PT888623E - Processo para a preparacao de materiais altamente radioactivos para uma transmutacao e/ou combustao - Google Patents

Description

Descrição “Processo para a preparação de materiais aitamente radioactivos para uma transmutação e/ou combustão” A invenção refere-se a um processo para a preparação de materiais altamente radioactivos para uma transmutação e/ou combustão, por irradiação numa instalação nuclear. A transmissão e a combustão de materiais altamente radioactivos são utilizadas em especial no quadro dos cuidados a ter no tratamento nuclear. Como resultado da transmutação e combustão, os materiais radioactivos, com um tempo de meia-vida nitidamente diminuída, perdem a sua perigosidade radiológica em tempos previsíveis, ou geram-se materiais com reduzido perigo de irradiação radiológica.

Seria então possível, de maneira análoga à dos processos de fabricação de materiais combustíveis nucleares, pulverizar os materiais a transmutar e queimar e misturá-los com pós inactivos, para formar comprimidos (peletes, “targetss”) por compressão, e soldá-los em tubos envolventes, que podem depois utilizar-se numa instalação nuclear para transmutação ou combustão. Neste processo, no entanto, produzem-se poeiras altamente tóxicas radiologicamente, que precipitam nas células quentes ou nas caixas com luvas de manipulação, representando uma carga de radiação adicional para as pessoas que trabalham nesta zona. Além disso, há o perigo de uma mistura incompleta do pó e portanto da existência de pontos quentes na irradiação seguinte na instalação nuclear, que pode levar a uma interrupção prematura do fenómeno de transmutação ou, respectivamente, de combustão. O objectivo da presente invenção consiste portanto em proporcionar um processo, no qual praticamente, ou absolutamente, não se produz qualquer pó tóxico ?k e se consegue uma distribuição muito homogénea dos materiais altamente radioactivos, de modo a evitar o aparecimento de pontos quentes quando da irradiação.

De acordo com a invenção, este problema resolve-se por meio de um processo como se defme na reivindicação 1, consistindo essencialmente em impregnar um material de suporte poroso apropriado, com os materiais altamente radioactivos levados à forma líquida. Quando o material de suporte estiver presente na forma de pó ou de partículas, é de preferência comprimido para obter peletes, depois da impregnação. Se, pelo contrário, o material de suporte já está na forma de peletes antes da impregnação, então é vantajoso fazer a sua desgaseificação, antes da impregnação, a fím de facilitar uma distribuição uniforme do material radioactivo no material de suporte.

Em muitas aplicações é importante melhorar a estabilidade mecânica das peletes, para garantir a sua integridade durante toda a irradiação. Isso pode conseguir-se mantendo o núcleo das peletes, por meio de uma limitação temporal apropnada do processo de impregnação, liberto dos materiais altamente radioactivos, mantendo portanto a estabilidade mecânica das peletes.

Pode ainda ser importante deixar livre uma parte da superfície das peletes, quando da impregnação, de modo que, quando da irradiação, o núcleo que se encontra no centro da pelete, não gere qualquer calor de cisão, o que aumenta a estabilidade mecânica. Isso pode fazer-se ou mergulhando no líquido de impregnação as peletes apenas parcialmente, ou então dotá-las, antes da impregnação, parcialmente de uma camada impermeável ao líquido de impregnação.

Descreve-se agora a invenção com referência a alguns exemplos de 3 7>f realização preferidos e com mais pormenor.

Como material de suporte podem usar-se, pós, partículas de granulado ou microesferazinhas, tais como, por exemplo, de óxidos de urânio, de plutónio, de tório, de ítrio, de cério e misturas destes e de outros óxidos, por exemplo espinela e YAG (Ittrium Aluminum Grant). Esta lista não esgota de modo nenhum as possibilidade e depende do tipo do material a transmutar ou a queimar. Interessam igualmente carbonetos e nitretos dos elementos referidos e outros. Como materiais a transmutar ou queimar podem considerar-se os diferentes isótopos de plutónio, amerício, neptúnio, cútio e outros actinídeos, bem como produtos de cisão, por exemplo tecnécio. Estes materiais são levados a uma forma líquida, por fusão ou por dissolução química num solvente apropriado. O material de suporte tem de ser suficientemente poroso, a fim de poder impregnar-se com o referido material líquido. Além disso, quando da impregnação, este material de suporte não pode dissolver-se de maneira substancial no material líquido. A forma mecânica do material de suporte depende do grau de impregnação desejado. Têm interesse os pós e os granulados que resultam de processos de precipitação ou de conversão, microesferazinhas, que são produzidas pelo denominado processo de conversão de gotas em partículas (processo sol-gel), ou “briquetes”, obtidos por compressão a partir de pós, granulados ou microesferazinhas.

Se o material de suporte, quando da impregnação, estiver na forma de pó, de granulado ou de microesferazinhas, então este material, depois da impregnação, é levado à forma desejada por meio de pressão ou de vibração.

