способ компактирования радиоактивных длинномерных элементов конструкций из циркония или его сплавов

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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.