DE69919839T2 - Separator for nuclear waste - Google Patents
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Description
GEBIET DER ERFINDUNGAREA OF INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft generell Systeme und Verfahren für die Aufbereitung von Nuklearabfall. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Systeme und Verfahren, die Nuklearabfall für eine gesonderte Behandlung und eine dem jeweiligen Radioaktivitätsgrad angemessene Entsorgung in hoch radioaktiven Abfall, schwach radioaktiven Abfall und nicht radioaktiven Abfall trennen. Die vorliegende Erfindung eignet sich besonders, aber nicht ausschließlich, als System und Verfahren zur Absonderungstrennung von Nuklearabfall nach einzelnen Atomen.The The present invention generally relates to systems and methods for processing from nuclear waste. In particular, the present invention relates on systems and procedures, the nuclear waste for a separate treatment and disposal appropriate to the particular level of radioactivity in high radioactive waste, low radioactive waste and not separate radioactive waste. The present invention is suitable especially, but not exclusively, as a system and method for segregation separation of nuclear waste after single atoms.
TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND
Es besteht ein nahezu weltweites Übereinkommen, dass Nuklearabfall ein globales Problem mit immensen Ausmaßen darstellt. Das genaue Ausmaß und die möglichen Konsequenzen des Problems sind aber trotz dieses Bewusstseins immer noch nicht ganz klar umrissen und werden von der Öffentlichkeit nicht vollständig wahrgenommen. Alle stimmen jedoch darin zu, dass etwas getan werden muss. Das Problem wird durch die Tatsache, dass es bisher keine vollständig akzeptable Lösung für die Entsorgung von Nuklearabfall gibt, weiter verkompliziert. Anders ausgedrückt, die damit einhergehen den Kosten und Risiken sind in der Regel nicht hinnehmbar. Beim Einsatz von herkömmlichen Technologien bewegen sich die Kosten für die Aufbereitung von Nuklearabfall allein in diesem Land in astronomischer Höhe.It there is an almost worldwide convention, that nuclear waste is a global problem of immense proportions. The exact extent and the possible ones Despite this awareness, the consequences of the problem are still not clearly outlined and not fully understood by the public. However, everyone agrees that something needs to be done. The Problem is due to the fact that it has not been completely acceptable solution for disposal of nuclear waste, further complicates. In other words, the The costs and risks are usually not associated with this acceptable. Move with the use of traditional technologies the costs for the treatment of nuclear waste alone in this country in astronomical Height.
Gegenwärtig wird Nuklearabfall überall in der Welt in Hunderten, und möglicherweise in Tausenden, von Behältern an den verschiedensten Standorten zwischengelagert. Man kann sich das gesamte Volumen dieses Nuklearabfalls einfach vorstellen, wenn man sich klarmacht, dass ein Behälter allein ungefähr so 3,78 Millionen Liter Nuklearabfall fassen kann. Es ist offensichtlich, dass das Nuklearabfallvolumen enorm ist, das eine spezielle Entsorgung erfordert. Das Problem wird weiter durch die Tatsache dahingehend verkompliziert, dass ein erheblicher Anteil des Nuklearabfalls als hoch radioaktiver Abfall einzustufen ist, der eine spezielle Behandlung und außergewöhnliche Sicherheitsvorkehrungen benötigt.At present becomes Nuclear waste everywhere in the world in hundreds, and possibly in thousands, of containers stored at various locations. You can simply imagine the entire volume of this nuclear waste, though you realize that a container alone about so can grab 3.78 million liters of nuclear waste. It is obvious, that the nuclear waste volume is enormous, a special disposal requires. The problem is further explained by the fact Complicates that a significant proportion of nuclear waste as highly radioactive waste, which is a special treatment and extraordinary Safety precautions needed.
Eine der Verfahrensformen für die Nuklearabfallentsorgung, die einen gewissen Grad an Akzeptanz unter denen erlangt hat, die sich mit der Aufbereitung von Nuklearabfall beschäftigen, beinhaltet ein Verfahren, das als Vitrifizierung oder Verglasung bekannt ist. In einem Verglasungsverfahren wird der Nuklearabfall für die anschließende Entsorgung in Glas absorbiert und eingeschlossen. Die heutigen Verglasungsverfahren treffen jedoch auf mindestens zwei wesentliche Schwierigkeiten. Das bedeutendste Problem ist erstens, dass es bei der gegenwärtigen Praxis keine Möglichkeit gibt, um zwischen hochgradig radioaktivem Abfall, der eine spezielle Behandlung erfordert, und schwach radioaktivem Abfall, der auf eine eher herkömmliche Weise entsorgt werden kann, unterscheiden zu können. Infolgedessen wird jedes Mal, wenn hochradioaktiver Abfall beteiligt ist, das gesamte Nuklearabfallvolumen, das sowohl hochgradig radioaktiven als auch schwach radioaktiven Abfall beinhaltet, auf die gleiche Art und Weise behandelt. Wie vorstehend bereits erwähnt, ist das Gesamtvolumen dieses Abfalls gewaltig. Die zweite Schwierigkeit besteht darin, dass aufgrund des großen Abfallvolumens, das als hochgradig radioaktiver Abfall gehandhabt werden muss, Jahrzehnte für die Bewerkstelligung von dessen Behandlung und Entsorgung erforderlich sind.A the procedural forms for the nuclear waste disposal, a certain degree of acceptance among those who have dealt with the treatment of nuclear waste employ, involves a process known as vitrification or glazing is. In a vitrification process, the nuclear waste is disposed of for subsequent disposal absorbed in glass and trapped. The current glazing process but encounter at least two major difficulties. The most significant problem, first, is that it is in current practice no way gives to high-level radioactive waste, which is a special Treatment requires, and low-level radioactive waste on one rather conventional Can be disposed of in a different way. As a result, each one will When high level radioactive waste is involved, the total nuclear waste volume, that is both highly radioactive and weakly radioactive Waste includes, treated the same way. As already mentioned above, the total volume of this waste is huge. The second difficulty is that due to the large volume of waste, the highly radioactive waste must be handled, decades for the accomplishment of its treatment and disposal are required.
