Tải bản đầy đủ

Phương pháp tẩy xạ phóng xạ bề mặt sử dụng nước áp lực

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT
NGÀNH KỸ THUẬT HẠT NHÂN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Tên đề tài:

PHƯƠNG PHÁP TẨY XẠ PHÓNG XẠ BỀ MẶT
SỬ DỤNG NƯỚC ÁP LỰC

SVTH: Trần Lâm Thao
CBHD: T.S Lê Công Hảo
CBPB: T.S Huỳnh Trúc Phương

Tp. Hồ Chí Minh, Năm 2016

SVTH:



LỜI CẢM ƠN
Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ,
giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời
gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay, tôi đã nhận được rất nhiều
sự quan tâm, giúp đỡ tận tình, chu đáo và tỉ mỉ của các Thầy/Cô trong bộ môn Vật lý
Hạt nhân, các bạn cùng lớp. Vậy nên tôi xin chân thành bày tỏ lòng cảm ơn và kính
trọng sâu sắc đến:
 TS. Lê Công Hảo đã dành nhiều thời gian, tâm huyết để hỗ trợ, giúp
đỡ, tận tình hướng dẫn, động viên và truyền đạt kinh nghiệm quý báu
của thầy cho tôi. Bên cạnh đó thầy còn tạo những điều kiện thuận lợi
nhất để tôi hoàn thành tốt khoá luận này
 Tôi cũng tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy, cô phản biện và hội
đồng chấm khoá luận đã đóng góp ý kiến để khoá luận tốt hơn.
 Các thầy cô trong bộ môn vật lý hạt nhân đã nhiệt tình giảng dạy giúp
tôi tiếp thu những kiến thức quan trọng, vững chắc để góp phần xây
dựng nên khóa luận tốt nghiệp.
 Cuối cùng tôi xin gửi lời biết ơn chân thành nhất tới gia đình luôn
động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi để hoàn thành
khoá luận.
Ngoài ra tôi cũng xin cảm ơn bạn bè đã chia sẻ, giúp đỡ và luôn luôn sát cánh
cùng tôi trong suốt quá trình làm khoá luận.

Thành phố Hồ Chí Minh, Năm 2016
Trần Lâm Thao

1


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................1
MỤC LỤC ..................................................................................................................2
DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................4
DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ .............................................................................5
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................6
CHƯƠNG 1
NHIỄM BẨN PHÓNG XẠ VÀ TẨY XẠ ................................................................8
1.1. Nhiểm bẩn phóng xạ .......................................................................................8
1.1.1. Định nghĩa nhiễm bẩn phóng xạ ................................................................8
1.1.2. Các dạng nhiễm bẩn phóng xạ ...................................................................8
1.1.3. Các chất bẩn phóng xạ có trong lò phản ứng .............................................9


1.2. Tẩy xạ .............................................................................................................10
1.2.1. Định nghĩa tẩy xạ .....................................................................................10
1.2.2. Hiệu quả tẩy xạ và hệ số tẩy xạ ................................................................11
1.2.3. Các phương pháp tẩy xạ ...........................................................................13
1.2.4. Tẩy xạ bằng phương pháp nước áp lực ....................................................13
1.2.4.1. Vòi phun mài mòn .............................................................................14
1.2.4.2. Phun Freon .........................................................................................15
1.2.5. Sử dụng phương pháp nước áp lực ngoài thực tế .....................................15
CHƯƠNG 2
KINH NGHIỆM TỪ CÁC THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG TẨY XẠ
NƯỚC ÁP LỰC TẠI NHẬT BẢN ........................................................................16
2.1. Máy phun nước áp lực loại hai pha ............................................................16
2.1.1. Cấu tạo ......................................................................................................16
2.1.2. Nguyên lý hoạt động ................................................................................17
2.2. Máy phun nước áp lực loại xoay .................................................................19
2.2.1. Cấu tạo ......................................................................................................19
2.2.2. Nguyên lý hoạt động ................................................................................20
2.3. Phát triển hệ thống tẩy xạ sử dụng vòi phun nước áp lực áp suất cao ....20
2.3.1. Dụng cụ tẩy xạ nước áp lực cao ...............................................................21
2


2.3.2. Bộ phận thanh lọc di động........................................................................23
2.4. Các kết quả thực nghiệm .............................................................................25
2.4.1. Bề mặt sàn bê tông trong bể .....................................................................25
2.4.2. Phần bề mặt thành và đáy của bể và mương ............................................27
2.4.3. Tẩy xạ bề mặt bê tông và đường nhựa bằng nước siêu áp lực .................31
2.5. Kết luận ..........................................................................................................32
CHƯƠNG 3
THỰC NGHIỆM .....................................................................................................33
3.1. Dụng cụ và hệ thiết bị tẩy xạ........................................................................33
3.2. Chuẩn bị mẫu ................................................................................................34
3.2.1. Sơ lược về muối KCl và 40K ....................................................................34
3.2.2. Dụng cụ tạo mẫu.......................................................................................34
3.2.3. Quy trình chuẩn bị mẫu ............................................................................35
3.2.4. Quy trình tẩy xạ ........................................................................................36
3.3. Quy trình đo đạc và xử lý kết quả ...............................................................37
3.3.1. Kết quả đo phông .....................................................................................37
3.3.2. Kết quả đo mẫu cầu thang trước và sau khi tẩy xạ...................................37
3.3.2.1. Phương pháp tẩy xạ sử dụng nước thường ........................................37
3.3.2.2. Phương pháp tẩy xạ sử dụng nước nóng ............................................38
3.3.2.3. Phương pháp tẩy xạ sử dụng dung dịch axít ......................................40
3.3.3. So sánh và nhận xét ..................................................................................41
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................43
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 46

