專利名稱：用來處理放射性廢物的先進(jìn)微波系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及放射性廢物的處理和處置，并且更具體地涉及用來干燥、熱解和玻璃化放射性廢料以便減小廢料的體積的系統(tǒng)和過程。
背景技術(shù)：
放射性廢物的穩(wěn)定化和處置是包括多種技術(shù)和方法的復(fù)雜的領(lǐng)域。在一些過程中，是核反應(yīng)的副產(chǎn)物的放射性同位素與各種摻合物材料結(jié)合，該摻合物材料設(shè)計(jì)成隔離和俘獲特定放射性同位素或使得緊鄰核副產(chǎn)物更安全且更容易操縱。在這里集體地稱為“介質(zhì)”的各種摻合物材料包括許多無機(jī)和有機(jī)物質(zhì)(包括一些有機(jī)樹脂)。包括介質(zhì)和放射性同位素的混合物在這里總體稱為“放射性廢物”、“廢料”或簡(jiǎn)稱為“廢物”。放射性廢料的處置是昂貴的過程，該過程高度取決于被處置的廢料的體積。因此，非常希望找到用來壓實(shí)廢料，因此減小要被處置或存儲(chǔ)的廢料的體積的方法和系統(tǒng)。其它穩(wěn)定化技術(shù)可以根據(jù)所需的體積和添加劑以變化的程度提供一些體積減小。雖然無機(jī)沉淀物的體積減小受材料的性質(zhì)(即，完全無機(jī)的并且不能經(jīng)受熱解)限制，但有機(jī)沉淀物或有機(jī)樹脂當(dāng)全部熱解時(shí)可以經(jīng)受高得多的體積減小。

發(fā)明內(nèi)容
這里公開的是借助由微波加熱執(zhí)行的廢料的處理通過干燥，并且在一些情況中，通過熱解或玻璃化用來減小放射性廢料的體積的系統(tǒng)和過程。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，用來處理放射性廢料的先進(jìn)微波系統(tǒng)包括微波施加器，該微波施加器將微波導(dǎo)向沿傳送帶向著廢物容器移動(dòng)的放射性廢料的薄層。該層廢料的厚度或深度使得該層的整個(gè)深度可以被微波完全穿透。在其它實(shí)施例中，先進(jìn)微波系統(tǒng)包括微波施加器，該微波施加器布置成將微波導(dǎo)向布置在廢物容器內(nèi)的放射性廢料的薄層。同樣，該層廢料的厚度或深度使得該層的整個(gè)深度可以被微波完全穿透。在又一些其它實(shí)施例中，先進(jìn)微波系統(tǒng)包括微波施加器，該微波施加器布置成將微波導(dǎo)向?qū)U料供給到廢物容器中的料斗內(nèi)的大量放射性廢料。在許多這些實(shí)施例中，接收放射性廢料的廢物容器是用于最終廢物產(chǎn)物的長(zhǎng)期或永久存儲(chǔ)容器。先進(jìn)微波系統(tǒng)通常是用來使放射性廢物穩(wěn)定化的較大的系統(tǒng)的一部分并且適于接收放射性固體或漿體廢物供給。廢物供給是原料放射性廢物被較大的系統(tǒng)的其它部件處
理的結(jié)果。


通過結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明的以下詳細(xì)描述，將更清楚地理解本發(fā)明的上述特征，其中圖I是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的方塊圖；圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的代表性圖，示出結(jié)合由傳送帶承載的廢物供給裝置使用的先進(jìn)微波系統(tǒng)；圖3A是本發(fā)明的另一實(shí)施例的剖視圖，其中廢料在薄層廢料被添加到廢物容器 之后被微波處理；圖3B是如圖3A中示出的實(shí)施例的剖視圖；圖3C是如圖3A和3B中示出的實(shí)施例的剖視圖；圖4是本發(fā)明的另一實(shí)施例的方塊圖，其中廢料在沉積在最終廢物容器內(nèi)之前在料斗內(nèi)被微波處理；圖5是具有用來接收廢料的料斗的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的透視圖，該廢料在沉積在廢物容器中之前在料斗內(nèi)被微波處理；圖6是圖5中示出的實(shí)施例的透視圖，料斗的壁被部分地移除以示出料斗的內(nèi)部;圖7A是圖5和6中示出的實(shí)施例的從頂向下的視圖，示出沿其獲取圖6B的視圖的截線；圖7B是圖5、6和7A中示出的實(shí)施例的剖視圖；圖8是具有用來接收廢料的料斗的本發(fā)明的另一實(shí)施例的剖視圖，該廢料在沉積在廢物容器中之前在料斗內(nèi)被微波處理。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種先進(jìn)微波系統(tǒng)，該先進(jìn)微波系統(tǒng)用來產(chǎn)生具有可由微波完全穿透的厚度的一層放射性廢料并且用來施加微波到其上。先進(jìn)微波系統(tǒng)通常是用來使放射性廢物穩(wěn)定化的較大的系統(tǒng)的一部分并且適于接收放射性固體或漿體廢物供給。廢物供給是原料放射性廢物被較大的系統(tǒng)的其它部件處理的結(jié)果。更具體地，在一些實(shí)施例中，廢物供給是原料放射性廢物經(jīng)受總懸浮固體(TSS)移除、總?cè)芙夤腆w(TDS)移除、污垢物移除、預(yù)濃縮和純化的結(jié)果。固體廢物供給包括樹脂、沉淀物、蒸發(fā)器底部物和鹽廢物。