JP6498701B2 - 放射性物質からの汚染水を浄化する装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射性物質を処理するための、特に放射性汚染水を浄化するための装置及び方法に関する。

放射性物質の使用並びにこの物質の再使用及び／又は廃棄に関するその問題は、従来技術において良く知られている。本発明は、放射性物質を処理するための、特に放射性汚染水を浄化するための、改良された装置及び改良された方法を提案するという目的を有する。

この目的は、請求項１で特定される特徴を備える装置によって達せられる。装置の更なる実施形態、本発明に係る方法、及び、方法の更なる実施形態は、更なる請求項で特定される。

本発明は、放射性物質を処理するための、特に放射性汚染水を浄化するための装置に関する。装置は、酸素リッチガスを生成するための燃焼領域と該燃焼領域から酸素リッチガスを受けるように配置される酸化領域とを有するプロセスチャンバを備える。プロセスチャンバは、放射性物質を酸化領域内へ供給するための供給口を更に備え、また、プロセスチャンバは、放射性物質を酸化するための酸素リッチガスを使用して酸化物質を得るように構成される。装置は、プロセスチャンバの出口に動作可能に接続されるとともに酸化物質をガス流体と非ガス残留物とに少なくとも部分的に分離するように構成される分離デバイスを更に備える。このようにすると、放射性物質の量が大きく減少され、それにより、放射性物質の安全で効率の良い取り扱い及び／又は放射性物質のコンパクトなスペースを取らない廃棄が可能になる。

驚くべきことに、本発明に係る解決策は、放射性物質の量をこの物質を酸化することにより大きく減少させる。かなりの程度まで、これは、放射性物質の再使用及び／又は廃棄の良く知られた問題、例えば、放射性物質の大量輸送及び／又は放射性物質の貯蔵庫内、地下洞窟内等における長期間にわたる貯蔵を解決する或いは更には回避するのに役立つ。

本発明に係る装置の一実施形態において、プロセスチャンバは、特に酸化領域を少なくとも部分的に取り囲む及び／又は供給口の下流側で延在する放射線シールドを備える。

本発明に係る装置の更なる実施形態において、放射線シールドは、プロセスチャンバの冷却システムによって、特に冷却マントルと該冷却マントル内に収容される冷却流体とによって、少なくとも一部が与えられる。このようにすると、非常に効果的なシールドが達成される。

本発明に係る装置の更なる実施形態において、プロセスチャンバは、冷却マントル、特に水冷マントル、を備え、また、特に、冷却マントルは、燃焼領域及び／又は酸化領域を取り囲むプロセスチャンバの壁を少なくとも部分的に冷却するように設けられている。

本発明に係る装置の更なる実施形態において、プロセスチャンバは、冷却流体、特に冷却水、を冷却マントルからプロセスチャンバ内へ注入するために冷却マントルの内部をプロセスチャンバの内部に接続する少なくとも１つのチャネル開口を備え、特に、チャネル開口は、プロセスチャンバの下流側出口に隣接して配置される。このようにすると、処理された物質の温度の瞬時の降下が達成される。反応のそのような即時凍結は、金属化合物を安定させる。

本発明に係る装置の更なる実施形態において、チャネル開口は、プロセスチャンバの下流側出口に隣接して配置される。

本発明に係る装置の更なる実施形態において、プロセスチャンバは、燃料、特にケロシン、を燃焼領域へ供給するための燃料入口を備える。

本発明に係る装置の更なる実施形態において、プロセスチャンバは、酸化流体、特に液体酸素及び／又は過酸化水素、を燃焼領域へ供給するための酸素入口を備える。したがって、費用効率が高い解決策が達成される。

本発明に係る装置の更なる実施形態において、プロセスチャンバは、
−最低温度が３０００℃、特に３２００℃の酸素リッチガス、
−１５００℃〜１８００℃の酸化領域内の温度、及び、
−最高温度が８００℃、特に５００℃の酸化物質、
のうちの少なくとも１つを与えるように構成される。

そのような温度は、発熱反応及び／又は凍結反応を行なうのに特に有利である。

本発明に係る装置の更なる実施形態において、放射性物質は、放射性汚染水、特に水及び少なくとも１つの放射性金属、を備え、及び／又は、ガス流体が主に蒸気、特に水蒸気である。