Numa forma de realização possível, as peletes são, antes da impregnação do 4 matenal de suporte, comprimidas na forma de pó e sujeitos a um banho de decapagem. Tais peletes possuem uma porosidade de cerca de 40% e podem ser facilmente impregnados. No caso mais simples, são mergulhados no material altamente radioactivo fundido, ou numa solução do mesmo. Depois colocam-se numa posição definida sobre uma grelha e mergulha-se esta. Lentamente, no líquido. A taxa de impregnação depende das dimensões dos poroso, da viscosidade e da tensão superficial do liquido, da molhabilidade do material das peletes e da duração da impregnação.

Se considerarmos muito importante uma distribuição muito homogénea do líquido na pelete, então as bolhas gasosa inclusas na pelete podem ser prejudiciais, de modo que ficam zonas não impregnadas. Este problema é resolvido estabelecendo-se, antes da introdução do líquido de impregnação, uma depressão no recipiente de impregnação, para suprimir essas blhas gasosas.

Em muitas utilizações é no entanto desejado que a impregnação atinja apenas a camada exterior das peletes. Isso pode conseguir-se pela escolha apropriada da duração da impregnação, de modo que a impregnação atinja apenas uma profundidade determinada, nas peletes. Pode também colocar-se numa parte da superfície das peletes uma camada de protecção impermeável ao líquido, a fim de impedir, nesse ponto, a penetração do líquido e portanto manter na pelete um núcleo central, cilíndrico que não pode ser atingido pela impregnação. Isto tem a vantagem de a energia de cisão, quando da irradiação dos materiais altamente radioactivos, na instalação nuclear, surja de preferência na forma de calor, na superfície da pelete, e possa ser dissipada facilmente, enquanto que o núcleo da pelete impede a sua desintegração. 5 ^¾7

Depois da impregnação, o material altamente reactivo, existente na forma líquida na pelete, pode ser, por meio de um tratamento térmico, ser convertido para a forma desejada (por exemplo de óxido, nitreto ou carboneto), após o que se efectua uma smterização.

Numa outra forma de realização, o material de suporte pode ser constituído por microesferazmhas, fabricadas pelo processo sol-gel. Devido à sua elevada porosidade (cerca de 80%) é particularmente apropriado que se deseje uma impregnação muito intensa. Assim, podemos encher uma coluna cilíndrica com as microesferazinhas e depois juntar uma solução de nitrato do material altamente radioactivo. As dimensões das colunas são escolhidas de modo que não resultem quaisquer condições críticas. Depois de terminada a impregnação, bombeia-se de novo para um depósito de armazenamento a solução de nitrato restante do matenalradioactivo. A parte deste material que fica nas esferazinhas é depois transformada num óximo, num nitreto ou num carboneto. Essa transformação faz-se sob uma atmosfera apropriada, em fomos comerciais ou com o auxilio de microondas. Depois disso, comprimem-se as esferazinhas na forma desejada para a irradiação na instalação nuclear. A impregnação das esferazinhas e a sua compressão seguinte, na forma de peletes, podem fazer-se de maneira completamente automática, de modo que os operadores não correm o risco de irradiação adicional. Neste processo também não resulta a formação de qualquer pó altamente tóxico.

Em vez da impregnação das esferazinhas numa coluna, podem também mergulhar-se no líquido as esferazinhas, num cesto, ou então mover as esferazinhas, ou agitá-las ou aspergi-las com o material líquido. 6

As vantagens decisivas do processo de acordo com a invenção são as seguintes: 1- Limitação dos passos do processo nos quais se utilizam materiais radioactivos aos passos de liquefacção e impregnação. 2. O processo é muito apropriado para uma condução telecomandada e grandemente automatizada. 3. Não se produz qualquer pó tóxico ou resíduo radioactivo. 4. A carga de radiação para os operadores é notavelmente diminuída.

Lisboa, 1 de Agosto de 2001

A.O.P.l.

Rua do Salitre, 195, r/c-Drt. 1269-063 LISBOA

Claims (8)

1. Reivindicações 1. Processo para a preparação de materiais altamente radioactivos para uma transmutação e/ou combustão por irradiação, numa instalação nuclear, caracterizado por os materiais serem levados ao estado líquido, por fusão ou dissolução química, por se impregnar um material de suporte poroso praticamente, insolúvel para os materiais no estado líquido, com os materiais levados para o estado líquido e depois sujeitá-lo a um tratamento térmico tal que os materiais sejam convertidos para a forma química finalmente desejada.
2. 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o material de suporte ter a forma de pó ou partículas e por, depois da impregnação e do tratamento térmico, ser levado à forma desejada, por pressão mecânica ou vibração.
3. 3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o material de suporte existir já como “briquete”, por exemplo como peletes.
4. 4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o “briquete” ser desgasificado, antes ou durante o processo de impregnação.
5. 5. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por a impregnação ser limitada no tempo de modo que o núcleo das peletes fique sem líquido de impregnação.
6. 6. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por as peletes serem mergulhadas apenas parcialmente no líquido de impregnação, quando se efectua essa impregnação.
7. 7. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por as peletes serem dotadas parcialmente com uma camada impermeável ao líquido de 2 impregnação, antes da impregnação.
8. 8. Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 7, caractenzado por se realizar finalmente um tratamento térmico (smterizado). Lisboa, 1 de Agosto de 2001 l O Agpnte Oficial da Propriedade industrial

   A.O.RI. Rua do Salitre, 195. r/c-Drt, 1269-061 LISBOA