Радиационные технологии
на Ленинградской атомной станции

Отдел радиационных технологий

Производство изотопа кобальта-60

Нейтронно-трансмутационное легирование кремния

Производство радионуклидов медицинского и общетехнического назначения


Отдел радиационных технологий

Ленинградская атомная станция

Отдел радиационных технологий (ОРТ) был сформирован на базе лаборатории радиационных технологий отдела ядерной безопасности и надежности в составе Ленинградской атомной электростанции в 1991 году, по инициативе руководства станции. 

Цель создания ОРТ — промышленная реализация на реакторах станции радиационных технологий, имеющих широкое прикладное значение и высокий коммерческий потенциал.

Ключевым преимуществом реализации радиационных технологий в канальном реакторе РБМК-1000 является его конструктивная особенность - возможность проведения технологических операций в любой момент времени непосредственно на работающем реакторе, в отличие от корпусных реакторов, где реализация радиационных технологий ограничена условиями эксплуатации реактора.

В настоящее время ОРТ успешно сотрудничает с отечественными и зарубежными заказчиками в области поставок радиоизотопной продукции и оказания услуг по радиационной обработке материалов.

Центральный зал

За первые годы существования отдела были проведены различные теоретические и экспериментальные исследования, целью которых являлась практическая "привязка" радиационных технологий к особенностям Ленинградской АЭС, как энергетического предприятия.

Выполнен комплекс расчетов, нейтронно-физических исследований, связанных с организацией технологических процессов в активной зоне реактора РБМК-1000 и бассейнах выдержки ОТВС.

Изучен опыт производства радионуклидной продукции и радиационной обработки материалов отечественных и и зарубежных производителей.

Разработаны, изготовлены и испытаны конструкции облучательных устройств (ОУ) и оснастка для дистанционного обращения с ними после облучения и разборки.

Отработаны транспортно-технологические операции при обращении с радионуклидной и облученной продукцией.

Обоснована ядерная и радиационная безопасность разработанных технологических процессов.

Блочный щит управления

Разработаны методики, аппаратура и оснастка для проведения технологического контроля ядерно-физических параметров облучения материалов и их дезактивации.

Проведен комплекс работ по сбору информации и анализу текущего состояния внутреннего и внешнего рынков изотопной продукции и радиационных технологий, проводилась пропаганда продукции и возможностей Ленинградской АЭС в этих направлениях.

Практические результаты этих работ легли в основу деятельности ОРТ. Внесены дополнения в проект АЭС и техническое обоснование безопасности реакторной установки. На основании выпущенной документации получены лицензии Ростехнадзора, разрешающие деятельность по обращению с радиоактивными веществами при их производстве, транспортировке и хранении.

В настоящий момент перед коллективом ОРТ стоят задачи:

· Выполнение обязательств по заключенным договорам и контрактам.

· Подготовка к проведению монтажа в 2008 году облучательного канала диаметром 305 мм на 1-м энергоблоке Ленинградской АЭС.

· Реализация концепции расширения производства кобальта-60 на реакторах Смоленской и Курской АЭС.

· Проведение совершенствования технологий и модернизации оснастки производства изотопной продукции на Ленинградской АЭС.

ПРОИЗВОДСТВО ИЗОТОПА КОБАЛЬТА-60

Кобальт-60, используемый для производства закрытых источников гамма-излучения, используемых в исследовательских и коммерческих облучательных гамма-установках, имеет высокую коммерческую ценность и устойчивый спрос.

Гамма-облучательные установки широко применяются во многих промышленно развитых стран (США, Канада, Франция, Германия, а также Китай, Бразилия, Аргентина и др.) и предназначены, в частности, для:

- стерилизации и дезинсекции пищевых продуктов;
- стерилизации медицинских инструментов и материалов;
- стимуляции роста и урожайности зерновых и овощных культур;
- обеззараживания и очистки промышленных стоков, твердых и жидких отходов различных видов производств;
- радиационной модификации свойств полимеров и изделий. 

Источник СБ60, производимый ОРТ

СБ60

Возможности канальных реакторов РБМК-1000 Ленинградской АЭС позволяют накапливать кобальт-60 с удельной активностью 50...80 Ки/г, в объемах до 6-8 миллионов Ки в год.

Накопление кобальта-60 в реакторах Ленинградской АЭС начато с 1995 г. в облучательных устройствах, совмещающих в себе функции безопасности (поглощение нейтронов) и накопления изотопа, имеющего высокий коммерческий спрос.

