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

ГОСТ Р 52126-2003

Группа Ф59

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

ОКС 13.280
ОКСТУ 0017

Дата введения 2004-07-01

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) , г/(смсут), вычисляют по формуле

, (1)

где - активность, Бк, или масса, г, отдельного нуклида (или их смеси), выщелоченного за данный интервал времени;

- удельная активность, Бк/г, или массовая концентрация, г/г, нуклида (или их смеси) в исходном образце;

- площадь открытой геометрической поверхности образца, см;

- продолжительность -го периода выщелачивания, сут.

Значения и следует корректировать с учетом периода полураспада радионуклидов.

В случае определения выщелачиваемости радионуклидов, период полураспада которых соизмерим с продолжительностью опыта, значение должно быть умножено на (где - период полураспада -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 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 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 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 3,4·10 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 , , радиометрах и , , спектрометрах в зависимости от контролируемых нуклидов и их активности. Для выполнения , , радиометрических и , , 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/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 к площади открытой поверхности образца . Если отношение 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 () используют метод сравнения. Параллельно проводят контрольное определение скорости выщелачивания нуклидов для дробленого образца материала с известной химической устойчивостью . Это позволяет рассчитать отношение /, произвести относительное сравнение химической устойчивости вновь разработанного материала с материалом, для которого заранее известна скорость выщелачивания нуклидов.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б
(справочное)

Библиография

Текст документа сверен по:

М.: ИПК Издательство стандартов, 2003