Химики-Фукусиме (только научно-технические вопросы)

[Smol]

Коллеги, на форуме Атоминфо физики-атомщики пытаются осмыслить ситуацию и выработать какие-то предложения по улучшению ситуации на Фукусиме. Ряд вопросов касается и химической тематики, которой владеют кемпортовцы. Нужна наша с вами помощь.

Поэтому, просьба воздержаться в этой теме от флуда (тем более, что в курилке есть две темы для "пятиминуток ненависти") и обсуждать здесь только технические проблемы.

В частности, проблема такая: в реактора и в бассейны выдержки подается охладающая вода. На дне реакторов (и видимо, на дне бассейнов) лежит раскаленный кориум (остывающее содержимое активной зоны реактора и поплавившейся части ТВЭЛов). Но и сами реактора, и окружающие их контейменты, и бассейны выдержки, видимо, текут: вода, уносящая с собой часть радиоактивных веществ собирается в подвалах станции (которые тоже частично текут), в итоге - плохая вода поступает в море.
Снаружи подойти и как-то "залепить" дырки невозможно, очень высокая радиация, да и доступа к некоторым местам нет.
Надо что-то добавить в подаваемую в реактора и в бассейны охлаждающую воду, чтобы это нечто хотя бы частично залепило трещины в бетоне и щели в нержавеющей стали.
Температура там: в воде и на стали до 100 гр.С, на раскаленных поверхностях кориума - до 1000 гр.С, бетонные конструкции, естественно - уличной температуры.
Это "нечто" не должно давать коксового остатка на кориуме и на ТВЭЛах, иначе ухудшатся условия теплоотвода, может произойти расплавление и пока еще целых ТВЭЛов.
В простонародье, когда течет радиатор автомобиля, в тосол добавляют сухой горчичный порошок, который набухая в горячей жидкости, затыкает дырки... Есть еще и специальные герметики для радиаторов автомобилей, только вот из чего они сделаны (и насколько стойки к радиации) - я не знаю.
И еще один вопрос - возникло предложение "затянуть" все течи кварцевым песком, подавая его вместе с водой в бассейны... (Я-то лично предложил диатомитовую землю, она еще и сорбционным эффектом обладает). Но что будет при попадании песка на кориум - я не знаю, песок вообще-то плавится? А если плавится - то при какой температуре, и насколько велика теплопроводность этого расплава (по сравнению, скажем, с теплопроводностью какого-то из расплавов металлов)? А может, он вообще в металлический кремний в таких условиях превратится?

[dan14444]

А йа давно говорил - не воду туда надо лить, а плавленную буру. И хрен с ним с теплоотводом, то что расплавится - мгновенно погаснет. После чего в протечках застынет и будет всем щщастье.

[DSP007]

Ничего не надо добавлять. Надо высыпать на дно под реактор максимально возможное количество магнезита в смеси с бурой и песком , стравить давление с 1-2 реакторов (третий порвало и там нет давления) , прекратить подавать воду и спокойно дожидаться когда топливо проплавит днище реакторов, попадет в магнезит и там остеклуется.
А заткнешь дырки- еще предохранительные клапана залепишь- и хорошо если рванет паропровод. А если реактор ? В котором грубо 100 тонн воды в сверхкритическом состоянии, по бризантной мощности это не хуже тротила.

А касательно воды под станцией - собрать со всех японских детей сраные памперсы и покидать. А потом, когда они впитают воду извлечь багром , высушить и в печку.

[Polychemist]

Диатомита лучше не надо. Хоть кремнезем и плавится под 2000, но это чистый кремнезем. В диатомите, даже очищенном, есть глинистые примеси. И он вполне может спечься при 500С в очень теплоизолирующую корку. Хотя это теория. Имеется же в виду суспензия в воде, которая попав на 1000С будет весело шипеть. В принципе в любой заинтересованной организации за 1-2 дня могли бы собрать модельную установку для проверки всяких идей.

[avor]

Мое мнение ничем им уже не поможешь. Воду надо сливать потому что если ее не сливать пипец неизбежен, поэтому заражение неизбежно. Теперь уже что либо делать бессмысленно. Думать надо было при проектировании, и эксплуатации, кто же тысячи тон отработанного и еще активного топлива хранит в сейсмоопасной зоне. Какая разница в море они проточку сольют или в подземные горизонты. Везде гадость будет. Активные зоны уже порушились, теперь то, что кулаками махать. Обеспечить герметичность оборота охлаждающей воды в системе, разрушенной взрывом, в принципе невозможно.

