В случае положительного заряда на обрабатываемой поверхности имеет место анодная обработка, при подаче отрицательного заряда – катодная обработка

При катодной поляризации, то есть подачи на поверхность отрицательного заряда, электроны, концентрируясь на поверхности, вызывают частичное или полное восстановление окисных пленок на металлах с последующим их растворением в электролите. Поведение продуктов коррозии в растворах электролитов при ЭХД различно. Так, магнетит (Fe₃O₄) восстанавливается относительно легко, восстановление гематита (Fe₂O₃) затруднено даже при высокой плотности тока. Выделяющийся при катодной поляризации водород способствует разрушению оксидных пленок, но одновременно может поглощаться металлом, что приводит к его наводораживанию и охрупчиванию.

При анодной поляризации происходит окисление и растворение тонкого поверхностного слоя металла вместе с находящимися в нем радиоактивными загрязнениями. В зависимости от величины поляризации (плотности тока) процесс анодной ЭХД может отличаться. При относительно малых токах и хорошей растворимости продуктов реакции окисления происходит активное растворение металла – травление.

Для травления характерны следующие особенности:

1) скорость растворения отдельных зерен различна (структурное травление);

2) металл переходит в раствор в низшей валентности.

Дезактивация металлов от изотопов таких благородных элементов как Au, Ru, Po, Te … в этой области может быть неэффективна.

При увеличении плотности тока (анодной поляризации) скорость растворения металла резко падает. Наступает пассивация металла, сохраняющаяся в довольно широкой области потенциалов. Для ЭХД эта область неэффективна.

Дальнейшее смещение потенциала в положительную сторону приводит к новому подъему плотности тока и скорости растворения. Это область перепассивации или транспассивная (плотность тока 20¸100 А/дм²). Для этой области характерны:

1) переход металла в раствор в виде ионов высшей валентности;

2) в определенных условиях происходит полирование поверхности металла.

При полировании происходит растворение поверхностного слоя металла на участках химических и структурных неоднородностей и сглаживание микро- шероховатостей, что является положительным моментом ЭХД, поскольку отполированные поверхности менее восприимчивы к износу и коррозии, а также для повторного радиоактивного загрязнения

Образующаяся при анодной поляризации оксидная пленка при высокой плотности тока растворяется в электролите и от соотношения скорости ее образования и растворения зависит блеск поверхности.

При катодном и анодном травлении полированные и шлифованные поверхности дезактивируются более эффективно.

В качестве электролитов при ЭХД используют растворы фосфорной, азотной, серной, щавелевой кислот, а также их сочетания с добавками окислителей. Концентрации кислот могут меняться в диапазоне 5¸60 % масс.

Электрохимическую дезактивацию осуществляют погружным (ванным) или вневанным способами. Для погружного способа используют стандартные гальванические ванны, дополненные средствами радиационной защиты и улавливания радиоактивных аэрозолей. На практике использование погружного способа электрохимической дезактивации ограничено значительными энергетическими затратами, что особенно сказывается при обработке крупногабаритных деталей (плотность тока 20¸200 А/дм²), и неравномерностью отмывки поверхностей.

Данные недостатки частично устраняются при использовании вневанных способов ЭХД, которые заключаются в обработке участков поверхности дезактивируемого объекта путем перемещения по поверхности «микрованн», в которых происходят процессы электрохимической дезактивации.

В этом случае устройство для дезактивации представляет собой электрод, на торце которого закреплен впитывающий (пористый) изолирующий материал, смоченный электролитом. Производительность способа определяется скоростью растворения загрязненного металла, которая пропорциональна (в области транспассивного растворения) плотности тока. При заданном, согласно требованиям техники безопасности, напряжении источников питания 12 вольт силу тока ограничивает сопротивление межэлектродного промежутка (МЭП), промежутка между электродом и поверхностью. Увеличение плотности тока, а значит интенсификации процесса ЭХД, возможно только при условии значительного снижения сопротивления МЭП.

