Caratterizzazione di sorbenti a base di carboni per gas radioattivi

Il presente programma di ricerca di dottorato verte sui sorbenti a base di carbone per gas radioattivi. Un’importante applicazione include l’adsorbimento di gas rilasciati durante l’esercizio degli impianti nucleari. I gas contaminati contengono oltre allo iodio, che viene rimosso con filtri di carbone impregnato, piccole quantità di gas nobili radioattivi. Questi sono principalmente isotopi a vita breve, quindi un ritardo di rilascio permette il decadimento a valori di attività inferiori ai limiti di legge. Due tecniche di ritardo sono usate per questo scopo: immagazzinamento in contenitori speciali o passaggio attraverso letti di ritardo a carbone attivo. Nel primo metodo, i gas nobili e il gas di trasporto vengono pressurizzati e sigillati in recipienti in pressione. Dopo un tempo di ritenzione che varia tra 30 e 60 giorni, il contenuto è rilasciato in atmosfera. I letti di ritardo consistono di un numero di camere riempite con carbone, che ritardano il passaggio dei gas nobili rispetto al gas di trasporto e ne permettono il decadimento sino a valori accettabili di attività. Le proprietà dei carboni sono fortemente influenzate dalle caratteristiche termodinamiche del flusso, pertanto il circuito realizzato nel Laboratorio di Misure Nucleari permette di caratterizzare i campioni in varie condizioni di pressione (1 bar-9 bar), temperatura (20°C-50°C), umidità relativa (0-50%)e portata del flusso(80 Ncm3/min-4000 Ncm3/min). Il gas di trasporto (azoto) opportunamente condizionato , viene fatto flussare attraverso una cella contenente circa 25 g di carbone. Ad un dato istante viene rotta all'interno del circuito una fiala contente un gas nobile, kripton-85 o Xenon-133. Questi isotopi decadono per emissione beta che sono facilmente rivelabili con un contatore Geiger-Muller all'uscita della camera di prova. Il tempo di ritardo che il tracciante impiega per attraversare il letto rispetto al gas di trasposto ci permette di calcolare il coefficiente di assorbimento dei carboni. Il circuito è stato progettato per eseguire le prove sia in condizioni stazionarie di pressione e portata che in condizioni transitorie, in cui è possibile variare la pressione mantenendo la portata costante. Il modello utilizzato per il trattamento dei dati sperimentali è la teoria delle camere teoriche, che permette di determinare direttamente le proprietà di adsorbimento dalla curva di eluizione (andamento della concentrazione del tracciante in uscita dal letto in funzione del tempo). I risultati ottenuti sono pienamente in accordo con la teoria, e grazie alla grande quantità di dati, abbiamo potuto effettuare un confronto tra il modello dell'adsorbimento dinamico(teoria delle camere teoriche) e quello dell'adsorbimento statico(isoterma di Langmuir), ottenendo interessanti analogie.