本発明に係る装置の更なる実施形態では、分離デバイスがサイクロンである。これは、ガス流体と非ガス残留物との間の特定の効果的な分離をもたらす。

本発明に係る装置の更なる実施形態において、プロセスチャンバは、燃焼領域を含む燃焼チャンバと、該燃焼チャンバに隣接して酸化領域を含む酸化チャンバとを備える。

また、本発明は、放射性物質を処理するための方法、特に放射性汚染水を浄化するための方法であって、
−燃焼領域と酸化領域とを有するプロセスチャンバを設けるステップと、
−燃焼領域内で酸素リッチガスを生成するステップと、
−酸素リッチガスを燃焼領域から酸化領域へ送るステップと、
−プロセスチャンバの供給口を介して放射性物質を酸化領域内へ供給するステップと、
−放射性物質を酸化するための酸素リッチガスを使用して酸化物質を得るステップと、
−プロセスチャンバの出口に動作可能に接続される分離デバイスへ酸化物質を送るステップと、
−酸化物質をガス流体と非ガス残留物とに少なくとも部分的に分離するステップと、
を備える方法に関する。

このようにすると、放射性物質のかなりの量の減少が達成される。

本発明に係る方法の更なる実施形態において、方法は、ガス流体を清浄な蒸気及び／又は清浄水として少なくとも部分的に回収し、それにより、特に、電気を生成するためにタービン及び／又は発電機を駆動させるステップを更に備える。

本発明に係る方法の更なる実施形態において、方法は、更なる商業化及び／又は安全な廃棄のために非ガス残留物を回収するステップを更に備える。

本発明に係る方法の更なる実施形態において、方法は、放射性物質及び／又は酸素リッチガスの流れ、特に燃料及び／又は酸化流体の流れ、を制御することにより酸化温度を制御するステップを更に備える。

前述の実施形態の任意の組み合わせ又は組み合わせの組み合わせが更なる組み合わせに晒されることが明確に指摘される。矛盾をもたらす組み合わせのみが排除される。

以下、典型的な実施形態及び含まれる簡略的図面を用いて本発明を更に詳しく説明する。以下が示される。

本発明に係る装置を概略的に示す図である。 図１に係るプロセスチャンバの上側図を示す例示である。 図１に係るプロセスチャンバの断面図を示す例示である。 本発明に係る装置の透視図を示す例示である。 本発明に係る方法の原理を描く概略的なフローチャートである。

（発明の簡単な説明）
記載される実施形態は、実施例を例示しようとするものであり、発明を限定するものではない。

本発明は、放射性物質を処理するための、この例では放射性金属からの汚染水を浄化するための、装置及び方法に関する。

放射性廃棄物は、通常は、原子力発電及び核分裂の他の用途の副生成物、或いは、放射性物質に関わる浄化プロセス又は冷却プロセスの副生成物である放射性物質を含む廃棄物である。放射性廃棄物は、大部分の生活形態及び環境に有害である。一般に、放射性物質は、セシウム又はストロンチウムの同位体などの少なくとも１つの放射性金属を備える。

放射能は、それがもはや危険をもたらさなくなるまで経時的に自然崩壊する。そのような廃棄物を貯蔵しなければならない期間は、廃棄物及び放射性同位体のタイプに依存する。その期間は、非常に短寿命の同位体における数日から、何百万年にも及び得る。これに照らして、現在の大部分の一般的な手法は、そのような物質を貯蔵庫内、地下洞窟内等に長期間にわたって貯蔵することである。

本例において記載される発明は、膨大な量の蓄積危険物を最小限まで減らして清浄水をその自然循環内へ再導入することができるように、放射性汚染水から放射性金属を沈殿させる目的を伴うリアクターユニットとも呼ばれる超高温酸化装置に関する。

図１は、本発明に係る装置を概略的に例示する図を示す。装置は２つのタンクを備え、一方のタンクは、酸化流体としての酸化液体３２、例えば過酸化水素のためのものであり、また、他方のタンクは、液体燃料３０、例えばケロシンのためのものである。

また、装置は、燃焼領域を画定する燃焼チャンバ１２と酸化領域を画定する酸化チャンバ１４とを有する高圧、高温プロセスチャンバ１０を備える。更に、プロセスチャンバ１０は、汚染水３６を酸化チャンバ１４内へ導入するための供給口１６を備える。プロセスチャンバ１０は、該プロセスチャンバ１０、すなわち燃焼チャンバ１２及び酸化チャンバ１４、の壁を冷却するように設けられている水冷マントル４０を備える。

この例において、装置は、プロセスチャンバ１０に直接に取り付けられる分離デバイスとしてのサイクロンセパレータ５０を更に備える。

両方の液体、すなわち、液体燃料３０及び酸化液体３２は、液体燃料３０が燃料入口２０を介して、また、酸化液体３２が酸素入口２２を介して、燃焼チャンバ１２内へ注入される。燃焼チャンバ１２内では、両方の液体が燃焼のために点火される。燃焼は、３０００〜３２００℃の温度の酸素リッチガス３４をもたらし、それにより、１５ｂａｒを超える圧力を生み出す。