Такие условия достигаются при использовании выносных низкоомных электродов (ВНЭ), в которых торец электрода выполнен из электропроводного, гигроскопичного и химически стойкого материала. В качестве такого материала используют различные модификации углеродного волокна. Его сопротивление отвечает диапазону 10^¸2 ¸ 10^¸3 Ом·см² (для электролитов – 5¸15 Ом·см²). В момент прижатия напитанного электролитом электрода к поверхности, толщина межэлектродного пространства сокращается до долей миллиметра и его сопротивление становится пренебрежимо малым (~ 10^¸2 Ом). В этом случае выносным низкоомным электродом является углеродное волокно тампона и при безопасном напряжении источника питания плотность тока лежит в пределах 300¸800 А/дм².

Вследствие гигроскопичности углеродного волокна между ним и поверхностью металла всегда присутствует некоторое количество электролита, так что весь перенос заряда в межэлектродном промежутке осуществляется за счет электрохимических реакций. При высыхании волокон возрастает сопротивление границы волокно-металл, что препятствует короткому замыканию.

Для практического применения ЭХД с ВНЭ рекомендован ряд электролитов, прошедших испытания при дезактивации оборудования АЭС (верхнего блока реактора, съемных частей и корпусов задвижек, защитных труб СУЗ, крышки коллектора ПГ, поверхностей защитных камер и помещений ограниченного посещения). Некоторые из них приведены в следующей таблице

В ходе промышленных испытаний ЭХД основные затруднения возникали при дезактивации поверхностей контурного оборудования с коррозионными и технологическими отложениями на поверхности. Это связывается с трудностями поддержания плотности тока, необходимой для эффективной дезактивации, из-за более высокого сопротивления отложений (10^¸1¸10⁵ Ом·см²).

Характеристики электролитов, рекомендуемых для проведения анодной ЭХД (плотность тока 200¸500 А/дм²).

Ниже представлены результаты ряда опытно-промышленных испытаний применения ЭХД.

Примечание: плотность тока 200¸400 А/дм²; общая сила тока - 80¸100 А; составы электролитов: ФС – 10 % H₃PO₄ + 2,5 H₂SO₄; Ф – 10¸15 H₃PO₄.

Для активирования растворения плохо проводящих поверхностных оксидов исследовалась возможность повышения ЭХД при использовании переменного тока в азотнокислых растворах. Было показано, что использование переменного тока промышленной частоты позволяет проводить дезактивацию в более разбавленных растворах при плотности тока 200¸300 А/дм². Повышение плотности тока приводит к осаждению на поверхностях гидратированных оксидов железа. За одну минуту обработки модельных образцов были достигнуты коэффициенты дезактивации 10²¸10³.

Известные примеры промышленного использования ЭХД. 1985 год, ППР на Калининской АЭС (ВВЭР-1000). Дезактивировали поверхности оборудования I и II контуров: корпуса и крышки верхнего блока реактора; улитки главных циркуляционных насосов (ГЦН); компенсатор давления; коллектор парогенератора. Суммарная площадь обработанных поверхностей составила 14 м², при этом объем ЖРО не превысил 70 литров. При средней скорости обработки 1¸10 дм²/мин. были достигнуты К_д от 3 до 300.

Ниже представлены результаты применения ЭХД поверхностей корпуса реактора ВВЭР (материал – нержавеющая сталь).

Примечание: Условия обработки – общая сила тока 80¸120 А, электролит – 10 % H₃PO₄ + 2 % H₂SO₄.

Таким образом, можно констатировать, что способ ЭХД, особенно с применением выносного ВНЭ, является одним из наиболее эффективных способов дезактивации металлических поверхностей. Показано, что при использовании ЭХД могут быть достигнуты величины К_д по β – загрязнениям до 10³, а снижение мощности дозы в 50 раз. При этом количество ЖРО при использовании ЭХД по сравнению с погружным химическим способом дезактивации может быть снижено в зависимости от аппаратурного оформления процесса в 10¸100 раз.