JP6978446B2 - 能動的炉分離チャンバ - Google Patents

Description

本願は、２０１６年７月８日に出願された米国仮出願第６２／３５９，７４６号に対する優先権を主張するものであり、該仮出願は、その全体が参照により本明細書中に援用される。

熱間静水圧プレス処理されるべき構成要素と炉との間に位置する、熱間静水圧プレス（「ＨＩＰ」）の一体型部分を形成する物理的分離チャンバが、開示される。ＨＩＰ缶から炉またはＨＩＰ容器に逃散し得る任意の有害／放射性微粒子、粉末、および／またはガスを物理的に含有し、そしてその移動を防止する方法もまた、開示される。

ＨＩＰ処理では、固化されるべき材料が、高圧格納容器内での昇温状態および静水圧ガス加圧の両方に暴露される。加圧ガスは、材料が化学的に反応しないような、窒素またはアルゴン等の不活性ガスである。チャンバは、加熱され、圧力が、静水圧様式で材料に印加されるように、容器の内側の圧力を増加させる。ＨＩＰシステムの、固化されている材料内に見出される潜在的な有害要素からの汚染を回避する必要性が、存在する。

高圧および／または温度に曝されるべき放射性および／または有毒物質を含有するための１つの装置が、「能動的格納オーバーパック」（「ＡＣＯＰ」）システムと称される。ＡＣＯＰシステムは、ＨＩＰシステムの一体型部分ではない。むしろ、それは、使用毎に炉チャンバの中に設置されなければならない缶設計の内側の缶である、格納容器デバイスである。整合課題および炉の材料と比較した熱膨張差異に起因する炉の損傷の可能性に加え、ＡＣＯＰシステムは、それが動作するために、動作欠陥をもたらす、炉の高温領域内に設置されなければならない。例えば、ＡＣＯＰシステム全体が、ＨＩＰ炉の高温領域内に位置するため、シール領域の熱膨張およびクリープひずみと関連付けられる技術的問題が、存在する。

加えて、ＡＣＯＰシステムのフィルタもまた、ＨＩＰ炉の高温領域内に必然的に位置するが、放射性および／または有毒物質を含有する上での問題をもたらし得る。これは、これらのフィルタの高温での断続的な使用が、フィルタの細孔サイズを変化させるためである。したがって、一貫した性能を経時的に維持するための能力が、損なわれる。加えて、フィルタは、高温において低強度を有し、ＨＩＰの急激な減圧が生じると、フィルタは、維持するように設計されたその格納容器を破裂させ破壊し得る。

高温におけるガス圧力の喪失または低減はまた、多孔性金属フィルタに、貫通孔を焼結し、閉鎖し得、これは、ガス圧力が、ＡＣＯＰチャンバ内に捕捉されるであろうため、潜在的な問題をもたらし得る。ＡＣＯＰの内側の圧力は、ＨＩＰ缶／構成要素を装填解除しようとするオペレータに対して危険をもたらす、加圧された容器をもたらし得る。シールおよびフィルタの炉の高温領域内への設置の組み合わせと関連付けられる、結果として生じる問題は、ＡＣＯＰシステムの内容物が、ＨＩＰシステムを汚染し得る可能性を増加させる。

少なくとも前述の理由のために、ＡＣＯＰシステムは、典型的には、高度な保守／交換を要求する。したがって、ＨＩＰサイクルの間に、フィルタを横断する熱勾配または圧力差異のいずれかを通して、シール領域内に裂け目が形成し得る可能性が、存在する。さらに、ＡＣＯＰシステムは、金属から作製され、ＨＩＰ処理温度において、ＡＣＯＰの機械強度は、低い。結果として、ＡＣＯＰの厚さは、ある強度を提供するために増加され得、これは、ユニットを重くする。

加えて、閉鎖タイプに応じて、ＡＣＯＰは、ＨＩＰシステム内の空間を占める。例えば、ボルト締めフランジ設計において、フランジは、ＡＣＯＰ空洞の作業サイズを低減させる空間を占め、これは、より小さい部分またはより大きいＨＩＰのいずれか一方が、使用され、空洞サイズを維持することを意味する。ＡＣＯＰシステムの端部閉鎖は、一連の離間されたねじボルトを伴うフランジ／蓋によって行われ得る。代替として、フランジ／蓋は、それを瓶の蓋に類似した蓋などの上に螺着することによって、または、シールを作製するために、事実上、シール材料／ガスケットを挟み込む他の機械的クランプまたは係止部によって取り付けられることができる。金属噛合表面は、ねじ山であるかまたは平坦面であるかに関わらず、高温および高圧において密着する。これは、それらを拡散接合または粘着／溶接させ、それらを離間困難にし、その結果、構成要素の除去を困難にし得る。コーティングは、接合を防止するために使用されることができるが、限定された寿命範囲を有し、多くの場合、定期的に再適用される必要がある。そのうえ、コーティングを遠隔で放射性環境に提供するステップは、困難であり、ＨＩＰ処理に複雑性を追加する。