3


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các sản phẩm phân hạch trong lõi lò phản ứng của Chernobyl và tỉ lệ thất
thoát của chúng khi xảy ra tai nạn [4] .........................................................................9
Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật của các hệ thống tẩy rửa nước áp lực cao ..................23
Bảng 2.2. Kết quả số liệu đo đạc tại bề mặt bể lớn ..................................................26
Bảng 2.3. Kết quả số liệu đo đạc tại bề mặt bể nhỏ..................................................27
Bảng 2.4. Kết quả số liệu đo mặt đáy và thành của bể lớn .......................................29
Bảng 2.5. Kết quả số liệu đo mặt đáy và thành của bể nhỏ ......................................30
Bảng 2.6. Kết quả đo liều phóng xạ trên mương sau khi tẩy ...................................31
Bảng 2.7. Kết quả tẩy xạ bằng siêu áp lực................................................................31
Bảng 3.1. Kết quả đo trước và sau khi tẩy của mẫu cầu thang (nước thường) ........38
Bảng 3.2. Kết quả đo trước và sau tẩy của mẫu cầu thang (nước nóng 60oC) .........39
Bảng 3.3. Kết quả đo trước và sau tẩy của mẫu cầu thang (dung dịch tẩy xạ 15 lít
H3PO4 0,5%)..............................................................................................................40

4


DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ
Hình 2.1. Máy phun nước loại hai pha. ....................................................................17
Hình 2.2. Pha thứ nhất của máy hai pha [6]. ............................................................17
Hình 2.3. Pha thứ hai của máy hai pha [6]. ..............................................................18
Hình 2.4. Cấu tạo máy phun áp lực dạng xoay [7]. ..................................................19
Hình 2.5. Nguyên lý hoạt động máy phun áp lực loại xoay [5]. ..............................20
Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống tẩy xạ sử dụng nước áp lực. ............................................21
Hình 2.6. Dạng thùng lưu trữ nước bẩn....................................................................22
Hình 2.7. Hệ thống tẩy xạ tự động. ..........................................................................22
Hình 2.8. Máy phun quay. ........................................................................................22
Hình 2.9. Sơ đồ của bộ phận tách chất bẩn từ thiết bị tẩy xạ di động. .....................24
Hình 2.10. Bộ phận tách chất bẩn.............................................................................24
Hình 2.12. Các vị trí đo tại bề mặt bể nhỏ................................................................25
Hình 2.11. Các vị trí đo tại bề mặt bể lớn. ...............................................................25
Hình 2.13. Các vị trí đo trên bề mặt đáy và thành xung quanh bể lớn. ....................28
Hình 2.14. Các vị trí đo trên bề mặt đáy và thành xung quanh bể nhỏ. ...................28
Hình 3.1. Hệ thống tẩy xạ sử dụng nước áp lực. ......................................................33
Hình 3.2. Một số dụng cụng và thiết bị phục vụ cho các thí nghiệm tẩy xạ. ...........35
Hình 3.3. Bể ngâm các mẫu thực nghiệm. ...............................................................35
Hình 3.4. Mẫu cầu thang sau một tuần ngâm trong dung dịch KCl. ........................36
Hình 3.5. Vị trí đo trên mẫu cầu thang. ....................................................................37
Hình 3.6. So sánh kết quả đo trước và sau khi tẩy xạ của các phương pháp. ..........41
Hình 3.7. So sánh hiệu quả tẩy xạ của các phương pháp. ........................................42

5


MỞ ĐẦU
Khi các nhà máy điện được xây dụng, lợi ích to lớn của nó mà ai cũng biết đến
đó là nguồn năng lượng khổng lồ được sinh ra từ các quá trình phân hạch, nhưng song
song với nguồn lợi to lớn đó là các vấn đề cần quan tâm về mức độ nhiễm bẩn phóng
xạ và nguy hiểm từ các sản phẩm phân hạch sinh ra từ quá trình hoạt động nhà máy.
Các sản phẩm phân hạch này theo thời gian lắng đọng dần trên máy móc, thiết bị, vật
dụng và gây nhiễm bẩn trong nhà máy điện.
Các chất phóng xạ ở dạng hạt rất bé bám dính trên tất cả các bề mặt của các hệ
thống trong nhà máy và việc tiếp cận chúng là rất nguy hiểm vì liều lượng phóng xạ
phát ra từ chúng là rất cao. Không những thế, đối với các thiết bị sử dụng lâu năm
trong nhà máy điện khi tháo gỡ vì hết hạn sử dụng có suất liều cực kì cao. Đối với
những thiết bị này, việc thải chúng ra ngoài môi trường mà không làm giảm liều
lượng phóng xạ dính trên bề mặt sẽ gây ảnh hưởng rất lớn và lâu dài đến môi trường
xung quanh.
Các nhà khoa học bắt đầu tìm kiếm các phương pháp nhằm làm giảm suất liều
phóng xạ trong nhà máy để làm giảm ảnh hưởng của nó đến môi trường và con người.
Rất nhiều phương pháp được ứng dụng vào quá trình tẩy xạ như điện phân, hóa học,
siêu âm... Nhưng vấn đề là những phương pháp này thường chỉ tẩy xạ được một số
đối tượng có kích thước trung bình và nhỏ. Không những thế, các phương pháp này
chỉ hữu ích khi nhà máy điện đang hoạt động bình thường. Khi nhà máy điện gặp sự
cố, một lượng phóng xạ lớn bị thất thoát ra ngoài môi trường, vấn đề đặt ra là một
thiết bị vừa tẩy rửa vừa thu hồi được các chất phóng xạ.
Như vậy có thể thấy phương pháp tẩy xạ sử dụng nước áp lực là khả thi trong
trường hợp này. Việc sử dụng và lắp đặt hệ thống tẩy xạ là khá đơn giản trong nhà
máy điện. Không những thế, khi sử dụng hệ thống tẩy xạ sử dụng nước áp lực tích
hợp với bộ thu hồi chất phóng xạ làm đơn giản hóa đáng kể các vấn đề về nhiễm bẩn
trong nhà máy điện ngay cả khi hoạt động bình thường hoặc xảy ra tai nạn. Từ đó, hệ

