Характеризация частиц, образующихся при лазерной резке имитаторов топливосодержащих материалов АЭС “Фукусима-Дайичи” и образцов ОЯТ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Фрагментация массивных обломков топлива и топливосодержащих материалов (ТСМ) является одним из важных этапов окончательного вывода из эксплуатации АЭС “Фукусима-Дайичи”. Образование и распространение в процессе фрагментации радиоактивных микрочастиц в значительной степени зависят от применяемой техники резки. Ранее проведены исследования по экспериментальной резке образцов имитаторов ТСМ и отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) для обоснования оптимальной конфигурации и режимов работы системы газоочистки [1]. Для понимания свойств частиц, образующихся при резке образцов ТСМ и ОЯТ, обоснования способов их локализации необходимо более детальное изучение размеров, форм и состава формирующихся структур. В данной работе исследованы микрочастицы, образующиеся при лазерной резке имитаторов ТСМ АЭС “Фукусима-Дайичи” и образцов ОЯТ. Образовавшиеся микрочастицы исследованы с помощью лазерного анализатора размера частиц и сканирующего электронного микроскопа со спектрометрами волновой и энергетической дисперсии. Констатировано образование частиц различных размеров и морфологии. Отмечено, что при лазерной резке образуются отдельные частицы с субмикронными размерами и разной морфологией, которые формируют агломераты. Показано, что при лазерной резке имитатора топливосодержащего материала до 35 мас% образовавшихся частиц перешло в парогазовую фазу. Аналогичный показатель для ОЯТ ВВЭР составил 25 мас% Основными компонентами всех типов частиц, обнаруженных при лазерной резки ОЯТ, являются уран, кислород и цирконий; их суммарная доля находится в диапазоне от 97.9 до 98.4%. Содержание плутония составляет от 0.7 до 1.3%.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. О. Макаров

Государственный научный центр – Научно-исследовательский институт атомных реакторов

Email: momotov@niiar.ru
Россия, 433510, Ульяновская обл., г. Димитровград, Западное шоссе, д. 9

В. Н. Момотов

Государственный научный центр – Научно-исследовательский институт атомных реакторов

Автор, ответственный за переписку.
Email: momotov@niiar.ru
Россия, 433510, Ульяновская обл., г. Димитровград, Западное шоссе, д. 9

С. Д. Семин

АО “ТВЭЛ”

Email: SDmSemin@tvel.ru
Россия, 115409, Москва, Каширское шоссе, д. 49

О. Н. Никитин

Государственный научный центр – Научно-исследовательский институт атомных реакторов

Email: momotov@niiar.ru
Россия, 433510, Ульяновская обл., г. Димитровград, Западное шоссе, д. 9

П. В. Лакеев

Государственный научный центр – Научно-исследовательский институт атомных реакторов

Email: momotov@niiar.ru
Россия, 433510, Ульяновская обл., г. Димитровград, Западное шоссе, д. 9

В. А. Ефимов

Государственный научный центр – Научно-исследовательский институт атомных реакторов

Email: momotov@niiar.ru
Россия, 433510, Ульяновская обл., г. Димитровград, Западное шоссе, д. 9

В. А. Резцова

Государственный научный центр – Научно-исследовательский институт атомных реакторов

Email: momotov@niiar.ru
Россия, 433510, Ульяновская обл., г. Димитровград, Западное шоссе, д. 9

Д. Е. Тихонова

Государственный научный центр – Научно-исследовательский институт атомных реакторов

Email: momotov@niiar.ru
Россия, 433510, Ульяновская обл., г. Димитровград, Западное шоссе, д. 9

Список литературы

  1. Makarov A., Momotov V., Lakeev P., Sivkova V., Nezgovorov N., Semin S. et al. // Ann. Nucl. Energy. 2022. Vol. 173. Article 109103.
  2. Kitagaki T., Yano K., Ogino H., Washiya T. // J. Nucl. Mater. 2017. Vol. 486. P. 206–215.
  3. International Research Institute for Nuclear Decommissioning (IRID), Upgrading of Fundamental Technology for Retrieval of Fuel Debris and Internal Structures, FY2018 Final Report, July 2019. https://irid.or.jp/wp-content/uploads/2020/09/fy2018retrievaloffueldebrisandinternalstructures.pdf
  4. International Research Institute for Nuclear Decommissioning (IRID), Upgrading of Approach and Systems for Retrieval of Fuel Debris and Internal Structures, Accomplishment Report for FY 2017, April 2018/ https://irid.or.jp/_pdf/5_Upgrading%20of%20Approach%20and%20Systems%20for%20Retrieval%20of%20Fuel%20Debris%20and%20Internal%20Structures_IRID_2019.pdf
  5. Ohnuki T., Nakase M., Liu J., Dotsuta Y., Satou Y., Kitagaki T., Kozai N. // J. Nucl. Sci. Technol. 2024. Vol. 61. N 3. P. 384–396.
  6. Yano K., Kitagaki T., Ikeuchi H., Wakui R., Higuchi H., Kaji N., Koizumi K. Direction on characterization of fuel debris for defueling process in Fukushima Daiichi Nuclear Power Station // Proc. GLOBAL 2013, Salt Lake City, Sept. 29−Oct. 1, 2013. Am. Nucl. Soc., 2013 (CD-ROM).
  7. Kitagaki T., Yano K., Washiya T. Research approach of MCCI products characterization for debris removal // IEM on Strengthening Research and Development Effectiveness in the Light of the Accident at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant. Vienna, Austria: IAEA Headquarters, Febr. 16–20, 2015. Poster ID Number: IAEA-CN-235–85.
  8. Journeau C., Roulet D., Porcheron E., Piluso P., Chagnot C. // J. Nucl. Sci. Technol. 2018. Vol. 55. P. 985–995.
  9. Tokyo Electric Power Company, Data of Abnormal Events Including Alarm Records–Unit 1 (June 23, 2011) (in Japanese). http://www.tepco.co.jp/en/nu/fukushima-np/plant-data/f1_3_Keihou1.pdf
  10. Tokyo Electric Power Company, Data of Abnormal Events Including Alarm Records–Unit 3 (June 23, 2011) (in Japanese). http://www.tepco.co.jp/en/nu/fukushima-np/plant-data/f1_3_Keihou3.pdf
  11. Colle J.-Y., Stohr S., Cremer B., Van Winckel S., Rasmussen G., Blanco O.D. et al. // J. Aerosol Sci. 2020. Vol. 148. Article 105588. https://doi.org/10.1016/j.jaerosci.2020.105588

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схематическое изображение установки резки образцов лазером. 1 – лазерная головка, 2 – камера реза, 3 – штуцер линии газоочистки, 4 – съемный поддон, 5 – штуцер пробоотборной линии, 6 – цифровая видеокамера.

Скачать (80KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изображение установки резки образцов лазером в радиационно-защитной камере.

Скачать (174KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Схематическое изображение и фотография в радиационно-защитной камере пробоотборного устройства с картриджными фильтрующими элементами (1 – картриджные фильтрующие элементы).

Скачать (146KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Частицы из поддона камеры реза после лазерных резок образца имитатора ТСМ, размер которых более 2 мм.

Скачать (322KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Результаты гранулометрического анализа частиц с поддона камеры реза после лазерной резки на воздухе образца имитатора ТСМ.

Скачать (234KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Изображение поверхности сетки из первого картриджного фильтрующего элемента после лазерной резки образца имитатора ТСМ.

Скачать (131KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Электронно-микроскопическое изображение электропроводящего скотча во вторичных электронах (указана область исследования микроструктуры).

Скачать (185KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Электронно-микроскопические изображения частиц пыли в области 1 (рис. 7) с различным увеличением во вторичных электронах. а – область 1, обозначенная на рис. 7, с бόльшим увеличением; б–и, 1–7 – см. комментарии в тексте и пояснения в табл. 3.

Скачать (712KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Частицы из поддона камеры реза после лазерных резок образца ОЯТ РУ ВВЭР.

Скачать (82KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Изображения частицы из поддона камеры реза после лазерной резки образца ОЯТ РУ ВВЭР, полученные на стереомикроскопе. а, б – пояснения см. в тексте.

Скачать (442KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Результаты гранулометрического анализа частиц с поддона камеры реза после лазерной резки на воздухе образца ОЯТ РУ ВВЭР.

Скачать (213KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Электронно-микроскопическое изображение макроструктуры электропроводящего скотча во вторичных электронах (указаны области исследования микроструктуры).

Скачать (152KB)
Метаданные
14. Рис. 13. Электронно-микроскопические изображения во вторичных электронах частиц пыли в области 1 с различным увеличением. а–е – комментарии см. в тексте.

Скачать (378KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025