熱間静水圧プレス処理される（「ＨＩＰｅｄ」）べき構成要素を含有するための、開示される能動的炉分離チャンバ（「ＡＦＩＣ」）は、上記に述べられた問題および／または先行技術の他の問題のうちの１つ以上に対処する。

ある側面では、本開示は、ＨＩＰ処理されるべき構成要素を含有するための炉分離チャンバを対象とする。ある実施形態では、チャンバは、縦方向の円筒形側壁と、側壁の間に延在し、そしてそれに恒久的に接続し、それによって、チャンバの１つの端部を閉鎖する、上面端部と、上面端部の反対側にあり、そしてチャンバの基端部を形成する、可動底端部とを備える。可動底端部は、構成要素を受容するように適合され、構成要素をＨＩＰシステムにおける炉の外側の低温区域からＨＩＰシステムにおける炉の高温区域の中に上昇および降下させるための機構を備える。典型的には、ＨＩＰシステム内で使用されるＡＣＯＰデバイスとは異なり、説明される分離チャンバは、チャンバの基端部が、炉の高温区域の外側に位置する、ＨＩＰシステムの一体型部分を形成する。開示される発明の分離チャンバは、重要なシールおよびフィルタ等の一体型構成要素が、ＨＩＰ処理の極度の圧力および温度によって損なわれ得る、高温区域の外側に位置することを可能にする。