6


thống tẩy xạ sử dụng nước áp lực được hình thành và phát triển không những trong
nhà máy điện mà còn ứng dụng tẩy xạ môi trường xung quanh.
Sau này, các nhà khoa học bắt đầu kết hợp các phương pháp tẩy xạ với nhau để
tối ưu hóa hiệu quả của chúng. Từ đó, các phương pháp được kết hợp hoặc được sử
dụng luân phiên nhau để làm tăng hiệu quả tẩy xạ. Phương pháp tẩy xạ nước áp lực
được sử dụng rất nhiều trong các quá trình đó. Không những thế họ còn khảo sát
nhiều yếu tố cho quá trình tẩy xạ nước áp lực như: nhiệt độ, áp suất, pha dung dịch…
để tăng hiệu quả tẩy xạ theo ý muốn. Qua những ưu điểm trên, có thể thấy tầm quan
trọng của phương pháp tẩy xạ sử dụng nước áp lực trong nhà máy điện. Do đó tôi
chọn đề tài “PHƯƠNG PHÁP TẨY XẠ PHÓNG XẠ BỀ MẶT SỬ DỤNG NƯỚC
ÁP LỰC” nhằm nghiên cứu hiệu quả tẩy xạ thực tế của nó với qui mô phòng thí
nghiệm. Nội dụng của khóa luận được bố cục trong bốn chương như sau:
- Chương 1: Nhiễm bẩn phóng xạ và tẩy xạ.
- Chương 2: Kinh nghiệm từ các thử nghiệm hệ thống tẩy xạ tại nhật bản.
- Chương 3: Thực nghiệm.

7


CHƯƠNG 1
NHIỄM BẨN PHÓNG XẠ VÀ TẨY XẠ
1.1. Nhiểm bẩn phóng xạ
1.1.1. Định nghĩa nhiễm bẩn phóng xạ
Nhiễm bẩn phóng xạ là sự lắng đọng của các nguyên tố phóng xạ hoặc các hợp
chất phóng xạ trên bề mặt của các thành phần, hệ thống và cấu trúc trong cơ sở hạt
nhân từ các tác nhân gây lan truyền chất phóng xạ nhau như không khí, nước, hóa
chất, vật lý. Các đặc tính của sự nhiễm bẩn liên quan chặt chẽ đến tính chất và tính
năng của các tác nhân lan truyền chất phóng xạ.
1.1.2. Các dạng nhiễm bẩn phóng xạ
Nhiễm bẩn phóng xạ có thể được phân thành ba loại (chia theo ba cấp độ bám
dính của chất phóng xạ).
- Chất bẩn tự do: có thể loại bỏ bằng cách thổi, chân không hoặc cách khác.
- Chất bẩn ít bám dính: có thể loại bỏ bằng kĩ thuật thông thường.
- Chất bẩn cố định: không thể loại bỏ trừ khi loại bỏ lớp bề mặt.
Trong nhà máy, các chất phóng xạ xuất hiện trên bề mặt các thiết bị và hệ thống
trong lò phản ứng là do sự lắng đọng từ nước làm mát lò có chứa các hạt neutron,
nguyên tố hòa tan và sản phẩm phân hạch biến đổi thoát ra khỏi bề mặt nguyên liệu.
Những chất này lắng đọng dần theo thời gian và trở thành một phần của lớp oxít bề
mặt. Bề mặt oxít có cấu trúc phức tạp được hình thành dựa trên sự khác nhau của các
thông số như hóa học nước, nhiệt độ của chất được tạo thành, chất liệu, thời gian vận
hành. Theo thời gian dài, các hạt nhân trên bề mặt có thể khuếch tán vào kim loại
hoặc thâm nhập vào trong các đường ống. Nói chung, có hai dạng oxít hình thành
trên bề mặt các đường ống trong lò phản ứng:
- Lớp bên trong có độ bám dính cao được hình thành tại chỗ ăn mòn.
- Lớp bên ngoài được hình thành lỏng lẻo do các lắng đọng dạng kết tủa.