Nun machen aber die Radionuklide, die den Abfall radioaktiv machen, nur etwa 0,001 % des Gesamtvolumens an Nuklearabfall aus. Wie in der vorliegenden Erfindung erkannt wurde, könnten die Behandlung und die Entsorgung der radioaktiven Bestandteile stark vereinfacht werden, falls die Radionuklide von den nichtradioaktiven Bestandteilen des Nuklearabfalls irgendwie abgeschieden würden.Now but do the radionuclides that make the waste radioactive, only about 0.001% of the total volume of nuclear waste. As in the present invention, the treatment and the Disposal of the radioactive components are greatly simplified, if the radionuclides from the non-radioactive components of the nuclear waste somehow would be separated.
Die US-Patentanmeldung 5681434 (Eastlund) offenbart die Anwendung einer Plasmaeinschließung durch torusförmige Magnetfelder und die Absonderungstrennung von ionisierten Elementen einer komplexen Substanz, wie radioaktivem Abfall, auf Entsorgungsebenen in Sicherheitsbehältern.The U.S. Patent Application 5681434 (Eastlund) discloses the use of a plasma confinement by toroidal Magnetic fields and separation separation of ionized elements of a complex substance, such as radioactive waste, at disposal levels in security containers.
In Anbetracht des Vorstehenden ist es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren zur Aufbereitung von Nuklearabfall bereitzustellen, das die Radionuklide von den nichtradioaktiven Elementen im Abfall trennt und abscheidet. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Systems und eines Verfahrens zur Aufbereitung von Nuklearabfall, das hochkonzentrierte Radionuklide für die anschließende Entsorgung effektiv verglast. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Systems und eines Verfahrens zur Aufbereitung von Nuklearabfall, für das ein kontinuierliches In-Line-Verfahren angewendet wird, welches einen minimalen Umgang mit dem Material erfordert. Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Systems und eines Verfahrens für die Aufbereitung von Nuklearabfall, das relativ leicht herzustellen, einfach anzuwenden und relativ kosteneffizient ist.In Considering the above, it is an objective of the present Invention, a system and method for treating nuclear waste provide the radionuclides from the non-radioactive Separates and separates elements in the waste. Another goal of The present invention is the provision of a system and a process for the treatment of nuclear waste, the highly concentrated Radionuclides for the subsequent one Disposal effectively glazed. Another object of the present invention is the provision of a system and a method for processing from nuclear waste, for that a continuous in-line method is used which requires a minimum handling of the material. One more thing The aim of the present invention is to provide a system and a method for the processing of nuclear waste, which is relatively easy to produce, easy to use and relatively cost efficient.
ZUSAMMENFASSUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENSUMMARY OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
Ein System wie in den Ansprüchen 1 – 15 ausgeführt, ein Verfahren wie in den Ansprüchen 16 – 24 ausgeführt, eine Vorrichtung wie in den Ansprüchen 25 – 28 ausgeführt und eine Vorrichtung wie in den Ansprüchen 29 – 33 ausgeführt und ein Verfahren zur Extrahierung von Radionukliden aus radioaktivem Abfall beruhen auf der Allgemeinen Feststellung, dass Radionuklide im Abfall Elemente sind, welche relativ hohe Atomgewichte aufweisen (z.B. A ≥ 70). Auf der Grundlage dieser Prämisse wird radioaktiver Abfall gemäß der vorliegenden Erfindung zuerst verdampft und dann ionisiert, um ein Multispezies-Plasma zu erzeugen. Aufgrund der Tatsache, dass die Inhaltsstoffe des Nuklearabfalls möglicherweise nicht bekannt sind, wird angenommen, dass das resultierende Multispezies-Plasma Elektronen, leichte Ionen (z.B. A < 70) und schwere Ionen (z.B. A ≥ 70) einschließt. Das Multispezies-Plasma wird dann beschleunigt, um einen Fluidstrom zu erzeugen, in dem die leichten Ionen und die schweren Ionen alle im Wesentlichen dieselbe Geschwindigkeit haben. Sobald der Fluidstrom mit gleichmäßiger Geschwindigkeit erzeugt ist, werden die Teilchen im Strom entsprechend ihrer jeweiligen Trägheit verlangsamt und geschieden. Die abgeschiedenen schweren Ionen werden dann für die anschließende Entsorgung aufgefangen und verglast. Die Besonderheiten der Verfahren, die an der vorliegenden Erfindung beteiligt sind, werden am besten durch Betrachten der verschiedenen Systemkomponenten deutlich.A system as in claims 1-15 a method as set forth in claims 16-24, an apparatus as set forth in claims 25-28 and an apparatus as set forth in claims 29-33, and a method for extracting radionuclides from radioactive waste based on the General Statement, that radionuclides in the waste are elements which have relatively high atomic weights (eg A ≥ 70). On the basis of this premise, radioactive waste according to the present invention is first vaporized and then ionized to produce a multispecies plasma. Due to the fact that the components of the nuclear waste may not be known, it is believed that the resulting multispecies plasma includes electrons, light ions (eg A <70) and heavy ions (eg A ≥ 70). The multispecies plasma is then accelerated to produce a fluid flow in which the light ions and the heavy ions all have substantially the same velocity. Once the fluid flow is generated at a uniform rate, the particles in the stream are slowed and diverged according to their respective inertia. The separated heavy ions are then collected for subsequent disposal and vitrified. The particularities of the methods involved in the present invention are best understood by considering the various system components.
Im Überblick ist die vorliegende Erfindung ein In-Line-System für die kontinuierliche Verarbeitung von radioaktivem Abfall, welches aufeinander folgend eine Beladungs-/Transporteinrichtung, einen Plasmaprozessor, eine Düse, einen Trägheitsabscheider und ein Sammlungs-/Entsorgungssubsystem umfasst. Eine Vorrichtung, wie in den Ansprüchen 25 – 28 ausgeführt, umfasst einen Plasmaprozessor, eine Düse und einen Trägheitsabscheider und kann ferner Einrichtungen für das Auffangen von leichten und schweren Ionen aufweisen. Eine wie in den Ansprüchen 29 – 33 ausgeführte Vorrichtung umfasst eine Düse und einen Trägheitsabscheider und kann ferner eine Anlage für die Verdampfung des Abfalls und die Erzeugung eines Multispezies-Plasmas sowie Einrichtungen für das Auffangen von leichten und schweren Ionen aufweisen. Für die vorliegende Erfindung werden die Verdampfung und Ionisierung des radioaktiven Abfalls gemäß bekannten Praktiken in einem Plasmaprozessor in Hochvakuumumgebung durchgeführt. Diese Hochvakuumumgebung (d. h. eine Umgebung unter sehr niedrigem Druck) liegt im Bereich von einigen Mikrobar (beispielsweise 2 – 5 μBar). Um das Verfahren zu starten, wird die Überführung des radioaktiven Abfalls in die Hochvakuumumgebung des Plasmaprozessors vom Beladungs-/Transportbereich des Systems durchgeführt.Overview For example, the present invention is an in-line system for continuous processing of radioactive waste, which successively has a loading / transport facility, a plasma processor, a nozzle, an inertial separator and a collection / disposal subsystem includes. A device as set forth in claims 25-28 comprises a plasma processor, a nozzle and an inertial separator and may also have facilities for have the capture of light and heavy ions. A like in the claims 29 - 33 executed Device comprises a nozzle and an inertial separator and may further include a facility for the evaporation of the waste and the generation of a multi-species plasma and facilities for the Contain light and heavy ions. For the present invention be the evaporation and ionization of radioactive waste according to known Practices performed in a plasma processor in a high vacuum environment. These High vacuum environment (i.e., an environment under very low pressure) is in the range of a few microbars (for example 2 - 5 μbar). Around The procedure to start is the transfer of radioactive waste into the high vacuum environment of the plasma processor from the loading / transport area of the system.