本開示に説明される、炉分離チャンバを使用して構成要素をＨＩＰ処理する方法もまた、開示される。非限定的な実施形態では、本方法は、放射性物質を含む焼成物質を固化する方法を含み、本方法は、焼成物を含有する放射性核種を、少なくとも１つの添加剤と混合し、ＨＩＰ前粉末を形成する、ステップと、ＨＩＰ前粉末を缶の中に装填するステップと、缶をシールするステップと、シールされた缶を、本明細書に説明される炉分離チャンバの中に装填するステップと、ＨＩＰ容器を閉鎖するステップと、ＨＩＰ容器の炉分離チャンバ内で、シールされた缶を熱間静水圧プレス処理するステップとを含む。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
熱間静水圧プレス処理されるべき構成要素を含有するための炉分離チャンバであって、
縦方向の円筒形側壁と、
前記側壁の間に延在し、かつそれに恒久的に接続し、それによって、前記チャンバの１つの端部を閉鎖する、上面端部と、
前記上面端部の反対側にあり、かつ前記チャンバの基端部を形成する、可動底端部であって、前記可動底端部は、前記構成要素を受容するように適合され、前記構成要素をＨＩＰシステム内の炉の高温区域の中に上昇および降下させるための機構を備える、可動底端部と
を備え、
前記分離チャンバは、前記ＨＩＰシステムの一体型部分を形成し、
前記チャンバの基端部が、前記炉の高温区域の外側に位置する状態で、前記炉分離チャンバの上面端部から前記基端部への温度勾配が、存在する、炉分離チャンバ。
（項目２）
前記ＨＩＰシステム内の前記炉の高温区域内に含有される前記チャンバの一部が、フランジまたはシール面を含有しない、項目１に記載の炉分離チャンバ。
（項目３）
少なくとも１つの多孔性金属またはセラミックのフィルタを備える、項目１に記載の炉分離チャンバ。
（項目４）
前記ＨＩＰ処理の加圧ガスは、前記少なくとも１つの多孔性金属またはセラミックのフィルタを通して、前記熱間静水圧プレス処理されるべき構成要素に作用することが可能である、項目３に記載の炉分離チャンバ。
（項目５）
前記少なくとも１つの多孔性金属またはセラミックのフィルタは、前記炉の高温区域の外側にある、前記チャンバの基部内に位置する、項目３に記載の炉分離チャンバ。
（項目６）
前記少なくとも１つの多孔性金属またはセラミックのフィルタは、前記分離チャンバの前記壁、上面部、またはその組み合わせのうちの少なくとも１つに組み込まれる、項目３に記載の炉分離チャンバ。
（項目７）
前記少なくとも１つの多孔性金属またはセラミックのフィルタは、前記フィルタを通るガスの対流を介して前記炉から熱を移送するように構成される、項目６に記載の炉分離チャンバ。
（項目８）
前記チャンバは、金属、セラミック、およびその複合物のうちの少なくとも１つを含む、少なくとも１つの高温の高強度材料を含む、項目１に記載の炉分離チャンバ。
（項目９）
前記金属、セラミック、およびその複合物は、モリブデンと、タングステンと、カーボンカーボン複合材を含む、項目８に記載の炉分離チャンバ。
（項目１０）
前記チャンバは、有害物質、有毒物質、または核物質を受容するように適合される、項目１に記載の炉分離チャンバ。
（項目１１）
前記核物質は、プルトニウム含有廃棄物を含む、項目１に記載の炉分離チャンバ。
（項目１２）
前記チャンバは、微粒子を除去し、かつ前記チャンバ内で加工されている材料に、物理的にフィルタされ不純物除去された環境アルゴンガスを提供するように構成される、項目１に記載の炉分離チャンバ。
（項目１３）
Ａｒから選定された不活性ガスを含む前記ＨＩＰ処理のための加圧ガスを含み、酸素と、窒素と、炭化水素と、その組み合わせとを含む不純物ガスをさらに含む、項目１に記載の炉分離チャンバ。
（項目１４）
前記炉の基端部が、冷却区域を形成するように、前記炉の内側にある前記炉分離チャンバの上面端部から前記炉の外側にある前記基端部への前記温度勾配が、少なくとも７５０℃である、項目１に記載の炉分離チャンバ。
（項目１５）
前記炉の外側に位置する前記チャンバの基端部は、少なくとも、前記チャンバの冷却区域の壁上で濃縮するガスを含有する、放射性物質からの放射線の存在を測定するためのデバイスをさらに備える、項目１４に記載の炉分離チャンバ。
（項目１６）
フィルタ端部支持部をフィルタシールアセンブリに結合し、かつ前記フィルタシールアセンブリを前記チャンバに結合するように構成される係止機構の対をさらに備える、項目１に記載の炉分離チャンバ。
（項目１７）
Ｏリングと、プレートの対とをさらに備え、前記プレートの対は、前記Ｏリングが、それぞれ、前記プレートの２つの最外面、および前記チャンバの内部面と接触するように、前記Ｏリングを圧縮し、位置付けるように構成される、項目１に記載の炉分離チャンバ。
（項目１８）
高熱伝導材料を含む冷却されたヒートシンクをさらに備え、前記ヒートシンクは、不要なガスを前記冷却されたヒートシンク内またはその周囲で濃縮させる前記炉分離チャンバ内で、熱勾配を形成する、項目１に記載の炉分離チャンバ。
（項目１９）
前記高熱伝導材料は、アルミニウム、銅、またはそのような材料の合金を含む、項目１８に記載の炉分離チャンバ。
（項目２０）
前記冷却されたヒートシンクは、１つ以上の冷却チャネルをさらに備え、前記１つ以上の冷却チャネルは、それを通して冷却剤を再循環させるために十分である、項目１８に記載の炉分離チャンバ。
（項目２１）
放射性物質を含む焼成物質を固化する方法であって、前記方法は、
焼成物を含有する放射性核種を、少なくとも１つの添加剤と混合させ、ＨＩＰ前粉末を形成する、ステップと、
前記ＨＩＰ前粉末を缶の中に装填するステップと、
前記缶をシールするステップと、
前記シールされた缶を、項目１に記載の前記炉分離チャンバの中に装填するステップと、
前記ＨＩＰ容器を閉鎖するステップと、
前記ＨＩＰ容器の炉分離チャンバ内で、前記シールされた缶を熱間静水圧プレス処理するステップと
を含む、方法。
（項目２２）
熱間静水圧プレス処理するステップは、３００℃〜１，９５０℃の範囲に及ぶ温度、かつ１０〜２００ＭＰａの範囲に及ぶ圧力で１０〜１４時間の範囲に及ぶ時間にわたって実施される、項目２１に記載の方法。
（項目２３）
少なくとも前記装填するステップは、遠隔で実施される、項目２１に記載の方法。