В ОРТ разработаны технологии полного цикла обращения с облученным кобальтовым материалом: сборка и постановка ОУ в реактор, контроль процесса накопления кобальта-60, извлечение ОУ из реактора, разборка ОУ на звенья, транспортировка звеньев ОУ и их вскрытие, вскрытие пеналов, извлечение капсул, проведение дезактивации поверхности капсул, измерение радиационных параметров, загрузка капсул в транспортные контейнеры.

Облученный кобальтовый материал (в форме кобальтовых таблеток (диаметром 6.8 мм и высотой 1.5 мм) с никелевым покрытием герметизирован в первичные активированные капсулы из нержавеющей стали 06Х18Н10Т. Геометрические размеры капсул (наружный диаметр — 8.2 мм; длина — 210 мм) соответствуют размерам внутренних капсул источников, производимых в России и за рубежом: это С-188 производства MDS Nordion (Канада), RSL 2089 производства PURIDEC (Великобритания), ГИК-А3 производства ПО "МАЯК", ГК60СО2 и ГК60СО3 производства ГНЦ РФ НИИАР (Россия). 

 

Оператор В.П. Махнов за работой в горячей камере Коллектив горячей камеры 4-го энергоблока: А.М. Расторгуев, В.Н. Пичкуров, В.П. Махнов, М.П. Козык, В.М. Сучков

Ленинградская АЭС поставляет заказчикам облученный кобальтовый материал в источнике СБ60, соответствующим требованиям, предъявляемым к радиоактивному материалу особого вида (Сертификат RU/6013/S). Источник СБ60 изготавливается в соответствии с требованиями ТУ 95 2724-99.

Нейтронно-трансмутационное легирование кремния

Слиток монокристаллического кремния

Si2814 (кремний) - химический элемент 4 группы Периодической системы элементов. Природный кремний состоит из смеси стабильных изотопов - 28 Si (92,28%), 29 Si (4,67%) и 30 Si (3,05%). Благодаря полупроводниковым свойствам, кремний (и соединения на его основе) широко используется в передовых отраслях промышленности ведущих стран мира.

Наиболее актуально использование полупроводниковых свойств кремния в различных электротехнических приборах и устройствах, которые играют важнейшую роль во всех областях электротехники, электроники и связи.

В целом надежность и электрофизические параметры готовых приборов в первую очередь зависят от исходной чистоты, точности и равномерности дозировки легирующих примесей при сохранении однородности свойств монокристаллов кремния. 

Виды электронной продукции, в которой используется легированный кремний Облучательный канал реактора РБМК-1000

Использование радиационных методов легирования открыло новые перспективы в создании "силовых" полупроводниковых элементов и сверхсложных систем микроэлектроники. Принципиальным моментом нейтронно-трансмутационного легирования (далее - НТЛ) является то, что легирующие примеси не вводятся в исходный материал извне, а образуются в процессе облучения непосредственно из атомов легируемого материала.

В основе НТЛ лежат ядерные реакции, которые протекают в кристалле кремния. Под воздействием потока тепловых нейтронов происходит образование радиоактивного изотопа 31Si и его последующий распад с образованием стабильного фосфора 31P. Образующийся 31P создает проводимость n-типа. 

Технологический процесс легирования кремния - подготовительные операции

Научное обоснование использования отечественных реакторов РБМК-1000 для НТЛ кремния в промышленных масштабах, без ущерба для производства электроэнергии, было предложено в 1980 году.

В РБМК-1000 спектр нейтронов существенно мягче, чем в легководных исследовательских и энергетических реакторах. Благодаря большим размерам реактора, поток тепловых нейтронов в активной зоне имеет требуемую равномерность для легирования вертикальной гирлянды слитков кремния. К тому же, плотность потока нейтронов при работе РБМК-1000 на заданной мощности остается практически постоянной за все время облучения. Все эти факторы приводят к снижению количества радиационных дефектов в облученном материале, что, в конечном итоге, обеспечивает высокое качество легирования кремния.

На Ленинградской АЭС для легирования кремния используются облучательные каналы реактора с водяным охлаждением.

Облучательные комплексы реакторов Ленинградской АЭС оснащены системами автоматизированного контроля потока нейтронов (АКПН), позволяющими обеспечить требуемое качество и технологичность процесса легирования слитков кремния. 