Der Beladungs-/Transportbereich des Systems für die vorliegende Erfindung schließt ein im Wesentlichen hohles U-förmiges Rohr ein. Genauer erklärt, ist ein Ende des U-förmigen Rohrs (das erste Ende) atmosphärischen Bedingungen ausgesetzt, wobei das andere Ende (das zweite Ende) der Hochvakuumumgebung des Plasmaprozessors ausgesetzt ist. Ferner ist das Rohr selbst mit einem flüssigen Transportmedium, wie Octoil, gefüllt, wodurch die Anordnung wie ein Manometer funktioniert. Während des Betriebs wird ein Behälter mit radioaktivem Abfall durch eine Öffnung im ersten Ende des Rohrs hinunter und in das Transportmedium gelassen. Der Behälter gelangt dann durch den Schenkel des Rohrs (den ersten Schenkel) in das Transportmedium hinunter. Danach wird der Behälter von einer Reihe von Walzen durch den Basisabschnitt des U-förmigen Rohrs durch das Transportmedium befördert. Nachdem es den Basisabschnitt durchquert hat, fördert eine Hubvorrichtung den Behälter durch den anderen Schenkel (den zweiten Schenkel) des U-förmigen Rohrs nach oben. Durch diese Anhebung durch die Hubvorrichtung wird der mit Abfall gefüllte Behälter aus dem Transportmedium heraus und in die Hochvakuumumgebung gefördert. Der Behälter wird dann auf einer Reihe von Walzen durch einen Rohrablauf bzw. Schacht befördert, was ihn für die anschließende Verarbeitung im Plasmaprozessor in Position bringt. Außerdem kann der Nuklearabfallbehälter während der Beförderung des Behälters durch den Lade-/Transportbereich des Systems von einem Lochwerkzeug perforiert werden. Diese Punktierungsaktion setzt Gase der flüchtigen Materialien, die im Abfall enthalten sind (im folgenden allgemein als "flüchtige Bestandteile" bezeichnet), frei und macht es möglich, sie aufzufangen und für die anschließende Verwendung im Plasmaprozessor in einem Aufbewahrungstank für flüchtige Bestandteile zu halten.Of the Loading / transporting area of the system for the present invention includes a substantially hollow U-shaped Tube. Explained more precisely, is one end of the U-shaped tube (the first end) atmospheric Conditions exposed to the other end (the second end) exposed to the high vacuum environment of the plasma processor. Further is the pipe itself with a liquid Transport medium, such as octoil, filled, whereby the arrangement works like a pressure gauge. During the Operation becomes a container with radioactive waste down through an opening in the first end of the pipe and left in the transport medium. The container then passes through the Leg of the tube (the first leg) in the transport medium down. After that, the container becomes from a series of rollers through the base portion of the U-shaped tube transported by the transport medium. After it has passed through the base section, a lifting device promotes the container through the other leg (the second leg) of the U-shaped tube up. By this increase by the lifting device is the filled with waste Container off out of the transport medium and into the high-vacuum environment. Of the container is then on a series of rolls by a pipe run or Shaft moves, what him for the subsequent one Processing in position in the plasma processor. In addition, can the nuclear waste container during the promotion of the container through the loading / transporting area of the system from a punching tool be perforated. This puncturing action sets gases of the volatile Materials contained in the waste (hereinafter generally as "volatile components"), free and makes it possible to catch them and for the subsequent one Use in the plasma processor in a volatile storage tank to keep.
Bei dem Plasmaprozessor der vorliegenden Erfindung handelt es sich im Wesentlichen um ein hohles Rohr, das zwei offene Enden hat. Eines dieser Enden steht in Fluidverbindung mit dem Schacht der Beladungs-/Transportverrichtung, und das andere Ende steht in Fluidverbindung mit der Düse. Zwischen dem Schacht und der Düse ist ein Teil des Plasmaprozessorrohrs als Plasmakammer eingerichtet, die einen im Wesentlichen zylinderförmigen, dielektrischen Abschnitt einschließt, der zwischen zwei Edelstahlzylindern angeordnet ist. Eine Radiofrequenz- (RF-) Antenne ist um den dielektrischen Abschnitt der Plasmakammer herum angeordnet, und eine Magnetspule ist sowohl um die RF-Antenne als auch um den Plasmaprozessor auf ganzer Länge des Plasmaprozessorrohrs angeordnet. Wie für die vorliegende Erfindung beabsichtigt, richtet die Magnetspule ein axial ausgerichtetes Magnetfeld im Plasmaprozessorrohr ein, das durch den Plasmaprozessor verläuft und eine Feldstärke von etwa einem Zehntel Tesla aufweist (~ 0,1 T).at The plasma processor of the present invention is in Essentially around a hollow tube that has two open ends. One these ends are in fluid communication with the shaft of the loading / transporting device, and the other end is in fluid communication with the nozzle. Between the shaft and the nozzle a part of the plasma processor tube is set up as a plasma chamber, the one substantially cylindrical, dielectric portion includes, which is arranged between two stainless steel cylinders. A radio frequency (RF) antenna is around the dielectric section of the plasma chamber arranged around, and a magnetic coil is both around the RF antenna as well as around the plasma processor along the full length of the plasma processor tube arranged. As for The present invention is intended to direct the magnetic coil an axially aligned magnetic field in the plasma processor tube, which passes through the plasma processor and a field strength of about one tenth of Tesla (~ 0.1 T).