図１Ａおよび１Ｂは、本開示の実施形態による、熱間静水圧プレス内に位置する炉分離チャンバの断面図である。 図２は、図１Ｂに示される実施形態による、炉分離チャンバの拡大図である。 図３は、図２の円内に示される、炉分離チャンバの底部、すなわち、端部冷却区域の拡大図である。 図４は、図２の円内に示される、炉分離チャンバの底部、すなわち、端部冷却区域の付加的な発明の実施形態の拡大図である。 図５Ａおよび５Ｂは、本開示の実施形態による、炉分離チャンバに対するフィルタおよびガス流動の断面図である。 図５Ａおよび５Ｂは、本開示の実施形態による、炉分離チャンバに対するフィルタおよびガス流動の断面図である。 図６は、圧縮解除されたＯリングを伴う、図２の円内に示される、炉分離チャンバの底部、すなわち、端部冷却区域の拡大図である。 図７は、圧縮されたＯリングを伴う、図２の円内に示される、炉分離チャンバの底部、すなわち、端部冷却区域の拡大図である。 図８は、圧縮解除されたＯリングを伴う、図２の円内に示される、炉分離チャンバの底部、すなわち、端部冷却区域の付加的な発明の実施形態の拡大図である。 図９は、圧縮されたＯリングを伴う、図７の円内に示される、炉分離チャンバの底部、すなわち、端部冷却区域の付加的な発明の実施形態の拡大図である。 図１０Ａおよび１０Ｂは、本開示の実施形態による、係止チャンバおよびフィルタアセンブリの斜視図である。 図１１Ａおよび１１Ｂは、それぞれ、図１０Ａおよび１０Ｂに示される、本開示の実施形態による、係止チャンバおよびフィルタアセンブリの斜視図である。 図１２Ａおよび１２Ｂは、開示されるＡＦＩＣの実施形態の種々の側面の分解図である。図１２Ａは、図１２Ｂの実施形態に対応する種々の側面の分解図である。 図１３は、本開示の実施形態による、設計された冷却機構を有し、熱的勾配冷却を誘発する、炉分離チャンバの断面図である。

前述の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方は、例示的かつ説明的にすぎず、請求されるように、本発明を制限するものではないことを理解されたい。

１つの実施形態では、本明細書に説明される能動的炉分離チャンバが、炉を放射性／有毒物質から保護するように意図される、現在使用されるシステムの問題および限界を克服する。説明される能動的炉分離チャンバは、現在使用されるシステムの限界を、少なくとも以下の方法で克服する。
・高温区域内にフランジまたはシール面が存在せず、それによって、高強度材料の使用を可能にする。
・高強度材料が、より薄い区分が使用されることを可能にする。
・統合化された設計が、整合を保証し、それによって、遠隔装填／装填解除を可能にする。
・フランジまたは特別な開口端部閉鎖部をシールする必要性がないため、炉高温区域内に無駄な空間が存在しない。
・シールが、低温区域内にあり、それによって、シール間の拡散接合の課題を克服する。
・高温区域領域内のフィルタは、随意であり、不可欠ではなく、したがって、たとえ急速な減圧が生じても、圧力は、低温フィルタを通した経路を有し、それによって、高温区域内のフィルタを横断した圧力差異を低減させ、したがって、フィルタ破裂を防止する。
・低温フィルタは、使用されると、閉鎖せず、したがって、ガスが容器圧力と等しくなるための経路が、加圧チャンバシナリオを防止するために提供されるであろう。

図１Ａおよび１Ｂを参照すると、本開示による能動的炉分離チャンバは、ＨＩＰ炉設計の一体型部分である。本明細書で使用されるように、「ＨＩＰシステムの一体型部分」を形成することは、ＡＦＩＣは、ＡＣＯＰシステムに対する要求に応じて、処理毎に装填および装填解除されないが、ＨＩＰ炉設計の恒久的構成要素であることを意味することが意図される。図１では、中にＨＩＰ処理されるべき部分１２０が含有されるチャンバ１１０が、示される。ＡＦＩＣは、少なくともその一部がＨＩＰ炉１３０の高温区域内に含有される、高温チャンバ１１０を含有する。図１Ａおよび１Ｂに示される１つの実施形態では、ＡＦＩＣの底端部が、冷却区域１４０を形成する炉の外側に位置する。例示的実施形態によると、完全なアセンブリは、１つ以上の絶縁および／または断熱層１５０、１６０をさらに含有する。

図２は、図１Ｂに示される本開示の実施形態による、炉分離チャンバの拡大図である。種々の実施形態では、チャンバ１１０は、幅広い範囲の高温高強度材料から製作されることができる。そのような材料の非限定的な一覧は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、および超合金、およびセラミックを含む。

さらに図２を参照すると、ＨＩＰ缶から逃散し得る微粒子の解放および融解を含有するように設計された、開示されるＡＦＩＣに一体となっている領域２１０が、示される。加えて、特に、炉の外側に位置する、冷却区域１４０を形成するＡＦＩＣの底端部に対して、炉およびＡＦＩＣの開示される設計のいくつかの利点が、存在する。この設計の結果として、任意の逃散揮発性ガスが、チャンバの底部に位置するフィルタに到達する前に、凝縮によって冷却区域１４０内に含有される。図２の例示的実施形態では、熱勾配を確実にするために、高温区域１３０と冷却区域１４０との間に絶縁体２２０を含むことが可能である。