放射性汚染水３６は、酸化領域を画定する酸化チャンバ１４であるプロセスチャンバ１０の第２の部分へ供給される。汚染水３６は、上流側の燃焼チャンバ１２から導入される高温の酸素リッチガス３４と瞬時に混合し、それにより、超高速酸化反応を引き起こす。この領域では、圧力が１５ｂａｒを超えた状態に維持されるとともに、温度が１５００℃にまで至る。この非常に高速の発熱反応では、汚染水３６の金属の瞬時の酸化が起こる。

プロセスチャンバ１０の外側は冷却水４２によって水冷却され、一方、使用済み冷却水４４は、プロセスチャンバ１０の端部でプロセスチャンバ１０内へ注入され、それにより、ガス及び酸化物の温度を５００℃まで瞬時に降下させる。反応のそのような即時凍結は、金属化合物を安定させる。したがって、放射性物質３６は、酸素リッチガス３４及び使用済み冷却水４４を用いて酸化物質３８へと酸化される。

酸化のステップの後、酸化物質３８は、仕切りチャンバとも呼ばれるサイクロンセパレータ５０へと排出される。

プロセスのこの最後の部分では、サイクロンセパレータ５０の強力サイクロン５４が酸化物質３８の非ガス残留物、この場合には固体粒子５８、を分離して、酸化物質３８のガス流体を形成する。この例では、ガス流体が水蒸気５６である。酸化固体粒子５８はサイクロンセパレータ５０の底部に集められ、一方、この時点で清浄な水蒸気５６は、更なる利用のために装置から出る。

この発明の重大な部分は、放射性金属の超高速酸化及び汚染水からの放射性金属の沈殿であり、一方、同時に、プロセスは自然放射性崩壊も加速させる。

更なる例において、本発明は、放射性金属を酸化するための超高温装置に関わり、該装置は、
−燃焼チャンバ１２と、
−汚染水３６を供給するための供給装置（図示せず）と水冷マントル４０とを含む酸化チャンバ１４と、
を備え、一方、使用済み冷却水４４は下流側で酸化チャンバ１４内へ注入される。

また、本発明は、酸化剤の流れを制御することによって温度を制御するための方法にも関わる。他の例において、本発明は、分離デバイスとしてのサイクロン５０内へ通じる酸化チャンバ１４に関わる。

更なる例において、本発明は先に係る超高温装置に関わり、この場合、プロセスチャンバ１０は、以下のような３つのプロセス領域が得られるように構成される。

ａ．燃焼領域
ｂ．酸化領域
ｃ．分離領域
他の例では、前記方法が放射性汚染水３６の浄化に関わる。更なる例において、汚染水３６は、清浄水の回収のために清浄な水蒸気５６に変換される。更なる例では、更なる商業化又は安全な廃棄のために、酸化金属を備える固体粒子５８を回収できる。

本発明により提案されるような放射性物質からの汚染水を浄化するという課題の解決策は、超高温酸化に関わる。前述したように、解決すべき最も重要な問題は、とどまるところを知らない合間に広い範囲にわたって広がっている膨大な量の蓄積汚染水である。この状況は、問題の更なる広がり及び更なる増幅を防止するために、汚染水の量の減少及び制御をそれぞれ緊急に行なうことを要する。

本明細書中で与えられる解決策は、汚染水から金属を分離すること、したがって、水を浄化してきれいにすることである。金属が高速酸化によって汚染水から沈殿され、それにより、放射性物質が無い水が残る。汚染物質の量の大きな減少が達成され、したがって、危険の制限が達成される。

更なる例では、本発明に係る装置が以下の５つの主要な部分を備える。

１．酸化液体３２及び液体燃料３０のための２つのタンク、
２．燃焼領域１２を画定する高圧高温燃焼チャンバ、
３．汚染水３６が内部に挿入される酸化領域１４、
４．水蒸気５６から凍結固体粒子５８を分離するための沈殿領域５２を有するサイクロンセパレータ５０、及び、
５．随意的に、電気生成のための高温水蒸気５６のその後の利用のためのタービン６０及び発電機７０。

燃焼領域１２は装置の第１の部分を形成する。液体燃料３０は酸化液体３２と共に燃焼領域１２内に注入され、この燃焼領域１２で、それらが点火されて燃焼し、それにより、酸素リッチガス３４が生成される。液体、すなわち液体燃料３０及び酸化液体３２、の流量比を調整することによって、温度を制御できる。

