专利名称：用来处理放射性废物的先进微波系统的制作方法
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干燥、热解和玻璃化放射性废料以便减小废料的体积的系统和过程。
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
这里公开的是借助由微波加热执行的废料的处理通过干燥，并且在一些情况中，通过热解或玻璃化用来减小放射性废料的体积的系统和过程。在本发明的一些实施例中，用来处理放射性废料的先进微波系统包括微波施加器，该微波施加器将微波导向沿传送带向着废物容器移动的放射性废料的薄层。该层废料的厚度或深度使得该层的整个深度可以被微波完全穿透。在其它实施例中，先进微波系统包括微波施加器，该微波施加器布置成将微波导向布置在废物容器内的放射性废料的薄层。同样，该层废料的厚度或深度使得该层的整个深度可以被微波完全穿透。在又一些其它实施例中，先进微波系统包括微波施加器，该微波施加器布置成将微波导向将废料供给到废物容器中的料斗内的大量放射性废料。在许多这些实施例中，接收放射性废料的废物容器是用于最终废物产物的长期或永久存储容器。先进微波系统通常是用来使放射性废物稳定化的较大的系统的一部分并且适于接收放射性固体或浆体废物供给。废物供给是原料放射性废物被较大的系统的其它部件处
理的结果。
通过结合附图阅读本发明的以下详细描述，将更清楚地理解本发明的上述特征，其中图I是本发明的一个实施例的方块图；图2是本发明的一个实施例的代表性图，示出结合由传送带承载的废物供给装置使用的先进微波系统；图3A是本发明的另一实施例的剖视图，其中废料在薄层废料被添加到废物容器 之后被微波处理；图3B是如图3A中示出的实施例的剖视图；图3C是如图3A和3B中示出的实施例的剖视图；图4是本发明的另一实施例的方块图，其中废料在沉积在最终废物容器内之前在料斗内被微波处理；图5是具有用来接收废料的料斗的本发明的一个实施例的透视图，该废料在沉积在废物容器中之前在料斗内被微波处理；图6是图5中示出的实施例的透视图，料斗的壁被部分地移除以示出料斗的内部;图7A是图5和6中示出的实施例的从顶向下的视图，示出沿其获取图6B的视图的截线；图7B是图5、6和7A中示出的实施例的剖视图；图8是具有用来接收废料的料斗的本发明的另一实施例的剖视图，该废料在沉积在废物容器中之前在料斗内被微波处理。
具体实施例方式本发明提供一种先进微波系统，该先进微波系统用来产生具有可由微波完全穿透的厚度的一层放射性废料并且用来施加微波到其上。先进微波系统通常是用来使放射性废物稳定化的较大的系统的一部分并且适于接收放射性固体或浆体废物供给。废物供给是原料放射性废物被较大的系统的其它部件处理的结果。更具体地，在一些实施例中，废物供给是原料放射性废物经受总悬浮固体(TSS)移除、总溶解固体(TDS)移除、污垢物移除、预浓缩和纯化的结果。固体废物供给包括树脂、沉淀物、蒸发器底部物和盐废物。先进微波系统将废料操纵成一层废料并且使该层经受微波施加器。在一个实施例中，该层废料通过传送带或类似供给系统移动通过微波施加器。在该层废料移动通过微波施加器时，微波施加器施加微波到该层。微波到该层废料的施加加热并且熔化该混合物，在启动玻璃化过程之后产生热解产物或熔化的玻璃。通常，为了安全处置的目的而加热放射性废物以稳定化该废物在该技术领域中是已知的。该层废料的厚度使得该层可以被微波完全穿透。更具体地，微波具有关于放射性废物的特定“穿透深度”。因此，如果放射性废物的厚度大于微波的穿透深度，则微波不能达到废物的最内部分，使得放射性废物不能全部被处理。然而，当废料的层可以被微波完全穿透时,混合物的全部被微波处理,产生一致的废物产物。与诸如罐内熔化的处理放射性废物的多种其它方法相比，放射性废物的薄层微波处理显示出优良的结果，该罐内熔化可能倾向于产生未反应的或未处理的废料的泡沫、空穴和凹坑。在移动通过微波施加器之后，该层废料被填充头组件接收，该填充头组件将该混合物集中到容器。一旦在容器中，废料就冷却并且形成稳定的热解产物或玻璃化为稳定的玻璃材料(如果添加了玻璃形成添加剂)。废料被密封在容器内，并且该容器根据适当的规定被存储且/或处置。在先进微波系统的一些 实施例中，在施加器或波导装置施加微波到该层废料时，一层废料在微波施加器或波导装置下方或附近恒定地移动通过。(下面，除非另外说明，“微波施加器”用于指的是施加器和波导装置两者。)因此，该系统提供废料到微波施加器的连续的供给，提高了微波处理过程的效率。然而，应当注意，不需要该层废料恒定地移动通过微波施加器以维持在本发明的范围或精神内。在先进微波系统的另一实施例中，微波施加器相对于容器布置成使得在该层废料已经沉积在该容器内之后它施加微波到该层废料。更具体地，在废料被操纵成该层废料之后，该层被施加到容器的底部，在那里，微波施加器根据上面论述施加微波到该层。另一层废料被施加到先前处理的层，并且微波施加器施加微波到最新近施加的层。施加层且处理该层的这个过程被执行直到容器被填充到最大限度或到指定极限。因为微波施加器一直(at time)施加微波到仅仅一个层，因此废料根据上面论述被完全处理。另外，在这个实施例中，先进微波系统也能够提供废料到容器并且因此到微波施加器的连续供给，提高了处理过程的效率。在实验测试中，许多材料在微波室中被热解。具有旋转工作台的微波室连接到真空装置，在测试材料的有源微波处理期间，该真空装置在该室内维持部分真空。包括循环器、定向耦合器和四支脚调谐器的微波波导装置通过e平面弯管连接到微波室的窗口中。3kff微波电源(220V，35Amp,单相)为波导装置提供动力。波导循环器连接到水贮存器，该水贮存器提供循环水以冷却该波导装置。在最初测试中，测试材料放置在由绝缘材料包围的3英寸直径石英管中。对于最初测试,在2450MHz下以700w加热测试材料2分钟。测试材料包括许多矿物和树脂，该矿物和树脂类似于用作介质以便在制造放射性废料中俘获放射性同位素的那些。表I示出在2分钟之后各种测试材料的内部温度(或耦合温度)(所有材料在70华氏度下开始)表I :两分钟之后测试材料的结束温度