１つの実施形態では、冷却区域１４０は、冷却区域１４０内のチャンバの壁上で濃縮する放射能含有ガスからの放射線の存在を測定するための、少なくとも１つのデバイスを含有する。そのような測定デバイスを有することによって、放射性ガスの壊滅的な不要な逃散の前に、ＨＩＰ缶および／またはＡＦＩＣ内の比較的に小さい裂け目を即座に検出することが、可能である。

本開示による炉設計はまた、作業体積が最大限にされることを確実にし得る。特に、ＡＦＩＣの底端部が、冷却区域１４０を形成する炉の高温区域１３０の外側に位置するため、高温区域１３０内に存在しているフランジまたはシールに起因する体積の喪失は、生じない。

図３に示される実施形態では、ＡＦＩＣは、多孔性金属またはセラミックのフィルタを含有してもよい。例示的実施形態では、フィルタは、高温区域１３０内に第１のフィルタ３１０として示され、そして冷却区域１４０内に第２のフィルタ３２０として示される。そのような第１および／または第２のフィルタが存在するとき、ＨＩＰシステムと関連付けられる加圧ガスは、フィルタ材料を通して部分と連通し、それに作用し得る。示されるように、フィルタ３１０、３２０は、炉区域３２０の外側のチャンバの基部内に単に位置するか、および／または分離チャンバ３１０の壁および上部内に組み込まれるかのいずれか一方であり得る。例示的実施形態では、ＡＦＩＣは、ＨＩＰ処理の間に蓄積し得るＨＩＰシステム内の圧力を制御または限定し得る、超過圧力逃がし弁３３０を含有する。逃がし弁３３０は、所定の圧力で開放するように設計または設定され、ＡＦＩＣおよび他の機器がそれらの設計限界を超過する圧力に晒されないように保護し得る。

図４は、図２の円内に示される、炉分離チャンバの底部、すなわち、端部冷却区域の付加的な発明の実施形態の拡大図である。この実施形態はまた、ＡＦＩＣの適切な整合を確実にし、そしてＡＦＩＣシステムのロボット操作または遠隔操作を促進するように構成される、シールプラグ４１０および位置付けられた座部４２０を示す。

示されるように、本明細書に説明されるＡＦＩＣは、フィルタを、リアクタの高温区域１３０内（第１のフィルタ３１０）および低温区域１４０内（第２のフィルタ３２０）に含有してもよい。図５Ａおよび５Ｂの例示的実施形態は、ＡＦＩＣフィルタおよびシールの拡大図を示す。特に、図５Ａは、シールプラグの斜視図であり、図５Ｂは、チャンバ１１０と結合された後のシールプラグの斜視図である。図５Ａおよび５Ｂは、第１のフィルタ３１０（焼結金属）および第２のフィルタ３３０（焼結金属）の場所を示す。例示的実施形態はさらに、チャンバ壁５１０の内側に対してシールするＯリング５３０を示す。ＡＦＩＣを通した例示的なガス流路５２０もまた、示される。

第１のフィルタ５２０を高温区域内に位置させることの少なくとも１つの利点は、熱が、ガスの対流を介してそれらを通して移動し得ることである。これらのフィルタがない状態では、熱移動は、輻射熱および伝導熱の移動を介して行われるであろう。本開示が克服する、高温区域内でフィルタを有することの潜在的な欠点は、高温における機械強度の喪失、および種々の温度におけるフィルタ細孔サイズの経時的な変化である。しかしながら、フィルタ５２０の第１の機能が、微粒子がチャンバから逃散することを防止することであるとき、それは、チャンバの意図された機能を意図せず損なわせ得る。セラミック系フィルタは、部分的に、多くの点でこの問題を克服することができる。代替として、および／または加えて、ＨＩＰの低温区域１４０内にフィルタ３３０を有することの利点が、機械強度およびフィルタ細孔サイズが、使用全体を通して維持されることを可能にする。チャンバ１１０が、高温区域内で分離不可能な部分を伴う、モリブデン、タングステン、カーボンカーボン材料等の高温高強度材料から作製されるとき、付加的な利点が、開示される実施形態によって実現され得る。

図６による例示的実施形態では、特に圧縮解除されたＯリング６１０を参照した、炉分離チャンバの底部、すなわち、端部冷却区域の拡大図が、示される。図７は、図６と同一であるが、圧縮されたＯリング７２０を有する実施形態を図示する。Ｏリング７２０は、圧縮ナット７３０の緊締によって圧縮され得る。いくつかの実施形態では、複数のＯリング７２０が、使用されてもよい（図示せず）。さらに他の実施形態では、圧縮に応じてシール表面を提供するように構成される、ガスケットまたは他の同様の据え付け材料が、使用されてもよい。図７はさらに、炉分離チャンバの底部、すなわち、端部冷却区域を通したガス流路７１０を示す。