8


1.1.3. Các chất bẩn phóng xạ có trong lò phản ứng
Trong hầu hết các ở sở hạt nhân, nhiều bề mặt bắt đầu nhiễm bẩn phóng xạ do rò
rỉ từ quá trình vận hành và thải chất phóng xạ.
Bảng 1.1. Các sản phẩm phân hạch trong lõi lò phản ứng của Chernobyl và tỉ lệ thất
thoát của chúng khi xảy ra tai nạn [4]
Chất phóng xạ

Thời gian bán rã

Hoạt độ

Tỉ lệ thất thoát

(ngày)

(Bq)

(%)

3930

3,3x106

~100

5,27

1,7x1018

~100

I

8,05

1,3x1018

20

132

Te

3,25

3,2x1017

15

134

Cs

750

1,9x1017

10

137

Cs

1,1x104

2,9x1017

13

Mo

2,8

4,8x1018

2,3

65,5

4,4x1018

3,2

85

Kr

133

Xe

131

99

95

Zr

103

Ru

39,5

4,1x1018

2,9

106

Ru

368

2,0x1018

2,9

140

Ba

12,8

2,9x1018

5,6

141

Ce

32,5

4,4x1018

2,3

144

Ce

284

3,2x1018

2,8

89

Sr

53

2,0x1018

4

90

Sr

1,02x104

2,0x1017

4

Np

3,15x104

1,4x1017

3

239

238

Pu

2,35

1,0x1015

3

239

Pu

8,9x106

8,5x1014

3

240

Pu

2,4x106

1,2x1015

3

241

Pu

4800

1,7x1017

3

Cm

164

2,6x1016

3

242

9


Chất bẩn phóng xạ có trong không khí và nước có thể lắng đọng trên sàn nhà,
vật dụng, thiết bị….. Đặc biệt các chất phóng xạ có thể tan trong nước như 137Cs có
thể thấm sâu vào trong bề mặt bê tông (trừ khi bê tông chống thấm nước). Việc loại
bỏ các chất phóng xạ có trong bề mặt bê tông là cực kì khó. Để loại bỏ hoàn toàn các
chất phóng xạ có trong bề mặt bê tông chỉ còn cách duy nhất là cắt bỏ lớp bề mặt. Sự
lắng đọng các chất phóng xạ trong nước làm mát lò phản ứng có xu hướng nặng hơn
trong phần hướng hay vận tốc của chất lỏng thay đổi. Mật độ phóng xạ trong mô-tơ,
thiết bị đo đạc, tường… khá thấp vì lượng hạt nhân phóng xạ trong không khí rất ít
[3].
1.2. Tẩy xạ
Khái niệm tẩy xạ được giới thiệu ngay lúc công nghệ hạt nhân ra đời và được sử
dụng để làm giảm liều lượng phóng xạ trên bề mặt của thiết bị, hệ thống, cấu trúc của
các cơ sở hạt nhân. Sự quan trọng của tẩy xạ và sự phát triển của các quá trình tẩy xạ
nhằm mục đích làm giảm suất liều chiếu lên con người.
1.2.1. Định nghĩa tẩy xạ
Tẩy xạ là loại bỏ các vật chất phóng xạ bên trên bề mặt của các hệ thống hoặc
cấu trúc bên trong cơ sở hạt nhân bằng các phương pháp lý, hóa hoặc các phương
pháp khác.
Tẩy xạ là loại bỏ bụi phóng xạ và lớp oxít trên bề mặt (trong khi làm sạch thông
thường chỉ để loại bỏ vật liệu phóng xạ thông thường). Tẩy xạ không phải là khử chất
phóng xạ, nó chỉ chuyển chất phóng xạ sang một vị trí khác. Từ tẩy xạ được sử dụng
rộng rãi để nhắm đến bề mặt thông thường với tác nhân gây nhiễm bẩn như nước làm
mát lò, không khí trong lò phản ứng, … trong khi từ “làm sạch” ám chỉ đến việc làm
sạch các chất bẩn nhẹ bằng việc sử dụng các chất tẩy rửa thông thường.
Trong những năm đầu của thập niên 60, tẩy xạ trở thành thông lệ thông thường
trong công nghệ hạt nhân. Đến năm 1970, với sự hỗ trợ của cơ quan nhà nước và nền
công nghệ, quá trình tẩy xạ đã trở nên hoàn thiện và được phát triển toàn diện bao

10


gồm liên quan môi trường, giá cả, hợp pháp hóa. Trong những năm cuối của thập
niên 70, mục đích của quá trình tẩy xạ các thiết bị quá hạn sử dụng trong nhà máy
không chỉ là làm giảm liều lượng phóng xạ mà còn quản lý thiết bị thải và nếu có thể,
cho phép tái sử dụng vật liệu hoặc thiết bị [3].
1.2.2. Hiệu quả tẩy xạ và hệ số tẩy xạ
Độ hiệu quả của các quá trình tẩy xạ khác nhau sẽ được đánh giá bằng thông số
chung được gọi là hệ số tẩy xạ. Đây là thông số đại diện cho độ hiệu quả của quá
trình tẩy xạ và nó được tính theo tỷ lệ giữa đo đạc trước tẩy xạ và đo đạc sau tẩy xạ.
Hệ số tẩy xạ DF (decontamination factor) được tính theo hai cách:
Cách 1: Hệ số tẩy xạ được tính theo tỷ lệ giữa giá trị đo đạc trước khi tẩy và giá
trị đo đạc sau khi tẩy. Hệ số thể hiện độ sạch của các đối tượng sau quá trình tẩy xạ.
Hệ số tẩy xạ càng lớn thì lượng phóng xạ trên đối tượng cần tẩy xạ bị lấy đi càng lớn.
DF 

Mb
Ma

(1.1)

Cách 2: Hệ số tẩy xạ được tính theo dạng phần trăm. Cũng giống như hệ số tẩy
xạ trên nhưng được tính theo số phần trăm lượng phóng xạ bị tẩy đi so với độ phóng
xạ ban đầu.
DF 

Mb  Ma
Mb

(1.2)

Trong phương trình (1.1) và (1.2):
DF: Hệ số tẩy xạ phóng xạ.
Mb: Giá trị đo đạc trước khi tẩy xạ (tại điểm cho trước).
Ma: Giá trị đo đạc sau khi tẩy xạ (tại cùng 1 điểm cho trước như Mb).
Hệ số tẩy xạ không nói lên được độ sạch của vật liệu sau khi tẩy mà chỉ thể hiện
lượng chất phóng xạ bị lấy đi trong quá trình tẩy xạ.
Trong thực nghiệm hệ số tẩy xạ có thể được tính bởi hai phương pháp khác nhau.

