通過選擇注入的氣體加以改進的含碳廢料的熱處理的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及核廢料處理背景下的放射性物質(zhì)的凈化。
[0002]本發(fā)明更具體地涉及含碳廢料尤其是石墨的處理。通常，反應(yīng)堆中的核反應(yīng)包含在石墨殼之中并由其阻擋。這些石墨殼需要在它們服務(wù)壽命結(jié)束時加以處理。這時，它們呈包含碳-14(C-14)的石墨基體的形式。
【背景技術(shù)】
[0003]碳的這些放射形式必需被隔離并儲存在密封的容器中。為此，首先，必須將石墨基體“砸開”，以便提取出C-14同位素。該步驟通常在高溫下完成。然后，沉淀該同位素，以便儲存此沉淀反應(yīng)的固體結(jié)果(例如，與生石灰的反應(yīng)可獲得化合物CaCO3)。
[0004]一種常規(guī)處理包括石墨基體的蒸汽重組，例如US-6，625，248所描述的。然而，此文件的技術(shù)并不允許首先真正隔離C-14和C-13同位素并因此確?？山邮艿姆派湫詮U料。
[0005]文件FR-2943167提出了一種非常有前途的熱處理，它允許特別有效的碳同位素分咼。
[0006]通過這種技術(shù)，目前可實現(xiàn)氚、碳-14以及一些氯-36的有效凈化。對于其他不穩(wěn)定的放射性核素來說，它們會在蒸汽重組階段后所呈現(xiàn)的遺留物中得到恢復(fù)。
[0007]然而，對于這些引入注目的技術(shù)，必須小心選擇凈化氣體，以便實現(xiàn)對最初產(chǎn)物的最大凈化，且與盡可能低的質(zhì)量損失有關(guān)。術(shù)語“凈化氣體”可理解為是指在熱處理石墨以對其凈化的階段中注入熱處理爐(或者“烘烤器”)中的氣體。
[0008]這一凈化必須足夠有效，同時并不產(chǎn)生石墨太多的質(zhì)量損失。確實，石墨的質(zhì)量損失會產(chǎn)生大量二次廢料(在礦物基體中的濃縮的碳-14和氯-36)，它們會在存儲空間方面產(chǎn)生費用十分昂貴，因為它必須深埋在深的地質(zhì)儲存庫中(深存儲)。
[0009]術(shù)語“石墨”在這里是指在所謂UNGG (即“天然鈾石墨氣體”)或MAGNOX或AVR氣冷反應(yīng)堆中使用的材料，作為中子通量的緩和劑。實際上，這是一組有時呈現(xiàn)明顯結(jié)構(gòu)差異的材料，一般來說，這取決于它們的來源以及例如可在核電站之間不同的操作條件(溫度、注量、輻射分解腐蝕等)，因為這些操作條件會改變它們的結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)的反應(yīng)中的變異性會影響性能的重現(xiàn)性。
[0010]此外，除了氣冷反應(yīng)堆所使用的石墨的原始結(jié)構(gòu)特征外，多個參數(shù)也會影響它們對凈化的反應(yīng)和能力，包括:
[0011]?流量，它具有分解石墨基體結(jié)構(gòu)的效果:受到輻射的石墨不再是石墨(在結(jié)晶方面)并具有與輻射相關(guān)的結(jié)構(gòu)性和納米結(jié)構(gòu)性的分解特點(電鏡照片可呈現(xiàn)這一特點)。
[0012].溫度，當(dāng)溫度達到大約1000°C及1000°C以上時，由于高流量所產(chǎn)生的分解結(jié)構(gòu)會愈合:不能凈化受適度輻射且強烈加熱的石墨，與受強烈輻射的石墨相同；
[0013].輻射分解的腐蝕，它對于石墨具有酸洗效果并導(dǎo)致反應(yīng)堆中的c-14凈化；
[0014].孔隙率:空隙大小同樣發(fā)揮作用。
[0015]納米量級的空隙可提高與凈化氣體反應(yīng)的可能性但會降低對活動點(發(fā)射性同位素所在位置)的可及性。
[0016]微米量級的空隙可減少反應(yīng)的可能性但會提高對活動點的可及性。
[0017]其他影響參數(shù)包括水和原焦炭的特性的影響。
[0018]考慮到在受輻射的石墨中的這一廣泛的可變性以及已經(jīng)在涉及放射性庫存的計算和測量之間建立的關(guān)聯(lián)性，適用于受輻射的石墨的主導(dǎo)參數(shù)典型為:
[0019]-在熱處理階段中使用的凈化氣體的選擇；
[0020]-放射性的廣泛異質(zhì)性空間分布；
[0021]-放射性必須集中設(shè)置在最大衰減區(qū)域內(nèi)，因為這些區(qū)域
[0022]具有最大活性:典型的是在石墨晶格的層邊緣或間隙中。
[0023]因此，有待優(yōu)化在熱處理中將注入的一種或幾種凈化氣體的選擇。