図６の円内に示される、炉分離チャンバの底部、すなわち、端部冷却区域の付加的な発明の実施形態の拡大図である図８に示されるように、図８の例示的実施形態では、Ｏリング６１０が圧縮解除された状態であり、そしてＡＦＩＣが開放位置に留まることを可能にする、ばねが搭載された機構が、示される。図８に示されるように、圧縮ナット７３０は、緊締されない。結果として、圧縮解除ばね８１０は、プレート８２０が付勢力を印加することによって分離された状態であり、したがって、Ｏリング６１０が圧縮解除状態であることを可能にする。

対照的に、図９は、圧縮されたＯリング７２０を伴う、図８に示されるばねが搭載された機構を示す。この実施形態では、圧縮ナット７３０が、緊締され、それによって、上部プレート９１０Ａおよび底部プレート９１０Ｂを相互に接近させ、結果としてＯリング７２０が圧縮状態になる。例示的実施形態では、プレートの半径方向の最外面の傾斜角が、それぞれ、Ｏリング７２０を外向きに押動する。このように、プレートは、Ｏリングが３つの表面に対してシールし、プレートの２つの最外面およびチャンバ１１０の内面が、それによって、３つの面上でのシールを確実にするように、Ｏリングを圧縮し、位置付けるように構成される。これは、有利には、Ｏリングが圧縮状態に変形し、漏洩および／またはＯリングの疲労／故障の可能性を最小限にすることを補助する。

本開示の例示的実施形態による、係止機構およびフィルタアセンブリの斜視図である、図１０Ａおよび１０Ｂが、参照される。係止機構およびフィルタアセンブリは、離散部分の除去可能な結合具に関して、本開示の全体を通して開示され、そして本明細書に説明される種々の実施形態と協働し得る。図１０Ａおよび１０Ｂは、第２のフィルタ３２０を伴う、高温チャンバ１０１０およびフィルタシールアセンブリ１０２０の場所を示す。例示的実施形態では、高温チャンバ１０１０が、施錠され、上側限定係止機構（また、ツイストロックとも称される）によってフィルタシールアセンブリ１０２０と係止および係止解除する。他の実施形態では、ばね錠、隆起、あり継ぎ等が、使用され、フィルタシールアセンブリ１０２０を高温チャンバ１０１０に除去可能に結合してもよい。

特に図１０Ｂを参照すると、上側限定係止機構１０２５Ａが、フィルタシールアセンブリ１０２０を高温チャンバ１０１０に対して方向１０３０に捻転させることによって係止位置に移動する。例示的実施形態では、上側限定係止機構１０２５Ａは、フィルタシールアセンブリ１０２０の上側部分の周囲に等距離で離間された一連の（４つの）突出端部を有し、下側限定係止機構１０２５Ｂは、フィルタシールアセンブリ１０２０の下側の周囲に等距離で離間された一連の（４つの）突出端部を有する。

図１１Ａおよび１１Ｂは、係止解除状態（図１１Ａ）および係止状態（図１１Ｂ）の下側限定係止機構１０２５Ｂを伴う図１０Ａおよび１０Ｂの実施形態の立面図である。特に図１１Ｂを参照すると、下側限定係止機構１０２５Ｂおよびフィルタシールアセンブリ１０２０が、回転可能な係合部によってフィルタ支持アセンブリ１１１０に係止される。例示的実施形態では、フィルタ端部支持部１１１０が、施錠され、下側限定係止機構１０２５Ｂを介してそれに係止および係止解除する。例示的実施形態では、上側および下側限定係止機構１０２５Ａ、１０２５Ｂは、反対方向に係止および係止解除し、それによって、安全および理解の容易さを促進するように構成される。フィルタ支持アセンブリ１１１０が、それぞれ、ＡＦＩＣシステムの底部に対して、図１０Ａおよび１０Ｂに示される。さらに、冷却フィン１１２０もまた、示される。

開示されるＡＦＩＣの実施形態の種々の側面の分解図が、図１２Ｂに示される図１２Ａの要素の略対応する場所を伴って、図１２Ａに提供される。高温チャンバ１１０、ＨＩＰ缶１２０、台座１２１０、およびフィルタシールアセンブリ１０２０が、示される。

当業者が理解するであろうように、ＨＩＰ缶が処理の間に破壊した場合、ＨＩＰ処理温度（Ｔ＞８５０℃）において揮発性であるＨＩＰ缶内の構成要素が、破壊したＨＩＰ缶から逃散するであろう。前述に説明されたＡＣＯＰシステム等の現在利用可能な格納容器システムは、揮発性ガスの逃散を取り扱うための機構を有していない。これは、主として、ＡＣＯＰシステムでは、フィルタが、使用の間ＨＩＰ缶と同一の加工温度にあり、したがって、いかなる揮発性ガスをも含有しないであろうためである。

ＡＣＯＰシステムと対照的に、本明細書に説明されるＡＦＩＣシステムは、ＨＩＰ処理が生じる炉内の高温区域とＨＩＰ容器および炉の底部に位置する遥かに低温の区域との間に熱勾配を有する。例えば、１つの実施形態では、高温炉の高温区域とＨＩＰ容器の底部における冷却区域との間の温度差異は、少なくとも５００℃である。他の実施形態では、温度差異は、炉の高温区域より低温である、少なくとも７５０℃、またはさらに少なくとも１，０００℃である。さらに別の実施形態では、高温区域と冷却区域との間の温度差異は、少なくとも１，２５０℃である。これは、部分的に、例えば、図１２Ａ内、そして図１１Ａおよび１１Ｂ内に示される冷却フィン内の、本開示全体を通して開示される部分のカスタマイズによって、遂行され得る。熱勾配の存在は、高温ガスが、破壊したＨＩＰ缶から逃散し、そしてその中に含有される放射能元素が、冷却区域内のフィルタに到達する前に、ＡＦＩＣチャンバの冷却内壁上で濃縮することを可能にする。前述で開示されたように、熱勾配は、ＡＣＯＰシステム内に存在しない受動的格納容器特徴である。

ＡＦＩＣ管／チャンバの長さに沿って、例えば、１，３５０℃の高温区域内の高温から、５０℃のＡＦＩＣ管／チャンバの下側領域への温度勾配によって作成される、受動的格納容器特徴に加えて、ＡＦＩＣの下側部分をＨＩＰの底部ヘッドまで延在させ、そして冷却剤を循環させることによって冷却される冷却プレートを含むことによって、能動的冷却特徴を組み込むことが、可能である。この実施形態に関して、高熱伝導材料１３１０を有するヒートシンクを含む下側冷却ヘッドから形成される、設計された熱勾配を示す図１３が、参照される。そのような材料の非限定的な実施形態は、アルミニウム、銅、またはそのような材料の合金を含む。これらのヒートシンクは、プレート、ブロック、またはフィンガ１３２０の形態に作製されてもよく、ＡＦＩＣシステムの下側領域を直接的に冷却し、上記に述べられた温度勾配をもたらすように構成される、ヒートシンク内に位置する１つ以上の冷却チャネル１３３０を含んでもよい。この実施形態では、能動的冷却特徴が、容器壁１３１０まで延在する冷却プレート／ヒートシンクと、熱がＨＩＰ容器に対する再循環冷却剤に移送される、冷却下側ヘッド１３４０とを有することによって、システムの中に取り込まれる。

さらに別の実施形態では、能動的冷却特徴が、ＡＦＩＣ管／チャンバの下側部分の周囲に嵌合するカラーの追加によって組み込まれ、熱をＨＩＰ容器または付加的な冷却回路の既存の冷却部分に移送する。

不可欠ではないが、「強制的」または「能動的」冷却特徴の利点は、熱伝導効率がガスの密度の関数として変化するため、ガス圧力から独立して動作することである。能動的冷却はまた、本明細書に開示される温度勾配の達成を補助し得るが、必ずしもそのような勾配を達成することが要求されるわけではない。本明細書に開示されるように、チャンバは、格納容器を膨張させるための機械強度を提供し、万一缶または構成要素が制御不可能に膨張した場合、炉／容器が機械的に損傷されないように保護しながら、フィルタは、炉、ＨＩＰ容器、およびガスラインを汚染する放射性／有毒物質の発散を防止する。

別様に示されない限り、本明細書および請求項に使用される、材料、反応条件等の数量を表現する全ての番号は、全ての事例において用語「約」によって修飾されているものと理解されたい。故に、逆に示されない限り、以下の明細書および添付された請求項に記載される数値パラメータは、本開示によって得られるように求められた所望される特性に応じて変動し得る近似値である。

本発明の他の実施形態が、本明細書に開示される本発明の仕様および実践を考慮することによって、当業者に明白となるであろう。本明細書および実施例は、例示的にすぎないと見なされ、そして本発明の真の範囲は、以下の請求項によって示されていることが、意図される。

Claims (9)