11


Phương pháp đầu tiên sử dụng đo đạc phóng xạ. Được gọi là “radiation DF” và
được định nghĩa:
DFRa 

Ib
Ia

(1.3)

Với:
Ib (µSv/h) là liều tỉ lệ trước khi tẩy xạ (tại 1 điểm cho trước).
Ia (µSv/h) là liều tỉ lệ sau khi tẩy xạ (tại cùng 1 điểm với Ib).
Phương pháp thứ 2 sử dụng đo đạc hoạt độ. Được gọi là “decon DF” và được
định nghĩa:
DFDe 

Ab
Aa

(1.4)

Với:
Ab (Bq) là hoạt độ trước tẩy xạ (tại 1 điểm cho trước ).
Aa (Bq) là hoạt độ sau khi tẩy xạ (tại cùng 1 điểm cho trước như Ab).
Định nghĩa này được sử dụng rộng rãi cho tẩy xạ ở những nơi hoạt độ bề mặt có
thể đo đạc chính xác. Trong phòng thí nghiệm và nghiên cứu, DFDe được sử dụng
nhiều hơn DFRa.
Như đề cập trước đây, giá trị số của DF phải được xem xét để đo đạc đơn lẻ trước
tẩy xạ và đo đạc đơn lẻ sau tẩy xạ. Nghĩa là hệ số tẩy xạ có thể chỉ thích hợp với từng
điểm riêng lẽ hoặc bề mặt vô cùng nhỏ. Trong nhiều trường hợp, cần phải đo đạc tại
nhiều điểm để tính giá trị DF trung bình.
Hoạt độ của phông nền là một thông số có ảnh hưởng mạnh đến kết quả và độ
chính xác của kỹ thuật đo đạc hoạt độ. Thế nên, thiết bị che chắn phông nền phóng
xạ môi trường là cần thiết để đảm bảo cho dữ liệu chính xác.

12


1.2.3. Các phương pháp tẩy xạ
Tùy thuộc vào các loại phương tiện tẩy xạ (ví dụ hóa chất, cơ khí, điện,…) và tùy
thuộc vào bản chất của bề mặt cần tẩy xạ (ví dụ kim loại, bê tông, bề mặt sơn,...) kỹ
thuật tẩy xạ có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau tùy thuộc vào mục đích
của tẩy xạ, ví dụ như hạn chế liều cá nhân, khôi phục lại các thành phần hệ thống,
cho ngừng hoạt động nhà máy điện.
Tuy nhiên không phải lúc nào cũng chỉ sử dụng một phương pháp tẩy xạ. Một số
quy trình có thể kết hợp nhiều phương pháp tẩy xạ khác nhau, ví dụ như tẩy xạ điện
phân, trong đó kết hợp các hoạt động hóa học và điện, hoặc phun nước áp lực sử dụng
các chất tẩy rửa.
Năm 1980, bộ Năng lượng Mỹ (DOE), phân loại kỹ thuật tẩy xạ thành bốn loại
[3]:
- Tẩy xạ hóa học.
- Hướng dẫn và tẩy xạ không dùng hóa chất.
- Điện hóa.
- Siêu âm / Tẩy xạ hóa học.
1.2.4. Tẩy xạ bằng phương pháp nước áp lực
Hệ thống phun nước áp lực được áp dụng cho các bề mặt rắn hoặc rắn lỏng (bùn
rắn). Việc sử dụng vòi phun nước áp lực có tính linh hoạt cao có thể sử dụng cho các
bề mặt lớn như sàn, tường, trần nhà và các dụng cụ nhỏ bị nhiễm bẩn. Các loại nhiễm
bẩn như găng tay và các vật dụng làm việc cũng có thể được làm sạch nhờ ứng dụng
quá trình tẩy xạ phun nước áp lực.
Phương pháp tẩy xạ sử dụng nước áp lực có hai nhược điểm lớn. Một là lượng
nước thải thứ cấp mang theo chất phóng xạ bên trong. Tuy nhiên có thể giảm khối
lượng của chất thải thứ cấp bằng cách tái quá trình, xử lý và bay hơi. Hai là vật liệu
sử dụng trong quá trình phun nước áp lực phải chịu sự mài mòn.