Während des Betriebs des Plasmaprozessors wird ein Vakuum angelegt, um die Hochvakuumumgebung im Plasmaprozessor einzurichten. Wie oben angegeben, weist diese Hochvakuumumgebung einen Druck von nur einigen μBar auf. Die RF-Antenne wird dann mit einer Frequenz aktiviert, die etwa im Bereich von zwei bis zwanzig Megahertz (2 – 20 MHz) liegt und eine Leistung von etwa 7 Megawatt (7 MW) aufweist. Wenn die RF-Antenne aktiviert ist, werden flüchtige Bestandteile aus dem Aufbewahrungstank in die Plasmakammer freigesetzt, wo sie durch die Strahlung von der RF-Antenne ionisiert werden. Die resultierenden, flüchtigen Ionen bewegen sich entlang der magnetischen Feldlinien, die von der Magnetspule erzeugt werden, und werden dadurch so gelenkt, dass sie in Kontakt mit dem Abfallbehälter kommen. Zur Erinnerung, der Abfallbehälter war zuvor durch den Schacht der Beladungs-/Transportvorrichtung bewegt und an einem Ende des Plasmaprozessorrohrs in Position gebracht worden. Wenn es mit dem Abfallbehälter in Kontakt kommt, lässt die Hitze des Plasmas den Behälter und seinen Abfallinhalt wirksam verdampfen. Die resultierenden Abfalldämpfe wandern dann zurück in die Plasmakammer, wo sie ebenfalls ionisiert werden. Dies erzeugt ein Multispezies-Plasma, das Elektronen (negative Ionen) und positive Ionen sämtlicher Elemente enthält, die sich im Abfall befunden haben. Obwohl man sich darüber im Klaren sein sollte, dass es so viele Arten von positiven Ionen gibt, wie Elemente im Abfall vorhanden sind, ist es für die Offenbarung der vorliegenden Erfindung zweckmäßig, die positiven Ionen entsprechend ihrem Atomgewicht generell in "leichte Ionen" oder "schwere Ionen" einzuteilen. Für die Zwecke der Erörterung wird ein Atomgewicht von etwa siebzig als Grenze zwischen leichten Ionen und schweren Ionen betrachtet. Dies dient natürlich nur dem Zweck der Offenbarung und kann in der tatsächlichen Praxis nach Bedarf variiert werden.During the Operating the plasma processor, a vacuum is applied to the high vacuum environment in the plasma processor. As indicated above, this indicates High vacuum environment a pressure of only a few μBar. The RF antenna is going then activated with a frequency that is approximately in the range of two to twenty megahertz (2 - 20 MHz) and has a capacity of about 7 megawatts (7 MW). If the RF antenna activated, become volatile Components released from the storage tank into the plasma chamber, where they are ionized by the radiation from the RF antenna. The resulting, volatile Ions move along the magnetic field lines of the solenoid are generated, and are thereby steered so that she is in contact with the waste container come. As a reminder, the waste bin was previously through the shaft the loading / transport device moved and positioned at one end of the plasma processor tube. If it is with the waste container comes in contact, lets the heat of the plasma the tank and effectively evaporate its waste content. The resulting waste vapors migrate then back into the plasma chamber, where they are also ionized. This generates a multispecies plasma that has electrons (negative ions) and positive ones Ions of all elements contains who were in the garbage. Although you are aware of that should be that there are so many types of positive ions as Elements are present in the waste, it is for the disclosure of the present Invention appropriate, the positive Generally divide ions into "light ions" or "heavy ions" according to their atomic weight. For the purpose the discussion is an atomic weight of about seventy as the boundary between light Considered ions and heavy ions. Of course, this only serves the purpose of the disclosure and may be in actual practice as needed be varied.
Wenn eine Dichte erreicht wird, bei der die Ionen im Multispezies-Plasma in der Plasmakammer kollidieren (nachstehend als "Kollisionsdichte" bezeichnet), wird die Düse aktiviert, um mit der Beschleunigung der Teilchen des Multispezies-Plasmas in einen Fluidstrom zu beginnen. Es ist wichtig, anzumerken, dass aufgrund der Kollisionsdichte des Multispezies-Plasmas sämtliche positiven Ionenteilchen im Fluidstrom (leichte Ionen ebenso wie schwere Ionen) im Wesentlichen die gleiche Geschwindigkeit haben. Die Düse ist, wie der Plasmaprozessor, im Wesentlichen als hohles Rohr ausgestaltet. Genauer erklärt, ist ein konischer, trichter förmiger Düsenabschnitt vorhanden, der mit dem Plasmaprozessor verbunden ist, und der außerhalb des Plasmaprozessors in Stromabwärtsrichtung weiter wird. Durch diese Erweiterung kommt es zu einer Ausdehnung und einer daraus folgenden Beschleunigung des Multispeziesplasmas, wenn das Plasma den Plasmaprozessor durch die Düse verlässt. Beim Austritt aus der Düse wird der Fluidstrom aus Plasmateilchen zum Trägheitsabscheider gelenkt.If a density is reached at which the ions in the multispecies plasma collide in the plasma chamber (hereinafter referred to as "collision density") the nozzle activated to accelerate the particles of the multispecies plasma in to start a fluid flow. It is important to note that due the collision density of the multispecies plasma all positive ion particles in Fluid flow (light ions as well as heavy ions) substantially have the same speed. The nozzle is, like the plasma processor, designed essentially as a hollow tube. Explained in more detail is a conical, funnel-shaped nozzle section present, which is connected to the plasma processor, and the outside of the plasma processor in the downstream direction will continue. This extension causes an expansion and a consequent acceleration of the multispecies plasma, when the plasma leaves the plasma processor through the nozzle. When exiting the nozzle is the fluid flow from plasma particles is directed to the inertial separator.