Можно убить тысяч 50 добровольцев, попытался растащить(по нормальным хранилищам) то, что еще не разрушилось, но активно, а остальное пустить на самотек (можно бульдозерами разровнять, (а можно взорвать рассеять так сказать по площади, что бы не грелось. Что заражение?! А оно и так будет - все уже), чтоб остывало само без особых перегревов, только бульдозеристы вымрут все), окружив высоким забором. Потому что поливать открытый активно делящийся материал водой это просто развлечение - фокусы-покусы, вода на распад никак не влияет, а температура и так растет тепловые взрывы с водой, куда более вероятны чем без нее.
А так будут они еще пару лет поливать это водой пока активность упадет. Заразят, все что можно. Потом сделают огромный могильник и все.

Можно было вообще ничего не поливать водой АЗ поплавились бы и пошла бы под землю циркониево силикатным комом. Сам бы себя и похоронил бы. А потом, когда остыл, тунелики к нему прорыть и бетончиком залить в шарик, чтоб не сочилась радиоактивность в кору.

Только никто таких радикальных решений принимать не будет. Прошли времена тоталитаризма.

На счет моделирования. Создавать печку с таким же тепловыделением из циркониевых стержней это дело не 2-3 дней.

А моделировать задержку протечек в бетонных бассейнах с периодическими тепловыми взрывами ну не за три дня за пару тройку недель можно организовать, только пустое это все. Заделка дырок в бассейнах это такая незначительная хрень, по сравнению с открытой активной зоной.

[dan14444]

С песком и диатомитом, даже исходно чистыми, при контакте с горячими поверхностями начнётся химия. В лучшем случае зона контакта станет относительно легкоплавким стеклом с непредсказуемыми свойствами. Многие металлы при тысяче восстановят кремний... В общем, что там конкретно получится предсказать непросто.

И главное - непонятно - нафига... Реакцию глушить надо, а не гибрид аквариума с паровым котлом изобретать...
Лить буру в, а если есть доступ - то и разумеется под реактор... Вода - зло.

З.Ы. Просто ждать проплавления и ловить снаружи - сомнительно, можно критмассы и хлопка дождаться, раскидает всё нафиг.

[dimchik_b]

Лить насыщенный при 100 градусах раствор чего-то (хоть буры). На внешней, холодной стороне он будет кристаллизоваться и, может, забьет течи.

[Smol]

Самоподдерживающейся цепной реакции (СЦР) вроде пока нигде нет, что в кориум попало - то уже там, проблема в том, чтобы не поплавились еще новые сборки, тогда кориума станет больше и тогда уже возможно все...
Поэтому-то и льют воду: чтобы не дать возможность развалиться тому, что еще сохранилось... (Там циркониевый корпус ТВЭЛа при высокой температуре и при контакте с водой просто вытесняет из воды водород, кстати, толщина этого корпуса - всего 0,8 мм).
И вся беда в том, что в результате землетрясения возникли щели в тороидальном барботере (это внизу, под корпусом реактора) и трещины в бетонных стенках герметичной оболочки (контеймента). Снизу вроде есть 6 м бетона (сколько там на самом деле - никто не знает), так что вроде снизу трещин быть не должно. Но остальные течи надо чем-то хоть временно загерметизировать. а то получается фабрика по производству высокоактивных жидких радиоактивных отходов...

Насчет лить раствор буры: тут еще главное - не навредить, при высоких температурах солевые растворы могут вызвать сильную коррозию оставшихся целыми ТВЭЛов...

[Smol]

...В принципе в любой заинтересованной организации за 1-2 дня могли бы собрать модельную установку для проверки всяких идей.

Да беда еще и в том, что наши Росатом как-то вяло отнесся к этим проблемам, типа: у нас этого всего не может быть никогда... А дали бы деньги - так был бы разговор... Но может, чуть позже, проймет...

[Smol]

А йа давно говорил - не воду туда надо лить, а плавленную буру. И хрен с ним с теплоотводом, то что расплавится - мгновенно погаснет. После чего в протечках застынет и будет всем щщастье.