13


Tùy vào các dạng vật liệu nhiễm bẫn phóng xạ có thể sử dụng các loại đầu phun
khác nhau. Các loại đầu phun dài để giảm thiểu tiếp xúc với vật liệu nhiễm bẩn. Đối
với các dạng ống dẫn rỗng có thể dùng dạng đầu phun đẩy tự động để phun từ bên
trong ống dẫn.
Đầu phun nước áp lực dạng hình giáo có thể tẩy xạ hiệu quả các bề mặt của van,
trong máy bơm, lỗ tường, giá để nhiên liệu trong bể, vách lò phản ứng, các vật dụng
thao tác bằng tay với nhiên liệu, máy phun nước làm mát, cống sàn, hố thu và bề mặt
bên trong của đường ống và bể chứa. Hệ số tẩy xạ dao động từ 2-50 khi tẩy xạ với
nước thường và 40 khi thêm chất làm sạch thích hợp vào nước tẩy xạ [3].
1.2.4.1. Vòi phun mài mòn
Đối với các chất bẩn dính cứng trên bề mặt có thể dùng vòi phun khí hoặc nước
có pha thêm cát, nhôm, kim loại, oxít kim loại và mùn cưa nhưng chủ yếu sử dụng
cát vì chi phí thấp.
Các kiểu mài mòn khác nhau được chia làm 3 nhóm dựa trên độ cứng.
 Vật liệu mài mòn cứng: Vật liệu mài mòn cứng được chia làm ba loại chính:
mài mòn sạch, mài mòn hòa tan và hệ thống mài mòn thích hợp. Hệ thống mài mòn
thích hợp được sử dụng cho các vật liệu tái sử dụng. Mài mòn sạch làm đơn giản hóa
rác thải thứ cấp và giảm đáng kể chất lượng của vật liệu (ví dụ như sử dụng mùn thép
để mài mòn thép không gỉ). Để thuận tiện cho việc làm sạch thì các hạt phải mịn
nhưng bù lại thì hiệu quả mài mòn kém hơn.
 Mài mòn hòa tan: là một vật liệu có thể sử dụng dạng rắn trong phun khí hoặc
nước. Sau khi phun có thể hòa tan hạt mịn bằng cách rửa trôi hoặc hòa tan (ví dụ oxít
boron hòa tan trong nước tạo thành axít boric). Ngoài ra người ta còn sử dụng đá khô
để phun mài mòn (đá khô-CO2 tan ở nhiệt độ 40oC)
Phương pháp phun cát chân không: Là một hình thức khác của phun khí mài mòn:
Các mảnh mài mòn và mùn mài được rút ra một đường ống riêng để sử dụng lại.
 Phun nước mài mòn: Hệ số tẩy xạ thông thường là 200-300.
14


1.2.4.2. Phun Freon
Hệ thống phun Freon được phát triển để loại bỏ chất bẩn nhẹ trên bề mặt và thiết
bị sử dụng chất Freon (trichlorotrifluoroethane). Freon có độ nhớt và sức căng bề mặt
thấp cho phép thâm nhập và các khe hở vào vết nứt để loại bỏ chất bẩn bao gồm cả
dẫu mỡ. Freon không cháy và trơ hóa học do đó có thể tẩy xạ mà không làm hỏng các
dụng cụ, vật liệu. Phần lớn chất phóng xạ không hòa tan trong Freon và được lấy ra
bằng cách lọc hoặc chưng cất cho phép tái sử dụng Freon. Sử dụng dung dịch Freon
để tẩy xạ với áp suất vòi phun khoảng 15 Mpa cần lưu ý sử dụng găng tay. Tuy nhiên
sử dụng Freon trong công nghiệp lại khá hạn hẹp vì Freon rất ảnh hưởng đến môi
trường [3].
1.2.5. Sử dụng phương pháp nước áp lực ngoài thực tế
Phương pháp phun nước áp lực sử dụng nước nóng (đã khử khoáng) có axít citric
hoặc sodium hydroxít cho hệ số tẩy xạ DF khoảng từ 50-100. Đối với thùng chứa
chất thải phóng xạ thì sử dụng nước áp lực cao khoảng 400 MPa. Thiết bị nước phun
nước áp lực được tự động hóa nhờ cảm biến phóng xạ (cảm biến nhận diện nồng độ
phóng xạ kích hoạt vòi nước áp lực) [4].
Trong sự cố rò rỉ phóng xạ do nóng chảy vùng hoạt tại lò Three Mile Island 2,
các nhân viên cứu hộ có sử dụng phương pháp tẩy xạ sử dụng nước áp lực. Người ta
lấy các mảnh vỡ nhiên liệu trong ống ra bằng cách sử dụng phương pháp nước áp lực
với khoảng cách 15-120 cm tại 34 MPa hoặc 2,5-19 cm tại 240 MPa tỉ lệ ngang (tốc
độ di chuyển vòi nước áp lực)- 47-91 cm/phút. Hiệu suất tẩy xạ cao nhất tại áp suất
240 MPa - 19 cm và 41 cm/phút [4].

15


CHƯƠNG 2
KINH NGHIỆM TỪ CÁC THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG TẨY XẠ
NƯỚC ÁP LỰC TẠI NHẬT BẢN
Trên thị trường thường có rất nhiều loại máy phun nước áp lực khác nhau. Bao
gồm sử dụng nguyên liệu điện và xăng. Những máy phun nước áp lực sử dụng xăng
thường dùng piston làm động cơ. Còn những loại máy sử dụng điện làm năng lượng
chính thì sử dụng motor làm động cơ và dùng dây kéo làm bộ truyền động. Tuy nhiên
việc phân loại máy phun nước áp lực không dựa trên động cơ mà dựa vào bộ chuyển
đổi nước là chủ yếu nên máy phun nước áp lực trên thị trường được chia làm 2 loại loại hai pha và loại xoay.
2.1. Máy phun nước áp lực loại hai pha
2.1.1. Cấu tạo
Máy phun nước áp lực loại hai pha có cấu tạo như ta thấy trong hình 2.1, bao gồm:
(1) Bộ truyền động: sử dụng dây kéo để truyền động từ động cơ chính.
(2) Van áp suất: dùng để điều chỉnh áp suất cho đầu ra của vòi phun nước áp lực
(3) Nút cố định van áp suất: Giữ cho van áp suất không chuyển động khi máy
chạy làm lệch áp suất.
(4) Bình điều phối: Giữ cho dòng nước phun ra điều hòa không ngắt quãng.
(5) Đồng hồ đo áp suất: Đo áp suất.
(6) Van đầu ra: Đóng mở vòi phun.
(7) Đầu vào.
(8) Đầu hồi: Dùng để tuần hoàn dòng nước làm nước không bị nóng.
(9) Van đóng mở đầu hồi.
(10) Chân cố định.
(11) Nắp dầu: Dầu nhớt bôi trơn hệ thống.
(12) Nắp mỡ bò: Mỡ bò dùng để bôi trơn piston.
(13) Hộp chứa piston.