[0024]本發(fā)明改善了這一方面的狀況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025]它提出了一種適用于凈化放射性含碳材料尤其是石墨的方法，包括在以介于1200和1500°C之間優(yōu)選為大約1300°C的溫度烘烤該材料的第一熱處理的同時將蒸汽注入所述材料。
[0026]有利地，將蒸汽注入反應(yīng)堆中，測量在該反應(yīng)堆中的水份，以控制注入的蒸汽量，并在所述第一熱處理之前，弄干材料，以控制出現(xiàn)在反應(yīng)堆中的水量。
[0027]有利地，蒸汽使用氣體流動改善劑來注入，例如用于循環(huán)目的含有氫氣的氣體。
[0028]在一個實施例中，該方法進一步包括通過注入氣態(tài)碳氧化物進行烘烤的第二熱處理。第二熱處理可在第一熱處理之前執(zhí)行但優(yōu)選為在其之后執(zhí)行。此外，第二處理包括根據(jù)波多(Boudouard)反應(yīng)的輕度氧化，這就自身而言是非常有利的并可為單獨保護的對象。
[0029]優(yōu)選地，第二熱處理可在介于900和1100°C之間的溫度下執(zhí)行且在其結(jié)束時溫度增加至大約1100°c (例如將溫度從950 °C提高至1100°C )。
[0030]優(yōu)選地，氣態(tài)的碳氧化物在惰性氣體(例如氮)中稀釋，并且在一個實施例中，所述氣態(tài)碳氧化物的稀釋在第二熱處理中將惰性氣體的比例從大約75%提高至第二熱處理結(jié)束時的90%。
[0031]優(yōu)選地，氣態(tài)的碳氧化物包括二氧化碳，包括比例漸增的一氧化碳，例如從零增加至第二熱處理結(jié)束時的50%。
[0032]在一個示例性實施例中，包括下述內(nèi)容:
[0033]-在溫度為900°C至950 °C時注入輕微稀釋的二氧化碳(例如25%的0)2和75%的氮)，然后
[0034]-注入在溫度為大約1100°C時和在90%的氮中被稀釋為10%的一氧化碳和二氧化碳(比例為50% /50% ) ο
[0035]在一個可能的實施例中，可提供第三熱處理，在烘烤該材料結(jié)束時，將溫度提高至1500 和 1600°C之間。
[0036]有利的是，在烘烤之前將材料粉碎為直徑介于I和10_之間的微粒。
[0037]本發(fā)明還提供了一種用于執(zhí)行上述方法的設(shè)備，并為此包括至少一個熱處理反應(yīng)堆和至少一個用于注入蒸汽的進氣口(至少為蒸汽，應(yīng)當(dāng)理解為也可注入其它氣體，特別是碳氧化物)。
【附圖說明】
[0038]通過閱讀下文對某些示例性實施例的描述并審閱下述附圖，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將變得顯而易見，其中:
[0039]圖1說明了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的方法的主要步驟；
[0040]圖2說明了用于實現(xiàn)此方法的示例設(shè)備；
[0041]圖3說明了包括其中碳-14呈現(xiàn)概率高的結(jié)構(gòu)不規(guī)則的石墨烯面的石墨基體。
【具體實施方式】
[0042]首先，我們參考圖1來描述用于處理含碳放射性廢料的方法的一個示例，典型地包括石墨(在核反應(yīng)堆核心周圍慣常使用的石墨殼以吸收來自核反應(yīng)的中子)。這種含碳廢料含有放射性核素，典型為同位素碳-14 (C-14)，同位素氯-36(Cl-36)和氚(H3)。因而爭取選擇性地隔離這些同位素，特別是與石墨中的天然同位素碳-12有關(guān)。一旦隔離，然后這些同位素各自經(jīng)歷液化或固化反應(yīng)，以便存儲在容器中以掩埋?？梢钥吹礁綦x放射性同位素的步驟對于限制要掩埋產(chǎn)物的數(shù)量和體積極為重要。特別地，希望將要掩埋的產(chǎn)物中的天然同位素碳-12形式的碳含量減少至絕對最小值，同時密封的放射性同位素碳-14盡可能高?？梢钥吹轿覀兿Ｍ谙挛拿枋龅奶幚聿襟E中避免下文提及的“過多質(zhì)量損失”(應(yīng)當(dāng)理解“損失重量”必須被掩埋和/或通過其他手段凈化)。本發(fā)明因此始于對石墨的觀察，尤其觀察到在石墨中該放射性同位素C-14最常常在由連續(xù)石墨烯面形成的基體中的不規(guī)則體中找到，例如在石墨烯面的層邊緣處。這一觀察通過下述事實進行解釋:中子在撞擊石墨殼時排出碳原子超出它們在石墨基體的石墨烯面中的自然位置，產(chǎn)生了移位以及更一般的結(jié)構(gòu)不規(guī)則性