Схема расположения гирлянды из слитков кремния в активной зоне реактора


На рисунке представлена схема расположения гирлянды из слитков кремния в активной зоне реактора. Зеленым цветом показана биологическая защита реактора, желтым и оранжевым - активная зона реактора, голубым - облучательный канал, сиреневым - вертикальная гирлянда из слитков кремния. Канал заполнен водой.

На Ленинградской АЭС доведена до промышленного использования технология по НТЛ слитков кремния диаметром до 85 мм. 

Диапазон слитков легированного кремния, применяемого в промышленности

В последние годы ведущие мировые производители электронной аппаратуры ориентируются на кристаллы и пластины кремния больших диаметров (до 305 мм), обеспечивающих максимальный экономический эффект при производстве. Как следствие, фирмы, занимающиеся выращиванием кристаллов кремния, тоже перестраиваются на большие диаметры. 

Коллектив участка производства изотопов за работой: Г.П. Арсеваткин, Н.П. Порожнетов, А.К. Куркин

В реакторах РБМК-1000 имеется практическая возможность осуществлять НТЛ монокристаллов кремния диаметром до 305 мм, если оснастить их облучательными каналами соответствующего диаметра.

В соответствии с утвержденным проектом, на Ленинградской АЭС изготовлены металлоконструкций для облучательного канала диаметром 305 мм, с размещением в отражателе реактора. 

 

Производство радионуклидов медицинского
 и  общетехнического назначения.

Производство радионуклидов медицинского назначения осуществляется на Ленинградской АЭС уже более 15 лет. ОРТ осуществляет услуги для НПО "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" по облучению в нейтронном потоке стартовых материалов с целью получения радионуклидов. Основными производимыми радионуклидами являются Mo-99 (Tc-99m) и I-125.

Образование (наработка) радионуклидов осуществляется в герметичных блок-контейнерах, содержащих ампулы со стартовыми веществами. Блок-контейнеры соответствуют требованиям технических условий РБМ-К7.Сб.261 ТУ.

Для производства радионуклидов используются каналы камеры деления и специальные облучательные каналы.

В каналы загружаются вертикальные гирлянды, состоящие из блок-контейнеров. 

Производство изотопов: транспортно-технологические операции

Производство Мо-99 (Tc-99m)

На протяжении ряда лет Ленинградская АЭС полностью удовлетворяет потребности в Мо-99 (Tc-99m) Северо-западного региона России. Дочерний изотоп технеций-99m, образующийся при распаде молибдена-99, извлекается на радиохимической установке по экстракционной технологии (централизованном генераторе) в виде препарата "Раствор натрия пертехнетата" и доставляется в клиники для проведения радиодиагностических исследований.

На основе этого препарата непосредственно перед проведением радиодиагностических исследований, готовят радиофармпрепараты, такие как "Пирфотекс, Тс-99m"; "Бромезида, Тс-99m"; "Цитратех, Тс-99m". Ежемесячный объем поставки препарата Тс-99m в лечебные учреждения г. С.-Петербурга позволяет проводить около 3000 диагностических процедур.

При росте спроса на эту продукцию возможно увеличение объема производства. 

Производство изотопов: транспортно-технологические операции

Производство I-125

На Ленинградской АЭС производство I-125 находится на уровне 200 Ки в год.

На основе радиоизотопа I-125 синтезируются стероидные гормоны, меченные радионуклидом йод-125, а также изготавливаются йодные источники.

Производимые препараты и йодные источники предназначены для проведения радиодиагностических анализов, при проведении научно-исследовательских и экспериментальных работ в области биоорганической химии, генной инженерии и медицины.

Использование стероидных гормонов, меченных радионуклидом йод-125 в медицине, позволяет осуществлять раннюю диагностику ряда онкологических заболеваний, выявлять нарушения функции половых желез и надпочечников, системы гипоталамус-гипофиз-кора надпочечников и т. д.

Имеется принципиальная возможность значительного увеличения объемов производства I-125 для поставок на внешний рынок радиоизотопной продукции.

Развитие производства углерода

В настоящее время на Ленинградской АЭС осуществляется экспериментальный этап получения радионуклида углерод-14 (C-14). Расчетные возможности Ленинградской АЭС по производству С-14 находятся на уровне 300 Ки/год. С-14 накапливается в каналах облучательного устройства.

Выпуск продукции предполагается осуществлять в виде препарата Ba14CO3.

Исследуется возможность накопления С-14 в модернизированных элементах вытеснителя стержней СУЗ (при замене графита на стартовые азотсодержащие материалы). В ближайшей перспективе это позволит производить С-14 в промышленных масштабах. 


Вверх