погружают в промывочный раствор на 5 - 7 с. В качестве промывочного раствора
используют ацетон по ГОСТ 2768, этиловый спирт
по ГОСТ
18300 или любую неводную жидкость, химически не взаимодействующую с
материалом образцов. Промытые образцы высушивают на воздухе не менее 30 мин или
в сушильном шкафу при температуре (70 ± 3) °С не менее 10 мин.
6.3 Измеряют удельную активность нуклидов в образце с
помощью специально подготовленных проб на a-, b-, g-радиометрах и a-, b-, g-спектрометрах в зависимости от
контролируемых нуклидов и их активности. Для выполнения a-, b-, g-радиометрических и a-, b-, g-спектрометрических измерений должны быть использованы средства
измерений, внесенные в Госреестр. Концентрации элементов в контактной воде
определяют методом ионно-плазменной или плазменной спектроскопии.
Чувствительность указанных методов для различных нуклидов может меняться от
0,001 до 1 мг/дм3.
6.4 Промытый образец помещают в контейнер для
выщелачивания и заливают контактным раствором, имеющим заранее известный объем.
Контактную воду меняют через 1, 3, 7, 10, 14, 21, 28
сут, далее (при необходимости) ежемесячно от начала опыта.
В установленное время образцы извлекают из емкости,
промывают свежим контактным раствором, объемом, равным объему контактного
раствора. Промывной раствор присоединяют к отработанному контактному раствору.
Образец, не давая ему высохнуть, необходимо поместить в тот же контейнер и
залить новой порцией контактного раствора. В случае образования осадка в
процессе выщелачивания необходимо следить за его переносом вместе с контактной
водой.
Измеряют удельную активность растворов после
выщелачивания методами, применяемыми для измерения удельной активности нуклидов
в образце.
При изменении порядка смены контактного раствора,
установленного в 3.4, фиксируют время смены воды.
Испытания по выщелачиванию прекращают, когда скорость
выщелачивания станет постоянной (значения скоростей выщелачивания могут
отличаться друг от друга на значение, не превышающее 10 %).
После проведения испытаний измеряют линейные размеры
образцов, массу образцов с помощью аналитических весов, определяют плотность
материала образцов.
Суммарная погрешность любых измерений не должна
превышать ±10 %.
7
Правила оформления испытаний
7.1 Результаты проведения испытаний должны быть
оформлены в виде таблицы, содержащей:
- характеристику материала, подвергающегося испытаниям
(тип матричного материала, состав и активность отвержденных радиоактивных
отходов, массовую долю отходов в конечном продукте);
- описание способа отбора пробы из промышленного
отвержденного продукта или метода приготовления образца в лабораторных условиях
с указанием специальной предварительной подготовки (термическая обработка,
условия охлаждения, облучение);
- плотность, массу, площадь открытой геометрической
поверхности и объема образцов до и после испытаний;
- характеристику контактного раствора - химический
состав (количество растворенных солей в миллиграммах и водородный показатель),
рН;
- температуру проведения испытаний, °С;
- отношение объема контактного раствора V
к площади открытой поверхности образца S. Если
отношение V/S выходит за интервал, установленный в 5.3, то
должны быть указаны причины отклонения;
- детальное описание используемых методов определения
активности и радионуклидного состава с указанием погрешности.
7.2 Результаты испытаний должны быть представлены в
виде таблиц и графиков зависимости скорости выщелачивания стабильных элементов
и радионуклидов из образцов от времени их контакта с раствором. Скорость
выщелачивания отдельных радионуклидов (или их смеси) вычисляют по формуле (1).
8
Требования безопасности
Все работы с радиоактивными образцами должны быть
проведены в соответствии с требованиями защиты населения и охраны окружающей
среды от вредного радиационного воздействия [1] - [7].
ПРИЛОЖЕНИЕ
А
(рекомендуемое)
Увеличение открытой поверхности образцов дроблением
матричного материала
А.1 Разработка матричных материалов «второго
поколения» (минералоподобных, керамических), химически более устойчивых по
сравнению с применяемыми в настоящее время стеклоподобными, может привести к
тому, что концентрации нуклидов, перешедших в контактную воду, окажутся
недостаточными для возможности их определения или для достижения достаточной
степени точности анализа. В этом случае искусственно увеличивают открытую
поверхность путем дробления материала и проведения ситового анализа. Для
исследования отбирают необходимое количество определенной фракции, полученной
от ситового анализа. Поверхность выбранной фракции предварительно измеряют
известными методами (например, метод определения величины поверхности по
сорбции-десорбции гелия из его смеси с азотом). Дальнейшую процедуру проводят в
соответствии с требованиями, указанными в разделе 6 настоящего стандарта.
А.2 Если при использовании дробленого материала в
процессе испытаний невозможно соблюдать заданное настоящим стандартом
соотношение объема контактного раствора и площади открытой поверхности образца,
то для определения его химической устойчивости (Rдробл) используют метод сравнения. Параллельно проводят
контрольное определение скорости выщелачивания нуклидов для дробленого образца
материала с известной химической устойчивостью Rизв. Это позволяет рассчитать отношение Rдробл/Rизв, произвести
относительное сравнение химической устойчивости вновь разработанного материала
с материалом, для которого заранее известна скорость выщелачивания нуклидов.
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
(справочное)
Библиография
[1]
ОСПОРБ-99
|
Основные
санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (утверждены
Министерством здравоохранения Российской Федерации 27 декабря 1999 г.)
|
[2]
НРБ-99
|
Нормы
радиационной безопасности (утверждены Министерством здравоохранения
Российской Федерации 2 июля 1999 г.)
|
[3]
СПОРО-85
|
Санитарные
правила обращения с радиоактивными отходами (утверждены Министерством
здравоохранения СССР 1 октября 1985 г.)
|
[4]
СП АС-99
|
Санитарные
правила проектирования и эксплуатации атомных станций (утверждены
Министерством здравоохранения Российской Федерации)
|
[5]
ПНАЭ Г-01-011-97
|
Общие
положения обеспечения безопасности атомных станций (утверждены
Госатомнадзором России)
|
[6]
НП-002-97
|
Правила
безопасности при обращении с радиоактивными отходами атомных станций
(утверждены Госатомнадзором России)
|
[7]
НП-020-2000
|
Сбор,
переработка, хранение и кондиционирование твердых радиоактивных отходов.
Требования безопасности (утверждены Госатомнадзором России)
|
Ключевые слова:
радиоактивные отходы, выщелачивание, химическая устойчивость, образец,
контактный раствор
СОДЕРЖАНИЕ
1 Область применения. 1
2 Нормативные ссылки. 2
3 Сущность метода. 2
4 Средства измерений. 3
5 Порядок подготовки к проведению
испытаний. 3
6 Порядок проведения испытаний. 4
7 Правила оформления испытаний. 5
8 Требования безопасности. 6
Приложение А. Увеличение открытой
поверхности образцов дроблением матричного материала. 6
Приложение Б. Библиография. 6
|