Der Trägheitsabscheider im System der vorliegenden Erfindung schließt ein Paar einander gegenüberliegender, im Wesentlichen paralleler Metallwände und ein Paar einander gegenüber liegender, im Wesentlichen paralleler nichtleitender Wände ein. Diese Wände sind jeweils so miteinander verbunden, dass sie einen generell viereckig geformten Kanal bilden. Ein Ende des Kanals ist mit einer nichtleitenden Stirnplatte abgedeckt, und das offene Ende des Kanals, das Ende, das der Stirnplatte gegenüber liegt, ist so ausgerichtet, dass es den beschleunigten Fluidstrom vom Plasmaprozessor in den Kanal aufnimmt. Ein variables Widerstandselement ist zwischen den parallelen Metallwänden des Abscheiders geschaltet, wobei ein magnetisches Feld ist im Kanal eingerichtet ist, das generell parallel zu den Metallwänden und senkrecht zu der Richtung verläuft, in welcher der Fluidstrom aus der Düse des Plasmaprozessors tritt. Eine Vielzahl von Prallflächen (mindestens zwei) ist in einer der nichtleitenden Wände des Abscheiders ausgebildet und in einer Richtung angeordnet, die vom offenen Ende des Kanals zur Stirnplatte verläuft.Of the inertial in the system of the present invention includes a pair of opposing, essentially parallel metal walls and a pair of opposing ones in the Essentially parallel non-conductive walls. These walls are each connected so that they are generally square forming a shaped channel. One end of the channel is with a non-conductive faceplate covered, and the open end of the channel, the end, that of the face plate across from is oriented so that it accelerates the fluid flow from the plasma processor into the channel. A variable resistance element is connected between the parallel metal walls of the separator, where a magnetic field is set up in the channel, the general parallel to the metal walls and perpendicular to the direction in which the fluid flow from the nozzle of the plasma processor. A variety of baffles (at least two) is formed in one of the non-conducting walls of the separator and arranged in one direction from the open end of the channel runs to the face plate.
Während des Betriebs wird der Fluidstrom aus Multispezies-Plasma von der Düse aus dem Plasmaprozessor in den Kanal des Trägheitsabscheiders gelenkt. Wenn dieser Strom in den Abscheider tritt, werden die Elektronen im Strom von dem Magnetfeld im Kanal wirksam gegen ein Eintreten in den Kanal blockiert. Dagegen bilden die schwereren positiven Ionen aufgrund ihrer Trägheit weiterhin einen Strom und treten in die Kammer ein. Während die positiven Ionen die Kammer durch das Magnetfeld hindurch durchlaufen, wird jedoch eine elektromotorische Kraft erzeugt, die der Bewegung der Ionen entgegengesetzt ist. Diese elektromotorische Kraft, die vom Widerstandselement gesteuert werden kann, verlangsamt die positiven Ionen und bewirkt, dass sie aus dem Strom herausfallen. Wichtig ist, dass die positiven Ionen abhängig von ihrem jeweiligen Atomgewicht mit unterschiedlichen Raten verlangsamt werden. Genauer ist die Verlangsamungsrate für die leichteren Ionen größer und für die schwereren Ionen geringer. Folglich fallen die leichteren Ionen (Leicht-Ionen) zuerst aus dem Strom heraus, während die schwereren Ionen (Schwer-Ionen) zuletzt herausfallen. Aufgrund der Anordnung der Prallflächen können Ionen, die generell das gleiche Atomgewicht aufweisen, in entsprechenden Prallflächen gesammelt und dadurch von Ionen mit anderem Atomgewicht geschieden werden.During the Operation is the fluid flow of multispecies plasma from the nozzle of the plasma processor into the channel of the inertial separator directed. When this current enters the separator, the electrons become in the flow of the magnetic field in the channel effective against entry blocked in the channel. In contrast, the heavier positive form Ions continue due to their inertia a stream and enter the chamber. While the positive ions the Pass through chamber through the magnetic field, however, is an electromotive Force generated, which is opposite to the movement of the ions. These Electromotive force controlled by the resistance element can, slows down the positive ions and causes them to go out fall out of the stream. It is important that the positive ions depend on their respective atomic weight at different rates slowed down become. Specifically, the slower rate for the lighter ions is greater and for the heavier ones Lower ions. Consequently, the lighter ions (light ions) fall first out of the stream while the heavier ions (heavy ions) last fall out. by virtue of the arrangement of the baffles can Ions, which generally have the same atomic weight, in corresponding baffles collected and thereby divorced from ions of different atomic weight become.