先進(jìn)微波系統(tǒng)將廢料操縱成一層廢料并且使該層經(jīng)受微波施加器。在一個(gè)實(shí)施例中，該層廢料通過傳送帶或類似供給系統(tǒng)移動(dòng)通過微波施加器。在該層廢料移動(dòng)通過微波施加器時(shí)，微波施加器施加微波到該層。微波到該層廢料的施加加熱并且熔化該混合物，在啟動(dòng)玻璃化過程之后產(chǎn)生熱解產(chǎn)物或熔化的玻璃。通常，為了安全處置的目的而加熱放射性廢物以穩(wěn)定化該廢物在該技術(shù)領(lǐng)域中是已知的。該層廢料的厚度使得該層可以被微波完全穿透。更具體地，微波具有關(guān)于放射性廢物的特定“穿透深度”。因此，如果放射性廢物的厚度大于微波的穿透深度，則微波不能達(dá)到廢物的最內(nèi)部分，使得放射性廢物不能全部被處理。然而，當(dāng)廢料的層可以被微波完全穿透時(shí),混合物的全部被微波處理,產(chǎn)生一致的廢物產(chǎn)物。與諸如罐內(nèi)熔化的處理放射性廢物的多種其它方法相比，放射性廢物的薄層微波處理顯示出優(yōu)良的結(jié)果，該罐內(nèi)熔化可能傾向于產(chǎn)生未反應(yīng)的或未處理的廢料的泡沫、空穴和凹坑。在移動(dòng)通過微波施加器之后，該層廢料被填充頭組件接收，該填充頭組件將該混合物集中到容器。一旦在容器中，廢料就冷卻并且形成穩(wěn)定的熱解產(chǎn)物或玻璃化為穩(wěn)定的玻璃材料(如果添加了玻璃形成添加劑)。廢料被密封在容器內(nèi)，并且該容器根據(jù)適當(dāng)?shù)囊?guī)定被存儲(chǔ)且/或處置。在先進(jìn)微波系統(tǒng)的一些 實(shí)施例中，在施加器或波導(dǎo)裝置施加微波到該層廢料時(shí)，一層廢料在微波施加器或波導(dǎo)裝置下方或附近恒定地移動(dòng)通過。(下面，除非另外說明，“微波施加器”用于指的是施加器和波導(dǎo)裝置兩者。)因此，該系統(tǒng)提供廢料到微波施加器的連續(xù)的供給，提高了微波處理過程的效率。然而，應(yīng)當(dāng)注意，不需要該層廢料恒定地移動(dòng)通過微波施加器以維持在本發(fā)明的范圍或精神內(nèi)。在先進(jìn)微波系統(tǒng)的另一實(shí)施例中，微波施加器相對(duì)于容器布置成使得在該層廢料已經(jīng)沉積在該容器內(nèi)之后它施加微波到該層廢料。更具體地，在廢料被操縱成該層廢料之后，該層被施加到容器的底部，在那里，微波施加器根據(jù)上面論述施加微波到該層。另一層廢料被施加到先前處理的層，并且微波施加器施加微波到最新近施加的層。施加層且處理該層的這個(gè)過程被執(zhí)行直到容器被填充到最大限度或到指定極限。因?yàn)槲⒉ㄊ┘悠饕恢?at time)施加微波到僅僅一個(gè)層，因此廢料根據(jù)上面論述被完全處理。另外，在這個(gè)實(shí)施例中，先進(jìn)微波系統(tǒng)也能夠提供廢料到容器并且因此到微波施加器的連續(xù)供給，提高了處理過程的效率。在實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，許多材料在微波室中被熱解。具有旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的微波室連接到真空裝置，在測(cè)試材料的有源微波處理期間，該真空裝置在該室內(nèi)維持部分真空。包括循環(huán)器、定向耦合器和四支腳調(diào)諧器的微波波導(dǎo)裝置通過e平面彎管連接到微波室的窗口中。3kff微波電源(220V，35Amp,單相)為波導(dǎo)裝置提供動(dòng)力。波導(dǎo)循環(huán)器連接到水貯存器，該水貯存器提供循環(huán)水以冷卻該波導(dǎo)裝置。在最初測(cè)試中，測(cè)試材料放置在由絕緣材料包圍的3英寸直徑石英管中。對(duì)于最初測(cè)試,在2450MHz下以700w加熱測(cè)試材料2分鐘。測(cè)試材料包括許多礦物和樹脂，該礦物和樹脂類似于用作介質(zhì)以便在制造放射性廢料中俘獲放射性同位素的那些。表I示出在2分鐘之后各種測(cè)試材料的內(nèi)部溫度(或耦合溫度)(所有材料在70華氏度下開始)表I :兩分鐘之后測(cè)試材料的結(jié)束溫度
權(quán)利要求
1.一種用來處理放射性廢料的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 用來接收放射性廢料的廢物容器； 用來供給一層放射性廢料的廢物供給裝置，該層放射性廢料具有一厚度； 傳送器，所述傳送器用來接收該層放射性廢料并且將該層放射性廢料傳送到所述廢物容器；和 微波源，所述微波源用于將微波導(dǎo)向所述傳送器上的放射性廢料的薄層的一部分，使得微波穿透該層放射性廢料的整個(gè)厚度，所述微波源布置成使得由所述廢物供給裝置沉積到所述傳送器上的所有放射性廢料在被所述廢物容器接收之前被微波穿透，從而被導(dǎo)向所述放射性廢料的微波從所述放射性廢料移除濕氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，還包括波導(dǎo)裝置，所述波導(dǎo)裝置用于將來自所述微波源的微波聚焦。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述微波源包括微波施加器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述廢物容器適于所述放射性廢料的長(zhǎng)期存儲(chǔ)。