16


(2)
(1)

(4)

(3)
(5)
(6)

(11)
(7)

(13)
(8)
(10)

(9)
(12)
Hình 2.1. Máy phun nước loại hai pha.

2.1.2. Nguyên lý hoạt động
Sơ đồ hoạt động ở pha thứ nhất như hình 2.2.

Hình 2.2. Pha thứ nhất của máy hai pha [6].

17


Ở pha thứ nhất nước được lấy lên từ đầu vào bằng việc kéo piston lên cùng với
nắp lò xo ở cuối đầu vào được mở ra.
Sơ đồ hoạt động ở pha thứ hai như hình 2.3.

Hình 2.3. Pha thứ hai của máy hai pha [6].
Ở pha thứ hai piston đẩy xuống đồng thời nắp lò xo của đầu vào đóng lại, nắp lò
xo của đầu ra mở. Nước vì bị nén do áp suất tăng nên sẽ phun rất mạnh ở nắp đầu ra.
Nước ở nắp đầu ra được đưa tới bình áp suất, nước ở đây được tích tụ dần, khi đầy
bình áp suất thì nước đầu ra được phun ra ngoài bằng việc mở van đầu ra. Khi máy
hoạt động, lượng nước trong piston bị nén nhả liên tục làm nước nóng lên. Do đó
người ta gắn một thiết bị nhằm làm giảm nhiệt của hệ thống đó là đầu hồi. Đầu hồi
có nhiệm vụ tuần hoàn một lượng nước liên tục trong hệ thống làm hệ thống không
bị nóng lên.
Việc căn chỉnh áp suất của hệ thống nhờ vào van điều chỉnh áp suất. Van áp suất
làm nâng piston lên hoặc xuống. Khi piston được hạ xuống lượng nước mà piston hút
trong pha một nhiều lên. Khi đó áp suất đầu ra của máy sẽ tăng.

18


2.2. Máy phun nước áp lực loại xoay
2.2.1. Cấu tạo
Về cấu tạo bên ngoài máy phun nước áp lực loại xoay cũng gồm những bộ phận
như máy phun áp lực loại hai pha. Hình 2.4 cho thấy cấu tạo của máy phun nước áp
lực loại xoay bao gồm:
(1) Trục xoay.
(2) Đĩa chỉnh áp suất.
(3) Bộ 6 piston.
(4) Đĩa cố định .
(5) Đầu vào.
(6) Đầu ra.
(7) Trục chỉnh áp suất.
(7)

(6)
(1)

(5)

(4)

(2)
(3)
Hình 2.4. Cấu tạo máy phun áp lực dạng xoay [7].

19


2.2.2. Nguyên lý hoạt động
Hình 2.5 mô tả nguyên lý hoạt động của máy phun nước áp lực loại xoay.

Hình 2.5. Nguyên lý hoạt động máy phun áp lực loại xoay [5].
Khi trục quay hoạt động đĩa chỉnh áp suất hoạt động làm bộ sáu piston xoay
vòng. Lúc này sáu piston chia làm hai pha. Pha thứ nhất màu xanh, lúc này ba piston
lấy nước từ đầu vào. Khi đó piston đang ở vị trí trên cao nên nước chảy vào piston.
Khi xoay sang pha thứ hai màu đỏ, nhờ vào độ lệch của đĩa xoay mà ba piston lúc
này hạ xuống làm ép nước vào đầu ra của hệ thống. Đĩa cố định bên cạnh được đục
sáu vị trí tương thích với sáu piston nhờ đó nước đầu vào và đầu ra có thể chảy vào
được bên trong của piston. Ở đây van điều chỉnh áp xuất chỉ đơn giản làm tăng độ
lệch của đĩa xoay. Đĩa xoay càng lệch áp lực nước đầu ra càng lớn.
2.3. Phát triển hệ thống tẩy xạ sử dụng vòi phun nước áp lực áp suất cao
Tại Nhật Bản, Nissinkogyo Co., Ltd., một đơn vị của NPO Saiseisha, đã phát
triển công nghệ tẩy rửa sử dụng đầu phun nước áp lực (WJ) với áp lực đầu ra khoảng
25-30 MPa và công nghệ đánh sạch sử dụng đầu phun nước siêu áp lực với áp lực
đầu ra khoảng 250-280 MPa. Hơn nữa công ty phát triển hệ thống máy tự động làm
sạch áp lực cao để tẩy xạ các bề mặt hiệu quả.

