ГОСТ Р 52126-2003 НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ОТХОДЫ РАДИОАКТИВНЫЕ Определение химической устойчивости
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.
ГОСТ Р 52126-2003 НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ОТХОДЫ РАДИОАКТИВНЫЕ Определение химической устойчивости отвержденных
высокоактивных отходов Radioactive waste. Дата введения 2004-07-01 1 Область примененияНастоящий 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 ссылкиВ 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 метода3.1 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 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 измеренийДля 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 испытаний5.1 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 испытаний6.1 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 испытаний7.1 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 безопасностиВсе 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 материалаА.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
Ключевые слова: радиоактивные отходы, выщелачивание, химическая устойчивость, образец, контактный раствор
СОДЕРЖАНИЕ
|