用于处理包含受污染的碳化硼和钠的吸收剂保险销的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及核废料的处理的领域。
[0002]其特别地涉及含钠和至少一种放射性物质的废料的处理。一种这样的废料是，例如，用于控制钠冷却的快中子反应堆(“FNR-Na”)的反应性的保险销(pin)。
技术背景
[0003]为了控制核反应性，“FNR-Na”反应堆使用包含具有简化的式B4C的碳化硼的中子吸收材料。
[0004]此材料通常呈堆叠在包层中的烧结的圆柱形粒状物的形式，目的是形成吸收元件，例如吸收剂保险销(absorber pin) ο
[0005]在温度和辐射的组合作用下，初始地大量的碳化硼粒状物可能降解直至在粒状物中出现裂缝。
[0006]在“FNR-Na”反应堆的操作期间，在初级电路中的钠呈液体形式并且包含至少一种放射性物质。其在碳化硼粒状物与包层之间的空间中循环。在粒状物的降解之后，受放射性物质污染的液体钠可能随后渗入碳化硼粒状物中的裂缝中，或甚至当裂缝已经导致成碎片的粒状物时沿着碳化硼粒状物的断面渗入。在本描述中，断面被归类为裂缝。
[0007]在停止反应堆之后，吸收剂保险销从反应堆中被抽出并且然后在处理前储存。吸收剂保险销然后包含裂缝的碳化硼粒状物，在该粒状物中，裂缝包含钠，该钠呈固体形式并且受至少一种放射性物质污染。
[0008]受污染的吸收剂保险销构成核废料，核废料引起关于安全性(safety)和防护性(security)的双重风险:
[0009]-由于残余的钠的化学风险，钠必须保持在惰性气体(例如氩气或氮气)中以便不存在例如与水或与空气中的氧气的化学反应的风险。然而，取决于在处理前的储存的条件，在表面处的一定比例的钠可能被转变，例如在与水接触后被转变成纯碱和氢气，并且以不可控的方式；
[0010]-由于钠受放射性物质的污染的放射性风险，放射性物质即来自反应堆的初级电路的放射性同位素。
[0011]为了能够通过常规通道处理这样的核废料以除去受污染的废料，首先必须消除化学风险，即化学转变或提取存在于吸收剂保险销中(特别地在碳化硼粒状物中的裂缝中)的受污染的金属钠。
[0012]用于通过水与钠之间的直接反应来化学转变钠的方法是难以实施的:其需要将这两种化学物质进行接触，而且还需要控制反应动力学、纯碱的处置和产生的氢，以及不存在试剂的聚积。
[0013]现在，烧结的碳化硼是具有低孔隙率的化学稳定的材料，该孔隙率通常代表小于材料的体积的1%。钠因此被完全密封在此材料中。因此，将需要在包层上的许多切割操作以处理钠-碳化硼放射性混合物。然而，此操作是长的且困难的，因为碳化硼粒状物的硬度使得其将损坏和污染切割工具。
[0014]放射性物质的存在还意味着在惰性气体下的密封罩(confinement enclosure)中工作，例如手套箱。现在，因为此种类型的罩所固有的操纵难度，在那里的切割操作也是困难的。此外，它们将产生放射性物质在罩中的分散，这必须尽可能地被限制。
[0015]因此，受污染的钠的差的可接近性使其作为废料的处理显著地复杂化。
[0016]发明概述
[0017]因此，本发明的目的中的一个是通过某方法来避免或减轻上文描述的缺陷中的一个或更多个，所述方法尤其允许容易地处理包含在基于烧结的碳化硼的材料的裂缝中的钠和放射性物质，所述材料是具有大的硬度的化学稳定的材料，待处理的钠是难以接近的，因为它被包含在裂缝内。
[0018]因此本发明涉及用于处理吸收剂保险销的方法，所述保险销包含包层，在该包层中存在具有裂缝的、基于烧结的碳化硼的材料，所述裂缝包含钠和至少一种放射性物质。