20


Bộ phận hỗ trợ WJ được điều khiển từ xa và chạy tự động bằng chương trình.
Bằng việc kết hợp với công nghệ xử lý nước nhiễm bẩn khác, công nghệ tẩy rửa nước
áp lực cao được đưa vào ứng dụng thực tế.
Để tẩy xạ bề mặt bể, sàn bê tông và phần rãnh xung quanh bể, sơ đồ hệ thống tẩy
xạ sử dụng vòi phun nước áp lực được biểu diễn trong hình 3.1.
(1)

(2)

(5)

(4)

(3)

Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống tẩy xạ sử dụng nước áp lực.
(1) Bể cung cấp nước sạch.
(2) Bơm WJ.
(3) Bộ hỗ trợ WJ.
(4) Bộ thu hồi nước nhiễm bẩn.
(5) Thanh lọc hệ thống nước nhiễm bẩn di động.
2.3.1. Dụng cụ tẩy xạ nước áp lực cao
Nước dùng cho tẩy xạ được bơm trực tiếp từ thùng cung cấp nước tẩy xạ đến bộ
phận WJ. Tùy theo mục đích sử dụng ta có thể lựa chọn áp suất đầu ra khác nhau từ
10 MPa đến 280 MPa. Dòng chảy tối đa của bơm nước áp lực là 90 l/min và bơm
siêu áp lực là 35 l/min. Hệ thống hỗ trợ WJ có thể thay thế để phù hợp với mục đích
sử dụng. Nước thải sau khi tẩy xạ được thu hồi bằng bộ phận hút chân không siêu
mạnh đặt trên nắp thùng chứa có dung tích 2 m3 được biểu diễn trong hình 3.2. Sau
đó nước thải được đưa đến bộ phận lọc di động. Sau khi lọc xong, nước thải được
bơm ngược trở lại thùng chứa để sử dụng lại. Hệ thống trong hình 3.3 bao gồm một
phận hỗ trợ WJ (chiều rộng máy 1425mm, chiều rộng 1300mm, cao 1490mm) được

21


tự động chạy bởi chương trình và điều khiển từ xa. Một hộp (rộng 2000mm) tích hợp
vòi xoay di chuyển trong hộp để tẩy xạ bề mặt.
Vòi phun cầm tay (được cài đặt thay cho kiểu tự động) có khả năng tẩy rửa nhiều
bề mặt khác nhau. Hơn nữa, việc sử dụng bơm siêu áp lực, thay thế cho bơm WJ có
thể làm nứt mẻ bề mặt bê tông và đường nhựa bởi độ mạnh của nước siêu áp lực.
Trong trường hợp đó, sử dụng đầu phun hơi nước và đầu phun quay làm sạch, như
trong hình 3.4 có thể hạn chế độ sứt mẻ lên bê tông và đường nhựa
Các thông số áp suất và lưu lượng dòng chảy của toàn hệ thống và bộ phận sử
dụng trong thử nghiệm được biểu diễn trong Bảng 3.1.

Lọc
Thùng
chứa

Hình 2.7. Hệ thống tẩy xạ tự động.

Hình 2.6. Dạng thùng lưu trữ nước bẩn.

Hình 2.8. Máy phun quay.

22


Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật của các hệ thống tẩy rửa nước áp lực cao

Áp lực cao

Phương pháp tẩy rửa

Áp lực

Dòng

Đầu phun cầm tay

30 Mpa

20 l/phút

Hệ thống tự động áp

30 MPa

20 l/phút

250 Mpa

25 l/phút

280 MPa

45 l/phút

lực cao
Áp lực siêu cao

Đầu phun hơi nước
cầm tay
Máy phun quay

Đầu phun hơi nước cầm tay và vòi phun quay có thể làm sứt mẻ khoảng 0,5mm
bề mặt sàn bê tông và đường nhựa.
2.3.2. Bộ phận thanh lọc di động
Một bộ phận lọc nước di động đã đã được sản xuất với mục đích xử lý nước bẩn
tạo ra trong quá trình tẩy xạ đường bê tông và đường nhựa. Sơ đồ hệ thống được thể
hiện trong hình 3.5. và bộ phận tách chất bẩn hình 3.6. Nước nhiễm phóng xạ sinh ra
trong tẩy rửa được chứa trong (1), một bể chứa thô có một hộp lọc (mạng dây lọc
1mm) đặt bên trong của thùng chứa. Khi bật chế độ tự động, hệ thống bắt đầu, máy
phun chất tạo kết tủa (2) vận hành và phun vào thùng một lượng chất tạo kết tủa.
Thiết bị trộn (một cánh quạt dùng để hòa tan đều chất tạo kết tủa trong thùng) vận
hành khi nước bẩn được bơm vào trong thùng chứa chứa. Khi thùng chứa đầy, nước
bẩn được chuyển sang thùng chứa nước (4). Sau khi khuấy với thời gian quy định (4),
thùng khuấy đẩy nước sang bộ phận lọc nước chân không (6), bằng bơm (5). Trong
máy lọc nước chân không, một vật liệu lọc luân phiên hình trụ và trạng thái chân
không cao được giữ bên trong vật liệu lọc. Nước sau khi lọc được chuyển vào thùng
chứa nước (7). Một phần nước lọc trong thùng (7) được gửi đến bơm chân không như
nước mồi. Phần nước còn lại được chuyển đến (8) bồn chứa nước lọc (không dùng
bơm), nước trong thùng (7) được coi như nước dự trữ khẩn cấp vì thế thùng (7) và
thùng (8) được thiết kế sao cho khi thùng (7) đầy thì nước bắt đầu tràn sang thùng
(8). Phần chất bẩn còn lại được lưu trữ trong thùng chứa thải (9), và cuối cùng giữ

23


trong thùng làm bằng thép không gỉ. (10) là hệ thống điều khiển và (11) là máy phát
điện (10 kVA). Các máy bơm được điều chỉnh công suất sao cho lượng kết tủa không
bị tan trong quá trình bơm.

Hình 2.9. Sơ đồ của bộ phận tách chất bẩn từ thiết bị tẩy xạ di động.

Hình 2.10. Bộ phận tách chất bẩn.

24


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×