Der abschließende Teil des Systems der vorliegenden Erfindung schließt eine Vielzahl von Sammler-/Entsorgersubsystemen ein, die Ionen aufnehmen und verarbeiten, nachdem sie vom Trägheitsabscheider abgesondert und geschieden worden sind. Wie für die vorliegende Erfindung beabsichtigt, liefert jede Prallfläche im Trägheitsabscheider Ionen in ein angeschlossenes Sammler-/Entsorgersubsystem. Somit können so viele Sammler-/Entsorgersubsysteme vorhanden sein, wie es Prallflächen im Trägheitsabscheider gibt. Zum Zwecke der Erörterung muss jedoch nur eines dieser Subsysteme beschrieben werden. Ins besondere soll als beschriebenes Subsystem das Sammler-/Entsorgersubsystem betrachtet werden, das die radioaktiven Schwer-Ionen verarbeitet.The final part of the system of the present invention includes a plurality of collector / disposer subsystems that include ions take and process after being separated from the inertial separator and divorced. As intended for the present invention, each baffle in the inertial separator delivers ions into a connected collector / disposal subsystem. Thus, there may be as many collector / disposal subsystems as there are baffles in the inertial separator. However, for purposes of discussion, only one of these subsystems needs to be described. In particular, as a described subsystem, the collector / disposal subsystem to be considered, which processes the radioactive heavy ions.
Jedes Sammler-/Entsorgersubsystem der vorliegenden Erfindung schließt drei separate und voneinander verschiedene Komponenten ein. Obwohl der allgemeine Zweck jeder Komponente darin besteht, einen Teil der Ionen zu verglasen, die von der angeschlossenen Prallfläche aufgefangen werden, funktioniert jede Komponente etwas anders. Im Allgemeinen können die drei Komponenten (Verglaser) nach deren Betriebsdrücken eingeteilt werden. Die erste Komponente des Sammler-/Entsorger-Subsystems arbeitet in der Hochvakuumumgebung des Systems und schließt ein U-förmiges, manometerartiges Rohr ein, das mit Glasschmelze gefüllt ist. Ein Ende des Manometerrohrs ist der Atmosphäre ausgesetzt, während das andere Ende direkt mit der Prallfläche in der Hochvakuumumgebung verbunden ist. Dementsprechend werden alle Ionen, die durch die Prallfläche gehen, zuerst der unter Niederdruck stehenden Oberfläche der Glasschmelze in der Manometerstruktur ausgesetzt. In diesem Stadium des Verfahrens wird die große Mehrheit der radioaktiven Schwer-Ionen verglast. Die verglasten Schwer-Ionen werden dann aus dem Manometer siphoniert und durchlaufen einen Verperlungsturm [Shot Tower], wo sie in Glasperlen umgewandelt und für die weitere Entsorgung in einem Behälter gesammelt werden. Die übrigen Ionen, diejenigen, die sich erneut zu einer gasförmigen Phase zusammenfinden, anstatt in der Glasschmelze absorbiert zu werden, und diejenigen, die – aus welchem Grund auch immer – nicht absorbiert werden, gelangen in die zweite Komponente des Sammler-/Entsorgersubsystems.each Collector / Disposal Subsystem of the present invention includes three separate and distinct components. Although the general purpose of each component is to be a part of Icing ions that are trapped by the attached baffle Each component works a bit differently. In general can divided the three components (glaziers) according to their operating pressures become. The first component of the collector / disposal subsystem is working in the high vacuum environment of the system and includes a U-shaped manometer-like tube one filled with glass melt is. One end of the manometer tube is exposed to the atmosphere while the other end directly with the baffle in the high vacuum environment connected is. Accordingly, all ions passing through the baffle go first, the low pressure surface of the Glass melt exposed in the manometer structure. In this stadium the procedure becomes the big one Majority of radioactive heavy ions glazed. The glazed heavy ions are then removed from the manometer siphon and go through a buffing tower [Shot Tower] where they converted into glass beads and for the further disposal are collected in a container. The remaining ions, those that reunite into a gaseous phase, instead of being absorbed in the molten glass, and those from for whatever reason - not absorbed into the second component of the collector / Entsorgungsersubsystems.
Anders als die erste Komponente des Sammler-/Entsorgersubsystems arbeitet die zweite Komponente bei Atmosphärendruck. Sie enthält jedoch ebenfalls einen Glasschmelzetank und wirkt im Wesentlichen als Verglaser, wie die erste Komponente. Ferner unterstützt eine akustische Barriere das Verglasungsverfahren in dieser zweiten Komponente durch Entfernen von Teilchen aus dem Gasstrom nach den Prinzipien des Oseen'schen Effekts. Wenn diese Teilchen aus dem Strom entfernt werden, werden sie in den Tank abgelegt, so dass sie von der Glasschmelze absorbiert werden. Wieder werden die verglasten Ionen, wie es in der ersten Komponente der Fall war, durch einen Verperlungsturm siphoniert, wo sie in Glasperlen umgewandelt und für die weitere Entsorgung in einem Behälter gesammelt werden.Different as the first component of the collector / disposal subsystem, the second component operates at atmospheric pressure. It contains but also a glass melting tank and acts essentially as a glazier, as the first component. Furthermore, one supports acoustic barrier the glazing process in this second component Removing particles from the gas stream according to the principles of Oseen's effects. When these particles are removed from the stream, they become in deposited the tank so that they are absorbed by the molten glass. Again, the glazed ions, as in the first component of the Fall was siphoned by a bailing tower, where they were in glass beads converted and for the further disposal are collected in a container.
