[发明专利]用于放热材料的反应腔室

说明书

技术领域

本发明的技术领域涉及与高活性材料的氧化反应的控制相关的技术性方法和设备的工程。它更直接/主要涉及用于在存在氧气的情况下以高度放热的方式反应，并因此需要热流失风险的管理的材料的功能化反应腔室。

背景技术

固体材料的放热氧化反应的控制是一个现实问题，尤其是在核领域，特别在用于氧化以含钚和/或铀的碳化物或氮化物形式的核燃料的方法的情况下，在储存或囤积之前或由硝酸溶解进行再生之前，或甚至在对制造在生产这些燃料的生产周期中所产生的废物进行管理的情况下。这些未氧化的，氮化物或碳化物、核燃料都是与氧气易反应且潜在自燃的。将其转化成氧化物可避免某些化学危险。

含钚碳化物燃料（铀，钚）有很高的氧亲和力，这可能影响产品在各种制造操作过程中的稳定性，根据以下高放热（ΔrH≈-1250kJ/mol）反应，这些燃料的氧化反应可能导致高放热的热流失：

MC+O₂→MO₂+M₃O₈+CO₂,其中M=U,Pu.

出于安全原因，反应必须在所有时间内得以控制。

纯的或合金金属钚可以是与这些氧化过程有关的材料。使得含钚金属氧化反应可控的容器已在法国专利申请FR 2 752 234中有所描述。更准确地，此现有技术的容器为特别设计的多层容器以容纳易于熔化的反应系统。封闭腔室由至少一个由选自钽，钨及其合金的第一材料制成的薄板组成，此薄板插入到在由在使用过程温度下不与空气反应的第二材料制成的至少两个薄板之间；此第二材料优选地是不锈钢。

在氧化反应过程中，此多层腔室发生非常少的氧化反应，且如果钚熔化然后不慎泄漏而不锈钢被刺穿，钽可留住钚，并因此所产生的腔室是安全的。

在如建造或工业建筑领域的领域，例如在用于对非常易燃的化工原料或燃料进行储存或工作的仓库或车间或柜中的功能性的和潜在活性的屋顶或天花板中，也可能会遇到同一类型的问题。

通常，在过程管理中，与大量过热相关-或作为结果-的化学反应的潜在流失可使用一套传感器和反馈装置手动或自动地常规管理。尽管这种管理类型是有效的，但其首先依赖于将来自其中发现反应系统的反应器的信息传递至一个或多个所述的传感器，进而至控制/指令组件，以便作为回馈执行一个或多个预期行动。这种确保实施纠正操作的信息流及其管理不能是瞬间的。他们还取决于在信息链内的传感器和所有元件的正确运行。最后，这些过程包括电力供应，该电力供应即使可有利地与名义上该过程所用的电力供应不同，但其必须是可靠且有效的，与推定提供用于在流失情况下对核反应堆堆芯的中子反应性的安全失效管理（名为控制杆）的系统和允许中子非常迅速落下从而吸收中子的系统相似。

申请人认为对于管理化学过程的常规系统，可以适当补充直接且迅速的原位干预反应的工具，此工具通过设计是稳固的，且不涉及复杂或工厂生产的传感器或真正的信息网络，并是自给自足的，即它不需要电源供应。

为此目的，申请人提出了反应腔室（含需要被控制的，如氧化和放热的反应的反应物），其作用是不仅限于作为待处理产品的容器。考虑到温度，此容器结合特定功能，使得在流失或过热情况下，能够减缓甚至停止氧化反应并降低温度，同时帮助散热。

这个功能依赖于组成腔室的材料的特性以及在所述容器内出现的各种活性成分的安排。

发明内容

更确切地，本发明的主题是用于反应放热材料的腔室，腔室的特有结构使得在氧化过程中对于尤其是含钚或含铀的碳化物的待管理的高放热性以稳固且自给自足的方式来产生效果。

更确切地，本发明的主题是用于反应放热材料的腔室，值得注意的，这具有多层结构，该多层结构包括至少：

-用于所述材料的容器，相当于下层；

-中间层，包括含有至少一种碱土金属碳酸盐的活性负荷，以吸收在所述材料的氧化反应其间排放的热，所述碱土金属碳酸盐在吸热反作用中的热作用下分解；

-上层，包括盖。

根据本发明的一个实施方案，碱土金属碳酸盐为CaCO₃。

根据本发明的一个实施方案，在此氧化过程中所处理的材料为钚碳化物和/或铀碳化物。

根据本发明的一个实施方案，活性负荷进一步包括多种不同类型的碳酸盐，用以调节活性负荷的热分解反应的温度范围

根据本发明的一个实施方案，活性负荷进一步包括碳。

根据本发明的一个实施方案，腔室的容器由可以是不锈钢或镍铬铁合金的耐火金属材料制成。