圧力が１５Ｂａｒに維持されるとともに、温度が３０００℃〜３２００℃に維持される。酸化領域１４を備える装置の第２の部分へ放射性水３６が供給される。放射性水３６は、前のプロセスステップから導入される高温酸素リッチガス３４と瞬時に混合し、それにより、超高速酸化が行なわれる。酸化領域１４内の温度及び結果として生じる圧力は、高温ガスの特定の温度、及び、放射性水３６の流量及び／又は酸素リッチガス３４の流量によって伝導される。酸化領域内の圧力は１５Ｂａｒに維持され、また、温度は１５００℃〜１８００℃に維持される。

温度限界は重要である。これは、前述した範囲内ではほぼ全ての元素が酸素を多く含む環境内で酸化物を形成するからである。非常に高速な発熱反応−例えば金属の完全で急速な酸化など−では、核放射線の破壊を引き起こす振動放射線が形成される。

ユニットの第１及び第２の部分の外側は、冷却水４２によって水冷却される。第２の部分の端部で、この冷却水４２がチャネル開口２６を介して酸化チャンバ内へ注入される。

これは、酸化物質３８、すなわちガス及び酸化物、の温度を５００℃まで瞬時に降下させる。化学反応のこの瞬時凍結は、金属化合物を安定させる。金属化合物のこの安定化プロセスの速度は、酸化チャンバ内の非常に強化された放射線によって容易に監視され得る。酸化領域１２を封じ込める壁、すなわち、酸化チャンバの壁は、強力な放射能の放射線から環境を保護するためにシールドされる。

ユニットの第３の部分は、強力サイクロンセパレータ５０を組み込む沈殿領域によって形成される。サイクロンセパレータ５０は、固体粒子５８を水蒸気ガス５６から分離し、一方、固体粒子５８は底部に集まり、この時点で清浄な水蒸気ガス５６が更なる利用のためにユニットから出る。形成された水蒸気ガスの理にかなった利用は、タービンを用いた電気の生成となり得る。生み出された電力は、その後、本発明に係る装置を動作させるために使用され、様々なポンプを駆動させるために使用され、或いは、送電網へ販売され得る。

したがって、この技術の重大な部分は、金属の超高速酸化、及び、金属のその後の汚染水からの沈殿であり、それにより、その自然循環内へ再導入され得る清浄水が残る。

図２は、図１に係るプロセスチャンバ１０の上側図を表わす例示を示し、このプロセスチャンバは、燃料、例えばケロシン、を燃焼領域１２へ供給するための燃料入口２０と、酸化流体、例えば過酸化水素、を燃焼領域へ供給するための酸素入口２２とを備える。また、図２は、放射性物質３６の流れを制御するためのデバイス４６を示す。

図３は、酸化領域１４をその内部に備える図１に係るプロセスチャンバの断面図を表わす例示を示す。また、図３は、放射性物質を酸化領域１４へ供給するためのパイプ１７、及び、プロセスチャンバの水冷却の入口４３を示す。

図４は、酸化領域１４を収容するプロセスチャンバ１０を伴う本発明に係る装置の透視図を表わす例示を示す。プロセスチャンバ１０の出口に接続されるサイクロン５０は分離デバイスとして動作する。すなわち、サイクロン５０は、プロセスチャンバ１０から受けられる物質をガス流体と非ガス残留物とに分離するように構成される。ガス流体は、電気を生成するための発電機７０を伴う蒸気タービン６０へ送られる。

図５は、本発明に係る方法の原理を描く概略的なフローチャートを示す。この例では、方法が以下のステップを備える。

１００：汚染水を供給するステップ、ステップ１０２へ進む；
１０２：高速酸化を行なうステップ、ステップ１０４及び１０６へ進む；
１０４：清浄水を得るステップ；
１０６：酸化金属を得るステップ、ステップ１０８へ進む；及び、
１０８：危険の大きな減少に対応する大きな減少量を得るステップ。

Claims (14)