Кориум уже не остынет, он достаточно долго (может и 30 лет, но надеемся, что намного меньше) будет горячий, просто из-за естественного остывания... Как-то ускорить остывание кориума путем введения внутрь его чего-то нейтронопоглощающего уже нельзя, что в нем есть - то и есть... Остается только обеспечить ему наиболее оптимальные условия охлаждения...

[serg1]

1. Дырки "горчицей" уже не заткнуть. Когда принимали вынужденное решение заливать морской водой (хотя не понятно, почему не смогли заливать пресной) это уже было очевидно. Кипящие хлоридные растворы очень сильно способствуют межкристаллитной коррозии сталей ( особенно в зонах термовлияния - это и сварные швы, и зона контакта с кориумом). Так что первый контур теперь весь в дырках. По этому поводу есть огромный (но мало кому доступный) опыт аварий на лодках.
1.а. Так что теперь остается продолжать заливать. А воду с протечек собирать, очищать хотя бы на 90% на сорбентах, и снова отправлять на реактор.
Чтобы не уходило в море и в подземные воды- строить "стену в грунте", перед ней скважины, откачивать и туда же.
2. Кориум будет остывать все-таки не совсем 30 лет. Т.е. 30 лет- это до "теплого" состояния, а до приемлемого с точки зрения "прекратить полив" - это несколько месяцев. В принципе я бы предложил жаростойкий магнезиально- фосфатный бетон закачать ( в порядке маленькой саморекламы - дисперсно-армированный нашей борсодержащей фиброй ) Ну а потом сверху строить крышку типа чернобыль.

[chemist-s]

Чтобы не уходило в море и в подземные воды- строить "стену в грунте", перед ней скважины, откачивать и туда же.

Обнести энергоблок бетонным кольцом и все время копать глубже и наращивать его стенку вниз до тех пор, пока не встретятся твердые породы, там налить "ласт". Получится здоровенный макропромышленный химический рактор переработки, аналогичный тому, который у них засветился по черенковски в 1989 г. (то был как бы опытный прототип, они на нем накопили опыт работы с радиоактивными растворами в ведрах ). Для копания за высокую плату привлечь несколько миллионов бедных китайцев, можно и из России, облучение им в какой-то мере даже полезно

[Meta-Don]

Я тут уже думал про это и даже отправил в посольство Японии своё предложение. Ниже скопировал некоторую часть этого письма.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ:
Нужно добавлять в ядерный реактор и в землю рядом с реактором химические компоненты, которые смогут образовать пробки в трещинах фундамента и в земле (в водоносных слоях), что сделает возможным остановить утечку радиации из реактора.
Чтобы в трещинах и в водоносных слоях земли образовалась пробки, нужно сделать два действия:
1. Нужно постоянно добавлять в воду, которой сейчас охлаждают ядерный реактор, Na2B4O7.
Его можно либо просто сбрасывая в реактор в мешках, либо подавать вместе с водой в виде суспензии.
2. Нужно в земле вокруг станции пробурить скважины и начать постоянно закачивать насосом в землю раствор CaCl2
Для ускорения процесса нужно землю вокруг станции также поливать раствором CaCl2.

При этом в земле и трещинах фундамента будет происходить химическая реакция:
Na2B4O7 + CaCl2 = CaB2O4 + NaCl

В результате этой химической реакции будут образовываться нерастворимые в воде мелкие частицы CaB2O4, которые закроют в водоносных слоях земли все поры и этим во много раз уменьшат способность водоносных слоёв земли пропускать через себя (фильтровать) заражённую радиацией воду.
В результате заражённая радиацией вода перестанет через землю уходить из реактора.
Вторым действием этой химической реакции будет образование непосредственно в трещинах реактора пробок из нерастворимого в воде бората кальция, которые тоже будут препятствовать выходу заражённой воды из реактора.

Все применяемые химические компоненты имеют дополнительно важные положительные свойства:
1. Na2B4O7 - кроме образования нерастворимого соединения он замедляет ядерную реакцию за счёт атомов бора.
2. CaCl2 полностью безопасен для людей – он в небольших количествах содержится в морской воде.
3. Образующийся в земле нерастворимый CaB2O4 - безопасный минерал, встречающийся в природе в виде борной руды.