[0019]方法包括处理步骤，在该处理步骤期间，通过使所述材料与处理反应混合物接触，钠经由碳酸化反应被转化为碳酸钠，所述处理反应混合物以摩尔百分比包含0.5%至5%的蒸汽、5%至25%的二氧化碳和74.5%至94.5%的化学惰性气体，所述接触是以如下的方式:使得碳酸盐的膨胀导致裂缝的打开和包层从在包层中形成的至少一个狭缝开始的打开以及处理的方法在材料内的传播。
[0020]处理步骤包括使所述材料接触处理反应混合物以便进行碳酸化反应，在该碳酸化反应中，在使蒸汽与钠接触之后通过水解反应获得的纯碱在与包含在处理反应混合物中的二氧化碳的反应之后被转化为碳酸盐。
[0021]处理反应混合物包含呈气体形式的试剂。因此其更容易地与包含在碳化硼粒状物中的裂缝中的难以接近的钠相接触，或甚至更容易地与存在于烧结的碳化硼的单独的粒状物的断面上的或界面上的钠相接触。此性能不能通过仅使用水(甚至以大量的)的处理方法获得。
[0022]根据处理步骤使用的碳酸化反应产生基本上由碳酸钠Na2C0#P/或碳酸氢钠NaHCOgl成的碳酸盐，它们在本描述中被归为碳酸钠。由碳酸盐占据的体积大于由钠最初占据的体积。
[0023]然后，碳酸化反应以如下的方式进行:使得碳酸盐的体积膨胀有利地导致裂缝的加宽以及包层的打开，后者已经在之前通过制造至少一个狭缝而被机械地削弱。如此产生的开口为碳酸化反应的继续及其向最初对于试剂(即水和二氧化碳)难以接近的区域的传播打开通路。然后所有包含在包层中的钠可以被处理。
[0024]狭缝优选地是纵向的和/或在包层的整个长度上形成。
[0025]因为包层通常由金属制成，最通常地由不锈钢组成，狭缝例如使用激光来形成。
[0026]如果适用，包层的端部可以沿着端平面被切割以便增加在预处理和处理的步骤期间使用的化学反应的动力学。
[0027]在裂缝和包层的打开之后，根据处理步骤的碳酸化反应通过在钠与气体反应混合物之间的接触区域的逐渐增加而继续。
[0028]因此，裂缝和包层的打开导致碳酸化反应的加速，碳酸化反应然后可以被传播到整个的包层以便处理所有的钠。
[0029]此结果被获得而不管以下事实:裂缝不是普遍连接的并且构成密封的反应空间。这些空间防止或限制碳酸化反应或仅使用水的水解反应的优先的传播，该传播关于此类型的处理常规地设想。
[0030]尽管包含在材料中的裂缝中的钠的差的初始可接近性，处理反应混合物能够深入地且完全地与受污染的钠反应。然后包层能够借助于本发明的方法被处理而无需许多切割操作。
[0031]这是特别有利的，因为由于放射性物质的存在，根据本发明的处理方法最通常地是在密封罩中进行，例如手套箱、热室或化学反应堆，在密封罩中，如上文所指出，人们努力限制切割操作。
[0032]此外，通过使用碳酸化反应，根据本发明的处理方法具有以下优势:其仅产生固体废料(碳酸钠、碳化硼、包层和放射性物质)和气体废料(氢气)。因此，没有产生液体或气体放射性流出物。
[0033]碳酸钠是稳定的且惰性的产物。其易于处理并且与用于碳化硼保险销的最终的出口通道相容。其可以直接储存在长期的、深的容器中。
[0034]在碳酸化反应中产生的氢气可以通过清除气体来除去。
[0035]根据本发明的处理方法还是容易可控的，因为根据处理步骤的碳酸化反应可以通过降低气体处理反应混合物中的蒸汽的比例来减慢，或甚至通过用惰性气体替换此混合物来停止。这使本发明的方法非常安全。
[0036]与其使用的相对简单性相关的，本发明的方法还使在单次操作中处理大量的吸收剂保险销成为可能，这构成重要的经济优势。
[0037]然而，另外的难度在包含纯碱(NaOH)和/或氧化钠(Na20)的硬皮覆盖对材料中的裂缝划界的表面的至少一部分时可能产生。这样的硬皮可以通过钠在水的存在下的水解以及然后如此获得的产物的浓缩和结晶来形成。其然后覆盖存在于裂缝中的钠并且构成保护层，该保护层防止处理反应混合物与在下方的钠的接触以及由此的碳酸化反应的传播以便处理存