1. 放射性物質（３６）を処理するための装置であって、該装置は、酸素リッチガス（３４）を生成するための燃焼領域（１２）と前記燃焼領域（１２）から前記酸素リッチガス（３４）を受けるように配置されている酸化領域（１４）とを有するプロセスチャンバ（１０）を備え、前記プロセスチャンバ（１０）は、前記放射性物質（３６）を前記酸化領域（１４）内へ供給するための供給口（１６）を備え、前記プロセスチャンバ（１０）は、前記放射性物質（３６）を酸化するための前記酸素リッチガス（３４）を使用して酸化物質（３８）を得るように構成され、前記装置は、前記プロセスチャンバ（１０）の出口に動作可能に接続されるとともに前記酸化物質（３８）をガス流体（５６）と非ガス残留物（５８）とに少なくとも部分的に分離するように構成される分離デバイス（５０）を更に備え、
   前記プロセスチャンバ（１０）は、
   −最低温度が３０００℃の酸素リッチガス（３４）、及び、
   −最高温度が５００℃の前記酸化物質（３８）、
   のうちの少なくとも１つを与えるように構成され、
   前記プロセスチャンバ（１０）は、１５Ｂａｒの前記酸化領域（１４）内の圧力を与え、且つ、１５００℃〜１８００℃の前記酸化領域（１４）内の温度を与えるように構成される、装置。
2. 前記プロセスチャンバ（１０）は、前記酸化領域（１４）を少なくとも部分的に取り囲む及び／又は前記供給口（１６）の下流側で延在する放射線シールドを備える請求項１に記載の装置。
3. 前記放射線シールドは、前記プロセスチャンバ（１０）の冷却システム（４０，４２，４４）によって、少なくとも一部が与えられる請求項２に記載の装置。
4. 前記プロセスチャンバ（１０）は、冷却マントル（４０）を備え、前記冷却マントル（４０）は、前記燃焼領域（１２）及び／又は前記酸化領域（１４）を取り囲む前記プロセスチャンバ（１０）の壁を少なくとも部分的に冷却するようになっている請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記プロセスチャンバは、
   前記プロセスチャンバ（１０）の壁を少なくとも部分的に冷却する冷却マントル（４０）と、
   冷却流体（４４）を前記冷却マントル（４０）から前記プロセスチャンバ（１０）内へ注入するために前記冷却マントル（４０）の内部を前記プロセスチャンバ（１０）の内部に接続する少なくとも１つのチャネル開口（１８）と、を備え、
   前記チャネル開口（１８）は、前記プロセスチャンバ（１０）の下流側出口に隣接して配置される請求項３に記載の装置。
6. 前記プロセスチャンバ（１０）は、燃料（３０）を前記燃焼領域（１２）へ供給するための燃料入口（２０）を備える請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記プロセスチャンバ（１０）は、酸化流体（３２）を前記燃焼領域（１２）へ供給するための酸素入口（２２）を備える請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記放射性物質（３６）は、放射性汚染水を備え、及び／又は、前記ガス流体（５６）が主に蒸気である請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記分離デバイス（５０）がサイクロンである請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記プロセスチャンバ（１０）は、前記燃焼領域（１２）を含む燃焼チャンバと、該燃焼チャンバに隣接して前記酸化領域（１４）を含む酸化チャンバとを備える請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
11. 放射性物質（３６）を処理するための方法であって、
    −燃焼領域（１２）と酸化領域（１４）とを有するプロセスチャンバ（１０）を設けるステップと、
    −前記燃焼領域（１２）内で酸素リッチガス（３４）を生成するステップと、
    −前記酸素リッチガス（３４）を前記燃焼領域（１２）から前記酸化領域（１４）へ送るステップと、
    −前記プロセスチャンバ（１０）の供給口（１６）を介して前記放射性物質（３６）を前記酸化領域（１４）内へ供給するステップと、
    −前記放射性物質（３６）を酸化するための前記酸素リッチガス（３４）を使用して酸化物質（３８）を得るステップと、
    −前記プロセスチャンバ（１０）の出口に動作可能に接続される分離デバイス（５０）へ前記酸化物質（３８）を送るステップと、
    −前記酸化物質（３８）をガス流体（５６）と非ガス残留物（５８）とに少なくとも部分的に分離するステップと、
    を備え、
    前記プロセスチャンバ（１０）は、
    −最低温度が３０００℃の酸素リッチガス（３４）、及び、
    −最高温度が５００℃の前記酸化物質（３８）、
    のうちの少なくとも１つを与えるように構成され、
    前記プロセスチャンバ（１０）は、１５Ｂａｒの前記酸化領域（１４）内の圧力を与え、且つ、１５００℃〜１８００℃の前記酸化領域（１４）内の温度を与えるように構成される方法。
12. 前記ガス流体（５６）を清浄な蒸気及び／又は清浄水として少なくとも部分的に回収し、それにより、電気生成のためにタービン（６０）及び／又は発電機（７０）を駆動させるステップを更に備える請求項１１に記載の方法。
13. 更なる商業化及び／又は安全な廃棄のために前記非ガス残留物（５８）を回収するステップを更に備える請求項１１又は請求項１２に記載の方法。
14. 前記放射性物質（３６）及び／又は前記酸素リッチガス（３４）の流れを制御することにより酸化温度を制御するステップを更に備える請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。

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