Способ компактирования радиоактивных длинномерных элементов конструкций из циркония или его сплавов

Способ компактирования радиоактивных длинномерных элементов конструкций из циркония или его сплавов

Реферат

Изобретение относится к области ядерной техники и может быть использовано для компактирования радиоактивно загрязненных длинномерных элементов конструкций из циркония или его сплавов, которые образуются при регенерации ядерного топлива из тепловыделяющих сборок ядерных реакторов и при демонтаже оборудования ядерно-энергетических установок.

Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является способ компактирования радиоактивных длинномерных элементов конструкций из циркония или его сплавов, охарактеризованный в патенте Великобритании №1359104, кл. G 21 С 19/04, опубл. 10.07.1974. Способ предполагает разрезку электроэрозионным разрушением стенок элементов на части импульсными искродуговыми разрядами, созданными между элементом и электродом, а также высокотемпературную обработку в окисляющей среде.

Недостатками известного способа, выбранного в качестве прототипа, являются низкие радиационная и экологическая безопасность и высокие энергозатраты.

Задачей настоящего изобретения является создание простого и радиационно-безопасного способа компактирования радиоактивных длинномерных элементов конструкций из циркония или его сплавов, который позволит получить радиоактивные отходы малого объема, что обеспечит их надежное и безопасное захоронение.

Технический результат изобретения заключается в уменьшении энергии, выделяющейся при окислении циркония или его сплавов, до величин, при которых исключена возможность возникновения неуправляемой экзотермической реакции, а также практически одновременное проведение процессов резки и обработки длинномерных радиоактивных элементов за счет исключения процесса доставки разрезанных частей элементов к месту обработки.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе компактирования радиоактивных длинномерных элементов конструкций из циркония или его сплавов осуществляют разрезку элементов на части электроэрозионным разрушением стенки элемента импульсными искродуговыми разрядами, созданными между элементом и электродом. Производят высокотемпературную обработку в окисляющей среде, в качестве которой используют пар. Разрезку и обработку проводят в воде. При этом обработку осуществляют электроэрозионным разрушением частей элемента импульсными искродуговыми разрядами, созданными между упомянутыми частями.

Кроме того, разрезку можно проводить при переменном напряжении от 20 до 40 В и токе от 200 до 1000 А.

Кроме того, разрезку проводят при переменном напряжении от 25 до 40 В и токе от 200 до 1200 А.

Способ осуществляют следующим образом.

Длинномерный элемент конструкции, например, канал ядерного реактора из циркониевого сплава (труба длиной 8-10 м, диаметром 90 мм, толщиной стенки 4-5 мм), помещают в емкость, заполненную водой, закрепляют не менее чем в двух точках и производят его разрезку. Для этого элемент и электрод-инструмент подключают к генератору импульсов (напряжение переменного тока от 20 до 40 В и ток от 200 до 1000 А). Затем элемент вращают со скоростью от 0,1 до 10 см/сек, а электрод перемещают до касания с элементом. Возникает серия мощных искродуговых разрядов между элементом и электродом. При этом стенка элемента подвергается электроэрозионному разрушению по высоте, превышающей толщину электрода, и по всей длине окружности элемента, что приводит к разрезке элемента на два отрезка. Локальная часть элемента, составляющая по длине несколько мм, расплавляется. Капли расплавленного циркония или его сплава, перегретые выше температуры плавления, вступают в реакцию с окисляющей средой - паром, образовавшимся в полости вокруг каждой капли, и превращаются в частицы двуокиси циркония. После разрезки элемента электрод возвращают в исходное состояние, а отрезки элемента подключают к генератору импульсов (переменное напряжение от 25 до 40 В, ток от 200 до 1200 А). Верхний отрезок перемещают с одновременным вращением до момента касания с нижним отрезком (скорость сближения от 0,1 до 2,0 мм/сек) и возникновения устойчивых искродуговых разрядов между их торцевыми поверхностями. При этом отрезки локально расплавляются, и капли расплавленного циркония или его сплава, перегретые выше температуры плавления, вступают в реакцию с окисляющей средой - паром. Взаимное электроэрозионное разрушение отрезков проводят до момента, когда длина нижнего отрезка достигнет заданного значения. Затем выключают генератор импульсов, освобождают оставшуюся часть нижнего отрезка и сбрасывают ее в камеру осаждения твердых радиоактивных отходов. Далее оставшуюся часть верхнего отрезка разрезают на два отрезка и повторяют операцию их взаимного разрушения. В итоге от исходного элемента 1 остаются n+1 цилиндрических отрезков, где n - число резов, и большая масса продуктов разрушения циркониевого сплава в виде сферических микрокапсул двуокиси циркония диаметром 0,1-3 мм, а также частиц значительно меньших размеров окислов, которые практически не растворимы в воде. Параметры процесса выбраны так, что выделяющаяся в каждой период разрушения энергия недостаточна для инициирования самоподдерживающейся и самораспространяющейся экзотермической реакции. Это достигается выбором скорости сближения, площади возникновения искродугового разряда, т.е. ограничением массы циркония, который может вступать в реакцию. Поскольку процессы резки и обработки происходит в воде, практически отсутствуют газообразные и жидкие радиоактивные отходы. Вся масса радиоактивного металла перерабатывается в твердые радиоактивные отходы, не растворимые в воде. При этом полученный продукт занимает значительно меньший объем, чем элементы конструкций до обработки. Согласно теплотехническим расчетам производительность способа компактирования может достигать до 100 кг/час.

1. Способ компактирования радиоактивных длинномерных элементов конструкций из циркония или его сплавов, включающий разрезку элементов на части электроэрозионным разрушением стенки элемента импульсными искродуговыми разрядами, созданными между элементом и электродом, и высокотемпературную обработку в окисляющей среде, отличающийся тем, что разрезку и обработку проводят в воде, причем обработку осуществляют электроэрозионным разрушением частей элемента импульсными искродуговыми разрядами, созданными между упомянутыми частями, а в качестве окисляющей среды используют образующийся пар.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что разрезку проводят при переменном напряжении 20-40 В и токе 200-1000 А.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что обработку проводят при переменном напряжении 25-40 В и токе 200-1200 А.