5.一種用來處理放射性廢料的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 用來接收放射性廢料的廢物容器； 用來供應(yīng)放射性廢料的廢物供給裝置； 料斗，所述料斗用來從所述廢物供給裝置接收放射性廢料并且用來將所述放射性廢料引入到所述廢物容器中；和 微波源，所述微波源用于將微波導(dǎo)向所述料斗中的放射性廢料，使得微波穿透放射性廢料層的整個(gè)厚度，從而被導(dǎo)向所述放射性廢料的微波從所述放射性廢料移除濕氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括在所述料斗內(nèi)的螺桿，以便攪拌所述廢料。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括在所述料斗內(nèi)的螺旋推運(yùn)器，以便攪拌所述廢料。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述廢物容器適于所述放射性廢料的長(zhǎng)期存儲(chǔ)。
9.一種用來處理放射性廢料的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 用來接收放射性廢料的廢物容器； 用來在所述廢物容器內(nèi)沉積一層放射性廢料的廢物供給管，該層放射性廢料具有一厚度；和 微波源，所述微波源用于將微波導(dǎo)向沉積在所述廢物容器中的該層放射性廢料，使得微波穿透該層放射性廢料的整個(gè)厚度，從而被導(dǎo)向所述放射性廢料的微波從所述放射性廢料移除濕氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括攪拌器，所述攪拌器用來攪拌所述廢物容器內(nèi)的該層放射性廢料。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述廢物容器適于所述放射性廢料的長(zhǎng)期存儲(chǔ)。
12.一種處理放射性廢料的方法，所述方法包括 形成一層放射性廢料到預(yù)定厚度； 將微波導(dǎo)向該層放射性廢料使得所述微波穿透該層放射性廢料的預(yù)定厚度；和將該層放射性廢料輸送到廢物容器以便長(zhǎng)期存儲(chǔ)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述預(yù)定厚度基本上等于所述微波到所述放射性廢料的穿透深度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述輸送操作發(fā)生在所述導(dǎo)向操作之前，所述方法還包括 重復(fù)所述形成、導(dǎo)向和輸送操作，使得第一層放射性廢料被輸送到所述廢物容器的底部，并且放射性廢料的后續(xù)層被輸送在前一層的頂部上，使得微波導(dǎo)向最新近輸送的層直到所述廢物容器充滿。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述導(dǎo)向操作包括 在所述導(dǎo)向操作期間攪拌所述最新近輸送的層以促進(jìn)所述廢料的干燥；和在放射性材料的后續(xù)層被輸送到所述廢物容器之前，將所述最新近輸送的層壓實(shí)在前一層上。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括 在所述導(dǎo)向和輸送操作期間連續(xù)傳送多層放射性材料到所述廢物容器，使得所述導(dǎo)向操作發(fā)生在所述輸送操作之前。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括 傳送該層放射性廢料到料斗以執(zhí)行所述導(dǎo)向操作；和 在所述導(dǎo)向操作期間攪拌所述料斗內(nèi)的該層放射性廢料，以促進(jìn)所述廢料的加熱和干燥。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述導(dǎo)向操作還包括 降低該層放射性材料周圍的空氣壓力以降低所述廢料內(nèi)的濕氣蒸發(fā)的溫度；和 將化學(xué)添加劑供應(yīng)到該層放射性材料以促進(jìn)玻璃化過程。
全文摘要
通過由微波加熱執(zhí)行的干燥、熱解和玻璃化用來減小放射性廢料的體積的系統(tǒng)和方法。先進(jìn)微波系統(tǒng)的最終產(chǎn)物是較干的、較密集的、壓實(shí)的廢物產(chǎn)物。本發(fā)明包括一層廢料在被沉淀在最后的廢物容器內(nèi)之前在料斗內(nèi)被微波處理的系統(tǒng)；薄層廢料在它已經(jīng)被沉積在最后的廢物容器內(nèi)之后被微波處理的系統(tǒng)；和廢料在被沉積在最后的廢物容器內(nèi)之前在料斗內(nèi)被微波處理的系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H05B6/70GK102845129SQ201180019592
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月9日
發(fā)明者M·S·登頓 申請(qǐng)人:庫里昂股份有限公司