[发明专利]用于放射性废物的热解和玻璃化的微波增强系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119要求2010年3月9日提交的美国临时申请No.61/312,019、2010年4月2日提交的美国临时申请No.61/320,511和2010年4月7日提交的美国临时申请No.61/321,623的权益。

关于联邦赞助的研究或开发的声明

不适用

技术领域

本发明涉及放射性废物的处理和处置，并且更具体地涉及用来热解和玻璃化放射性废料以便减小废料的体积并且防止放射性渗入或泄漏到环境中的系统和过程。

背景技术

放射性废物的稳定化和处置是包括多种技术和方法的复杂的领域。在一些过程中，是核反应的副产物的放射性同位素与各种掺合物材料结合，该掺合物材料设计成隔离和俘获特定放射性同位素或使得紧邻核副产物更安全且更容易操纵。在这里集体地称为介质的各种掺合物材料包括许多无机和有机物质（包括一些有机树脂）。包括介质和放射性同位素的混合物在这里总体上称为“放射性废物”、“废料”或简称为“废物”。

放射性废料的处置是昂贵的过程，该过程高度取决于被处置的废料的体积。因此，非常希望找到用来压实废料，因此减小要被处置或存储的废料的体积的方法和系统。

其它稳定化技术可以根据所需的体积和添加剂以变化的程度提供一些体积减小。虽然无机沉淀物的体积减小受材料的性质（即，完全无机的并且不能经受热解）限制，但有机沉淀物或有机树脂当全部热解时可以经受高得多的体积减小。

发明内容

这里公开的是通过微波加热，并且在一些情况中，通过微波加热和感应加热的结合执行的热解和玻璃化来减小放射性废料的体积的系统和过程。在一些实施例中，微波增强的玻璃化系统包括微波系统，该微波系统用来结合使用感应加热来玻璃化废料的模块化玻璃化系统处理废料；在其它实施例中，微波系统与使用一些其它过程来实现玻璃化的玻璃化系统结合。微波增强的玻璃化系统的最终产物是较密集的、压实的放射性废物产物。

本发明在其实施例的一些中提供一种用来处理放射性废料的微波系统。在一些实施例中，微波系统包括微波波导装置，该微波波导装置布置成将微波导向废物容器中的放射性废物。微波通过耦合加热激发废料以便将废料热解和玻璃化为更紧凑的形式。具体地，在进入微波系统的废物（进入的废料）包括以非密集混合物与放射性同位素结合的介质的情况下，微波系统通过以下过程用于减小废料的体积：借助微波加热进入的废料，热解废料，破坏进入的废料的晶体结构，产生废料成分的熔化的混合物，允许进入的废料内的气体逸出熔化的混合物，并且允许熔化的混合物冷却为密集的玻璃化的合成物（“最终废物产物”）。

微波增强的玻璃化系统的一个实施例包括微波源、波导装置和罐。根据本领域技术人员公知的知识，微波源产生微波，该微波适合于为了稳定化废料的目的而热解和液化固体放射性废料以便安全存储和处置。波导装置将微波源产生的微波导向罐内的废料。罐适合于已处理的放射性废料的长期存储。在一些实施例中，罐由用于外部去污和耐久性的合适材料（诸如不锈钢）构成。该罐接收未玻璃化的固体进入废物。最后，罐接收第一层未玻璃化的进入的废料。进入的废物的每一层具有可以被微波完全穿透的深度。波导装置相对于第一层固体废物供给布置成使得微波源产生的微波被导向且施加到第一层。在一些实施例中，微波增强的玻璃化系统为第一层固体废物供给补充启动材料，诸如碳化硅、铁屑、铁粉或类似物质，该启动材料促进耦合直到熔化是自我维持的。

在第一层固体废物供给如上述那样被处理之后，第二层进入的废料被添加到罐使得第二层沉淀在第一层的顶部上。然后，以与第一层相同的方式处理第二层。根据上面的讨论，固体废物供给的每一个另外的层被罐接收并且被微波处理，它在性质上可以是连续的或半连续的。在另外的废料被接收和处理时，罐的下部中的已热解的废物冷却。当废物冷却时，它形成稳定的玻璃化的最终废物产物。被该系统接收和处理的固体废物供给的层的数量受罐的尺寸限制。当沉淀在罐内的固体废物供给已经被处理时，罐根据适当的规定被密封和存储或处置。

在一些实施例中，用来玻璃化废物的微波系统与感应加热系统结合，该感应加热系统帮助加热进入的废料、热解废料，并且维持材料的熔化的层，允许气体从熔化的混合物逃逸和废物在冷却为最终废物产物之前的压实。通常，感应加热由在容纳废物的熔化的层的容器内的区域附近包围废物容器的加热线圈提供。在其它实施例中，微波系统与使用除了感应加热外的一些其它过程的玻璃化系统结合以实现玻璃化的最终废物产物。