[chemist-s]

А какое примерно количество Na2B4O7 и CaCl2 потребуется, оно сопоставимо с реальными запасами хотя бы нескольких стран?

[Meta-Don]

Оценочно:
Нам не нужно пропитывать осадком бората кальция всю землю на территории станции, а нужно пропитать только землю, находящуюся в радиусе 20-30 метров от трещин в фундаменте.
Я не думаю, что фундамент весь испещрён трещинами, думаю что длина трещин максимум несколько километров. Нам требуется локально снизить водопроницаемость прилежащей к трещинам земли.
Предположим, в земле для снижения фильтруемости нужно получить 1% бората (от веса земли). Тогда на 1 километр трещины приходится 1 млн. м3 земли с радиусом от трещины 25 м. Соответственно, на 1 км. трещины потребуется 10.000 тн. буры.
Для промышленности это несерьёзное количество, у нас на Дальнем Востоке в г. Дальнегорске завод "БОР" запросто такое количество отгрузит.
А хлористый кальций - это отход производства кальцинированной соды, его есть целые озёра.

[Smol]

Дырки "горчицей" уже не заткнуть. ... Первый контур теперь весь в дырках...

Речь идет о затыкании дырок не столько в реакторе (возможно, днище всех реакторов, кроме первого, уже проплавлено кориумом), а хотя бы в контейменте, он бетонный, может все-таки есть какое-то вещество, которое сможет постепенно забить там хотя бы мелкие трещины. Вот, что если туда мелкий чистый кварцевый песок добавить, да хоть тот же аэросил?

Так что теперь остается продолжать заливать. А воду с протечек собирать, очищать хотя бы на 90% на сорбентах, и снова отправлять на реактор...

Радиоактивная слишком, с такой невозможно работать...

Чтобы не уходило в море и в подземные воды- строить "стену в грунте", перед ней скважины, откачивать и туда же.

Строить стену - это давно японцам предлагали, но они только тонкую стальную стенку в море построили - и все...

Кориум будет остывать все-таки не совсем 30 лет. Т.е. 30 лет- это до "теплого" состояния, а до приемлемого с точки зрения "прекратить полив" - это несколько месяцев. В принципе я бы предложил жаростойкий магнезиально- фосфатный бетон закачать

Куда его закачать? Я бы его закачал бы только в подземные помещения станции и машинного зала, чтобы снизить размер протечек через трещины в бетонном контейменте...

Ну а потом сверху строить крышку типа чернобыль.

На Атоминфо предлагали сверху всего этого дела (как решится вопрос со съемом тепла с кориума) большую гору насыпать, и назвать ее "Фукуяма"...

[Smol]

...Обнести энергоблок бетонным кольцом и все время копать глубже и наращивать его стенку вниз до тех пор, пока не встретятся твердые породы, там налить "ласт".

Станция стоит в 55 метрах от берега моря, ее минусовые отметки находятся практически на уровне моря. Геоподоснова неизвестна, похоже, что никаких скал там нет, это что-то типа известняка (то есть мягкой породы). Чтобы "копать вниз" - надо замораживать грунт, а на площадке достаточно высокий уровень радиации, долгие работы с тяжелой техникой там сильно затруднены...

[Smol]

Нужно постоянно добавлять в воду, которой сейчас охлаждают ядерный реактор, Na2B4O7...

А какой рН у водного раствора буры, как этот раствор будет воздействовать на циркониевые ТВЭЛы, не усугубит ли он их коррозию? И насколько бура стабильна в условиях сильного радиолиза и при попадании на раскаленный кориум? Не будет ли она выделять что-то газообразное, скажем?

[Smol]

Мое мнение - ничем им уже не поможешь...

Честно говоря, мое - такое же... Как всегда в безвыходной ситуации утопающий хватается за соломинку...
Но постараться сделать все, что технически возможно - это правильно, не там, так вдруг где еще такая страшная ситуация повторится. И потом: dum spiro, spero.

[Meta-Don]

У буры всё ништяк, она не подведёт! рН у неё слегка щелочной, от радиолиза она балдеет, связывая своими атомами бора нейтроны.
А если есть опасения про коррозию, то можно и ингибиторы коррозии добавить.