Разработка лабораторной технологии ионно-плазменной дезактивации реакторного графита и сборка лабораторного образца распылительной ячейки

Цель выполнения НИОКР: разработать лабораторную технологию ионно-плазменной дезактивации реакторного графита и выполнить сборку лабораторного образца распылительной ячейки. Основные результаты НИОКР. Разработана лабораторная технология ионно-плазменной дезактивации реакторного графита и выполнена сборка лабораторного образца распылительной ячейки. Лабораторная технология ионно-плазменной дезактивации обеспечивает распыление тонкого слоя (0.1-10) мкм модельных металлических образцов и образцов реакторного графита при давлении аргона 760 Торр, плотности тока разряда (0.1-3) А/см2, напряжении на разрядном промежутке 600 В. Скорость ионно-плазменного распыления графита 0.75∙10^-5 см/с, длина разрядного промежутка (0.1-1) мм. Работоспособность лабораторной технологии ионно-плазменной дезактивации реакторного графита экспериментальна подтверждена на собранном лабораторном образце распылительной ячейки. Достигнута степень внедрения уровня TRL 4 – получен лабораторный образец, проведены испытания базовых функций с другими элементами системы. Система питания микроплазменного разряда обеспечивает импульсное напряжение с регулируемой длительностью импульса и частотой следования 100Гц при рабочем напряжении до 600В и токе до 1А с защитой от короткого замыкания. Массогабаритные характеристики образца распылительной ячейки: размер (1.2м×1.2м×0.7м), вес не более 80кг. Условия эксплуатации при температуре о +19 до +24ºС, влажность не более 75%, атм.давление 700-800мм.рт.ст, в закрытом лабораторном помещении. Все работы согласно календарному плану и техническому заданию НИОКР успешно выполнены: выполнено моделирование процессов микроплазменного распыления, выполнен расчет температурных режимов распыления и распределения поля температур в обрабатываемом графитовом блоке, выполнена разработка и изготовление системы электропитания для зажигания микроплазменного разряда, выполнено исследование поверхности образцов графита до обработки плазмой методом SEM c X-ray микроанализом и методом БЭТ-порометрии, выполнен расчет скорости и эффективных параметров ионно-плазменного и термического распыления образцов графита, выполнена разработка и изготовление электродной системы микроплазменного разряда, выполнена сборка лабораторного образца распылительной ячейки и выполнены эксперименты по технологии ионно-плазменной обработки на металлических и графитовых образцах в разряде, выполнено исследование поверхности металлических и графитовых образцов методом SEM c X-ray микроанализом после обработки плазмой. В ФИПС подана заявка на изобретение РФ № 2021113323. Внедрение разработанной лабораторной технологии ионно-плазменной дезактивации на предприятиях атомной отрасли позволит сократить расходы по захоронению и контейнеризации облученного реакторного графита почти в два раза на 15700 млн.руб. по сравнению с простым захоронением и на 65500 млн. руб. по сравнению с технологией термической обработкой графита, предлагаемой АО НИКИЭТ. При дезактивации облученного реакторного графита модернизация технологии позволит получить полезный продукт (собранный на плоскую пластину коллектор (анод) слой, обогащенный изотопом 14С), например, для создания альтернативных источников энергии – бета-вольтаических батарей или в области ядерной медицины при использовании радиоактивных изотопов (например, изотоп 14С) в диагностических и терапевтических целях. Основополагающие принципы разработанной технологии ионно-плазменной дезактивации имеют прикладное значение для разработки нового подхода к проблеме переработки ОЯТ с разделением по элементному составу за счет дифференциации по температурам. Полученные результаты представляют важное технологическое значение для внедрения в ядерной энергетике на предприятиях АО «Концерн Росэнергоатом» и ГК «Росатом», результаты прошли апробацию на научно-технических конференциях, в том числе на отраслевых конференциях и совещаниях ГК «Росатом», по результатам работ опубликованы две статьи в рецензируемых научных журналах (Nuclear Engineering and Design, IEEE Conference Proceedings).