способ рекультивации радиоактивных промышленных площадок, отвалов и складов

Формула изобретения

СПОСОБ РЕКУЛЬТИВАЦИИ РАДИОАКТИВНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПЛОЩАДОК, ОТВАЛОВ И СКЛАДОВ, включающий создание антифильтрационных слоев и покрытие площадок, отвалов и складов слоем плодородных пород, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности рекультивации за счет изменения числа протонов в радиоактивных веществах, осуществляют воздействие на материал площадок, или отвалов, или складов элементарными частицами и образуют радиоактивные вещества и радионуклиды материала с меньшим периодом полураспада, чем у исходного вещества, или осуществляют перевод исходного радиоактивного вещества из радиоактивного состояния в устойчивое.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к рекультивации земель и отходов и может быть использовано при рекультивации и разработке (переработке) отходов атомных электростанций (АЭС), отвалов, содержащих радиоактивные соединения, или горнообогатительных промышленных площадок, подвергнувшихся в период эксплуатации радиоактивному загрязнению.

Известен способ рекультивации отвалов, включающий выполаживание откосов, перемещение пород и покрытие отвала грунтом. Недостатком данного способа является его низкая эффективность при рекультивации пород и почв, содержащих радиоактивные вещества.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является известный способ рекультивации территорий, содержащих радиоактивные почвы, включающий снятие и захоронение радиоактивных почв и укладку на их месте потенциально плодородных пород и почв. Из-за радиоактивной загрязненности территорий уранодобывающих предприятий и прилегающих к ним земель выбор направлений их рекультивации ограничен. Рекультивация нарушенных урановыми рудниками и заводами земель осуществляется последовательно по этапам: предупредительный, горно-технический, дезактивационный и биологический [1]. Основными недостатками данного способа являются необходимость снятия и захоронения радиоактивно загрязненного слоя, что обуславливается его низкую эффективность.

Цель изобретения заключается в повышении эффективности рекультивации и переработки радиоактивных отходов и радиоактивно загрязненных территорий путем снижения уровня радиоактивности за счет изменения числа протонов в радиоактивных веществах.

Достигается это тем, что при осуществлении предлагаемого способа, включающего переработку радиоактивных отходов и горно-технические и биологические этапы рекультивации радиоактивно загрязненных территорий, перед горно-техническим и биологическим этапами производят изменение числа протонов в радиоактивных веществах.

Необходимо подчеркнуть, что при изменении числа протонов возможен следующий вариант. При разработке урановых месторождений и переработке радиоактивных руд в окружающую среду вместе с отходами поступают разнообразные естественные радионуклиды. Радиоактивные загрязнение территорий и промышленных площадок рудников, перерабатывающих заводов и АЭС, обусловлено механическими потерями ураносодержащих веществ, диффузионным загрязнением почв, оседающей радиоактивной пылью и аэрозолями, образующимися при добыче, транспортировке и переработке радиоактивных руд. Существенную опасность представляют различного рода радионуклиды: уран, радий, радон, торий, полоний, накапливаемые в почвах, илах, отложений местной гидрографической сети.

Необходимо подчеркнуть, что период полураспада при самопроизвольном делении радиоактивных веществ зависит не только от Z²/A (где Z - атомный номер, A - массовое число), но и от соотношения между числом протонов и нейтронов в ядре (Маляров В.В. Основы теории атомного ядра. - С.; Физматгиз, 1959, с. 420, рис. 123). При этом период полураспада будет варьироваться от нескольких минут до десятков тысяч лет (характерным примером является распар калифорния Сf). Причем энергия связи нейтрона в средних и тяжелых ядрах больше энергии связи протона (Маляров В.В., с. 15). При этом изменяется соотношение Z²/A, а с ростом Z²/A энергия активации Еf уменьшается и при Z²/A = (Z²/A)₀ становится равной нулю, т.е. при этом отсутствует потенциальный барьер, затрудняющий распад ядра. Высота этого барьера зависит от безразмерного параметра Х = (Z²/A) (Z²/A)₀ < 1. (Маляров В.В., с. 412-413).

Таким образом происходит сокращение времени радиационного излучения веществами за счет их перевода в агрегатное состояние с более коротким периодом полураспада или переход из радиоактивного в устойчивое состояние.

На чертеже представлен вариант схемы рекультивации радиоактивно загрязненных территорий по предлагаемому способу.

Объект (отвал), хвосто- и отходохранилище, заряженная территория включает в себя основание 1, радиоактивно загрязненное вещество 2 с длительным периодом полураспада, экран 3, слой плодородных пород 4.

Способ осуществляется следующим образом. Первоначально формируется антифильтрационное основание 1 (если радиоактивное вещество остается на месте, например, когда рекультивируют радиоактивно заряженные территории основание 1 отсутствует). Затем формируют слой 2, содержащего радионуклиды и другие радиоактивные соединения. Радиоактивно загрязненные вещества слоя 2 предварительно обрабатывают, добиваясь изменения числа протонов. В случае дезактивации больших территорий возможна обработка веществ на месте, учитывая то обстоятельство, что, как правило, радиоактивному загрязнению подвергаются и поверхности почв. Затем формируют экранирующий слой 2, предотвращающий проникновение вод и других веществ в слой 2 или из последнего в окружающую среду. На поверхность этого слоя в случае необходимости отсыпают слой 4 плодородных пород. Затем осуществляют биологический этап рекультивации, например высадку трав с разветвленной корневой системой, но не глубокой. При обработке радиоактивных веществ слоя 2 происходит изменение числа протонов, а это в свою очередь обуславливает продолжительность веществ активности в сторону его уменьшения (или переход из активного в устойчивое состояние). Наиболее характерным для этого процесса является бомбардировка азота -частицами, во время которой наблюдается испускание протонов:

₇N¹⁴ + ₂He⁴ ₈O¹⁷ + ₁H¹ + Q.

В результате происходит быстрейшее вовлечение данных территорий в народнохозяйственный оборот (сельскохозяйственный) и эффективная охрана окружающей среды.

Примером конкретного выполнения предлагаемого способа служит рекультивация вещества радиоактивных хранилищ. На дно подготовленной (спланированной выемки укладывают в качестве антифильтрационного основания 1 полиэтиленовую пленку, соединяя (заваривая) ее стыки. Горную массу слоя 2, содержащую радионуклиды, например радиоактивный изотоп ₆₂Sm¹⁴⁶ (с их преобладанием до 65%) с периодом полураспада около 510⁷лет подвергают обработке, например, действие элементарных частиц из радиоактивных источников, например, ускорителями электронов промышленного типа ИЛУ-6 или ЭЛВ-6. При этом происходит изменение числа протонов в ядрах радионуклидов и как следствие образование устойчивого изотопа ₆₀Nd¹⁴² (Маляров В.В., с. 247, и Справочник по ядерной физике. - М.: 1963, с. 89). Затем формируют слой 2 из массы уже содержащей ₆₀Nd¹⁴²мощностью, например, 8 м. Слой 2 покрывают экраном 3 на основе глины мощностью 2-3 м. Затем отсыпают слой 4 плодородных пород мощностью 0,5 м и высевают, например, прозанник крапчатый.

В результате происходит снижение интенсивности радиоактивности, т.к. этот изотоп является не активным, и более быстрое вовлечение данных площадей в сельскохозяйственный оборот.

Положительный эффект предлагаемого способа заключается в повышении эффективности рекультивации и переработки радиоактивных отходов и радиоактивно загрязненных территорий путем снижения уровня радиоактивности за счет изменения числа протонов.