权利要求
1.一种用来处理放射性废料的系统，所述系统包括 用来接收放射性废料的废物容器； 用来供给一层放射性废料的废物供给装置，该层放射性废料具有一厚度； 传送器，所述传送器用来接收该层放射性废料并且将该层放射性废料传送到所述废物容器；和 微波源，所述微波源用于将微波导向所述传送器上的放射性废料的薄层的一部分，使得微波穿透该层放射性废料的整个厚度，所述微波源布置成使得由所述废物供给装置沉积到所述传送器上的所有放射性废料在被所述废物容器接收之前被微波穿透，从而被导向所述放射性废料的微波从所述放射性废料移除湿气。
2.根据权利要求I所述的系统，还包括波导装置，所述波导装置用于将来自所述微波源的微波聚焦。
3.根据权利要求I所述的系统，其中，所述微波源包括微波施加器。
4.根据权利要求I所述的系统，其中，所述废物容器适于所述放射性废料的长期存储。
5.一种用来处理放射性废料的系统，所述系统包括 用来接收放射性废料的废物容器； 用来供应放射性废料的废物供给装置； 料斗，所述料斗用来从所述废物供给装置接收放射性废料并且用来将所述放射性废料引入到所述废物容器中；和 微波源，所述微波源用于将微波导向所述料斗中的放射性废料，使得微波穿透放射性废料层的整个厚度，从而被导向所述放射性废料的微波从所述放射性废料移除湿气。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述系统包括在所述料斗内的螺杆，以便搅拌所述废料。
7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述系统包括在所述料斗内的螺旋推运器，以便搅拌所述废料。
8.根据权利要求5所述的系统，其中，所述废物容器适于所述放射性废料的长期存储。
9.一种用来处理放射性废料的系统，所述系统包括 用来接收放射性废料的废物容器； 用来在所述废物容器内沉积一层放射性废料的废物供给管，该层放射性废料具有一厚度；和 微波源，所述微波源用于将微波导向沉积在所述废物容器中的该层放射性废料，使得微波穿透该层放射性废料的整个厚度，从而被导向所述放射性废料的微波从所述放射性废料移除湿气。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述系统包括搅拌器，所述搅拌器用来搅拌所述废物容器内的该层放射性废料。
11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述废物容器适于所述放射性废料的长期存储。
12.一种处理放射性废料的方法，所述方法包括 形成一层放射性废料到预定厚度； 将微波导向该层放射性废料使得所述微波穿透该层放射性废料的预定厚度；和将该层放射性废料输送到废物容器以便长期存储。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述预定厚度基本上等于所述微波到所述放射性废料的穿透深度。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述输送操作发生在所述导向操作之前，所述方法还包括 重复所述形成、导向和输送操作，使得第一层放射性废料被输送到所述废物容器的底部，并且放射性废料的后续层被输送在前一层的顶部上，使得微波导向最新近输送的层直到所述废物容器充满。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述导向操作包括 在所述导向操作期间搅拌所述最新近输送的层以促进所述废料的干燥；和在放射性材料的后续层被输送到所述废物容器之前，将所述最新近输送的层压实在前一层上。
16.根据权利要求12所述的方法，还包括 在所述导向和输送操作期间连续传送多层放射性材料到所述废物容器，使得所述导向操作发生在所述输送操作之前。
17.根据权利要求12所述的方法，还包括 传送该层放射性废料到料斗以执行所述导向操作；和 在所述导向操作期间搅拌所述料斗内的该层放射性废料，以促进所述废料的加热和干燥。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述导向操作还包括 降低该层放射性材料周围的空气压力以降低所述废料内的湿气蒸发的温度；和 将化学添加剂供应到该层放射性材料以促进玻璃化过程。
全文摘要
通过由微波加热执行的干燥、热解和玻璃化用来减小放射性废料的体积的系统和方法。先进微波系统的最终产物是较干的、较密集的、压实的废物产物。本发明包括一层废料在被沉淀在最后的废物容器内之前在料斗内被微波处理的系统；薄层废料在它已经被沉积在最后的废物容器内之后被微波处理的系统；和废料在被沉积在最后的废物容器内之前在料斗内被微波处理的系统。
文档编号H05B6/70GK102845129SQ201180019592
公开日2012年12月26日 申请日期2011年3月9日 优先权日2010年3月9日
发明者M·S·登顿 申请人:库里昂股份有限公司