In der dritten Komponente des Sammler-/Entsorgersubsystems werden die Gase, die in der zweiten Komponente nicht verglast wurden, unter erhöhtem Druck in eine Glasschmelze gepumpt und eingesprudelt. Die Gase werden auf diese Art in der Glasschmelze eingefangen und aus dem System transportiert. Um die schweren Elemente in die identifizierbaren Bereiche der Glasschmelze einzugrenzen, werden in regelmäßigen Abständen keine schweren Elemente in die Glasschmelze eingesprudelt. Wenn die Glasschmelze vor dem Verlassen des Systems abgekühlt wird, sind somit klare Bereiche vorhanden, die keine schweren Elemente enthalten. Das Glas kann dann in den klaren Bereichen durchgeschnitten werden, um den Abfall in Stücke von einer Größe zu trennen, die leichter gehandhabt werden kann.In the third component of the collector / disposal subsystem is the gases, which were not vitrified in the second component, under increased pressure pumped into a glass melt and bubbled. The gases become captured in the glass melt in this way and transported out of the system. To move the heavy elements into the identifiable areas of the molten glass to narrow down, are not heavy at regular intervals Elements bubbled into the molten glass. When the glass melt is cooled before leaving the system, so are clear Areas exist that contain no heavy elements. The glass can then be cut in the clear areas to the Waste in pieces to separate from one size which can be handled more easily.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENSHORT DESCRIPTION THE DRAWINGS
Die neuartigen, kennzeichnenden Merkmale dieser Erfindung ebenso wie die Erfindung selbst – sowohl was ihren Aufbau als auch ihre Durchführung betrifft – werden anhand der begleitenden Beschreibung im Zusammenhang mit den zugehörigen Zeichnungen am besten verstanden, in denen vergleichbare Bezugszeichen gleichartige Bestandteile bezeichnen, und worin:The novel, characterizing features of this invention as well the invention itself - both as far as their structure and their implementation are concerned with reference to the accompanying description taken in conjunction with the accompanying drawings best understood, in which comparable reference numerals like Denote constituents, and wherein:
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMDESCRIPTION THE PREFERRED EMBODIMENT
Mit
Bezug zunächst
zu
In
Geht
man mehr ins Detail, so weist der waagrechte Durchgang
In
Wie
in
Der
in
In
In
Das
Hochvakuum- (Niederdruck-) Verglasersubsystem
Verglaste
Schwer-Ionen in der Glasschmelze
Die
Schwer-Ionen, die nicht im Hochvakuumverglaser
Der
Hochdruckverglaser
BETRIEBSVORGANGOPERATING PROCEDURE
Während des
Betriebs des Systems der vorliegenden Erfindung wird zuerst ein
Behälter
Sobald
sich der Behälter
Wenn
das Multispezies-Plasma die Plasmakammer
Es
passiert im Trägheitsabscheider
Wenn
die "Schwer-Ionen" aus dem Trägheitsabscheider
Im
Hochdruckverglaser
Obgleich die spezielle Nuklearabfall-Absonderungstrennvorrichtung, wie sie hierin aufgezeigt und im Einzelnen offen gelegt worden ist, vollständig in der Lage ist, die zuvor erwähnten Aufgaben zu erfüllen und diese Vorteile bereitzustellen, ist davon auszugehen, dass die derzeit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung lediglich veranschaulicht werden sollen, und dass bezüglich der dargestellten Einzelheiten in der Ausgestaltung oder Konstruktion keinerlei Einschränkungen beabsichtigt sind, die anders sein können, als sie in den anhängenden Ansprüchen aufgeführt sind.Although the special nuclear waste segregation separator, as disclosed and disclosed in detail herein, completely in capable of the aforementioned To fulfill tasks and to provide these benefits, it can be assumed that the currently preferred embodiments of the invention are to be illustrated, and that in terms of the details shown in the design or construction no restrictions they are intended to be different than those in the attached claims listed are.
Claims (33)
Applications Claiming Priority (1)
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Family
ID=34854795
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE69919839T Expired - Fee Related DE69919839T2 (en) | 1999-03-19 | 1999-03-19 | Separator for nuclear waste |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE69919839T2 (en) |
-
1999
- 1999-03-19 DE DE69919839T patent/DE69919839T2/en not_active Expired - Fee Related
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DE69919839D1 (en) | 2004-10-07 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: ARCHIMEDES OPERATING, LLC., SAN DIEGO, CALIF., US |
|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |