"Отходы радиоактивные. Определение химической устойчивости отвержденных высокоактивных отходов методом длительного выщелачивания. ГОСТ Р 52126-2003" // Технорма.RU

Утвержден

Постановлением

Госстандарта России

от 30 октября 2003 г. N 305-ст

Дата введения -

1 июля 2004 года

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОТХОДЫ РАДИОАКТИВНЫЕ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ОТВЕРЖДЕННЫХ

ВЫСОКОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ МЕТОДОМ ДЛИТЕЛЬНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ

RADIOACTIVE WASTE. LONG TIME LEACH TESTING

OF SOLIDIFIED RADIOACTIVE WASTE FORMS

ГОСТ Р 52126-2003

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. N 305-ст.

3. Введен впервые.

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)

R , г/(кв. см х сут.), вычисляют по формуле:

i n

R = -------, (1)

n i

A S t

0 n

где:

а - активность, Бк, или масса, г, отдельного нуклида (или их

смеси), выщелоченного за данный интервал времени;

А - удельная активность, Бк/г, или массовая концентрация,

г/г, нуклида (или их смеси) в исходном образце;

S - площадь открытой геометрической поверхности образца, кв.

см;

t - продолжительность n-го периода выщелачивания, сут.

i i

Значения а и А следует корректировать с учетом периода

n 0

полураспада радионуклидов.

В случае определения выщелачиваемости радионуклидов, период

полураспада которых соизмерим с продолжительностью опыта, значение

i -лямбда тау

A должно быть умножено на е (где лямбда тау - 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 стеклоподобных, 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 куб. см.

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 куб. см.

В зависимости от типа материала и его удельной активности нижний и верхний пределы площади открытой поверхности монолитного образца должны быть от 10 до 100 кв. см.

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 x

10 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 альфа-, бета-, гамма-радиометрах и альфа-, бета-, гамма-спектрометрах в зависимости от контролируемых нуклидов и их активности. Для выполнения альфа-, бета-, гамма-радиометрических и альфа-, бета-, гамма-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/куб. дм.

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 (R ) используют метод сравнения. Параллельно

дробл

проводят контрольное определение скорости выщелачивания нуклидов

дробленого образца материала с известной химической устойчивостью

R . Это позволяет рассчитать отношение R / R ,

изв дробл изв

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-1-011-97 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)