1. 熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）システムにおいて熱間静水圧プレス処理されるべき構成要素を含有するための炉分離チャンバであって、前記炉分離チャンバは、
   縦方向の円筒形の側壁と、
   前記側壁の間に延在し、かつ、前記側壁に恒久的に接続し、それによって、前記炉分離チャンバの１つの端部を閉鎖する上面端部と、
   前記上面端部の反対側にあり、かつ、前記炉分離チャンバの基端部を形成する可動の底端部であって、前記可動の底端部は、前記構成要素を受容するように適合されており、前記可動の底端部は、前記構成要素を前記ＨＩＰシステム内の炉の高温区域の中に上昇および降下させるための機構を含む、可動の底端部と
   を備え、
   前記炉分離チャンバは、前記ＨＩＰシステムの一体型部分を形成し、
   前記炉分離チャンバは、各ＨＩＰ処理に対して、前記ＨＩＰシステム内の前記炉の中に装填されないし、前記ＨＩＰシステム内の前記炉から装填解除されないが、前記ＨＩＰシステム内の前記炉の恒久的な構成要素であり、
   前記炉分離チャンバの前記基端部が前記炉の外側に位置する状態で、前記炉分離チャンバの前記上面端部から前記基端部への温度勾配が存在し、
   前記炉分離チャンバは、少なくとも１つの多孔性の金属またはセラミックのフィルタをさらに備える、炉分離チャンバ。
2. 加圧ガスは、ＨＩＰ処理において使用され、前記加圧ガスは、前記少なくとも１つの多孔性金属またはセラミックのフィルタを通して、前記熱間静水圧プレス処理されるべき構成要素に作用することが可能である、請求項１に記載の炉分離チャンバ。
3. 前記少なくとも１つの多孔性金属またはセラミックのフィルタは、前記炉の外側にある前記炉分離チャンバの前記基端部内に位置する、請求項１に記載の炉分離チャンバ。
4. 前記少なくとも１つの多孔性金属またはセラミックのフィルタは、前記炉分離チャンバの前記壁、上面部、または、その組み合わせのうちの少なくとも１つに組み込まれる、請求項１に記載の炉分離チャンバ。
5. 前記少なくとも１つの多孔性金属またはセラミックのフィルタは、前記フィルタを通るガスの対流を介して前記炉から熱を移送するように構成されている、請求項４に記載の炉分離チャンバ。
6. 熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）システムにおいて熱間静水圧プレス処理されるべき構成要素を含有するための炉分離チャンバであって、前記炉分離チャンバは、
   縦方向の円筒形の側壁と、
   前記側壁の間に延在し、かつ、前記側壁に恒久的に接続し、それによって、前記炉分離チャンバの１つの端部を閉鎖する上面端部と、
   前記上面端部の反対側にあり、かつ、前記炉分離チャンバの基端部を形成する可動の底端部であって、前記可動の底端部は、前記構成要素を受容するように適合されており、前記可動の底端部は、前記構成要素を前記ＨＩＰシステム内の炉の高温区域の中に上昇および降下させるための機構を含む、可動の底端部と
   を備え、
   前記炉分離チャンバは、前記ＨＩＰシステムの一体型部分を形成し、
   前記炉分離チャンバは、各ＨＩＰ処理に対して、前記ＨＩＰシステム内の前記炉の中に装填されないし、前記ＨＩＰシステム内の前記炉から装填解除されないが、前記ＨＩＰシステム内の前記炉の恒久的な構成要素であり、
   前記炉分離チャンバの前記基端部が前記炉の外側に位置する状態で、前記炉分離チャンバの前記上面端部から前記基端部への温度勾配が存在し、
   前記炉分離チャンバは、係止機構の対をさらに備え、前記係止機構の対は、フィルタ端部支持部をフィルタシールアセンブリに結合し、かつ、前記フィルタシールアセンブリを前記炉分離チャンバに結合するように構成されている、炉分離チャンバ。
7. 放射性物質を含む焼成物質を固化する方法であって、前記方法は、
   焼成物を含有する放射性核種を少なくとも１つの添加剤と混合することにより、ＨＩＰ前粉末を形成することと、
   前記ＨＩＰ前粉末を缶の中に装填することと、
   前記缶をシールすることと、
   前記シールされた缶を請求項１に記載の炉分離チャンバの中に装填することと、
   前記ＨＩＰ容器を閉鎖することと、
   前記ＨＩＰ容器の前記炉分離チャンバ内で、前記シールされた缶を熱間静水圧プレス処理することと
   を含む、方法。
8. 熱間静水圧プレス処理することは、３００℃〜１，９５０℃の範囲に及ぶ温度、かつ、１０〜２００ＭＰａの範囲に及ぶ圧力で、１０〜１４時間の範囲に及ぶ時間にわたって実施される、請求項７に記載の方法。
9. 少なくとも前記装填することは、遠隔で実施される、請求項７に記載の方法。

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