RU2557086C2 - Реакционная камера для экзотермического материала - Google Patents

Реакционная камера для экзотермического материала Download PDF

Info

Publication number
RU2557086C2
RU2557086C2 RU2013101782/07A RU2013101782A RU2557086C2 RU 2557086 C2 RU2557086 C2 RU 2557086C2 RU 2013101782/07 A RU2013101782/07 A RU 2013101782/07A RU 2013101782 A RU2013101782 A RU 2013101782A RU 2557086 C2 RU2557086 C2 RU 2557086C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reaction chamber
exothermic material
material according
reaction
chemically active
Prior art date
Application number
RU2013101782/07A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2013101782A (ru
Inventor
Фабрис МАЗОДЬЕ
Original Assignee
Коммиссариат А Л'Энержи Атомик Э О Энержи Альтернатив
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Коммиссариат А Л'Энержи Атомик Э О Энержи Альтернатив filed Critical Коммиссариат А Л'Энержи Атомик Э О Энержи Альтернатив
Publication of RU2013101782A publication Critical patent/RU2013101782A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2557086C2 publication Critical patent/RU2557086C2/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/42—Selection of substances for use as reactor fuel
    • G21C3/58—Solid reactor fuel Pellets made of fissile material
    • G21C3/62—Ceramic fuel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D81/00—Containers, packaging elements, or packages, for contents presenting particular transport or storage problems, or adapted to be used for non-packaging purposes after removal of contents
    • B65D81/18—Containers, packaging elements, or packages, for contents presenting particular transport or storage problems, or adapted to be used for non-packaging purposes after removal of contents providing specific environment for contents, e.g. temperature above or below ambient
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G43/00—Compounds of uranium
    • C01G43/01—Oxides; Hydroxides
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/42—Selection of substances for use as reactor fuel
    • G21C3/58—Solid reactor fuel Pellets made of fissile material
    • G21C3/62—Ceramic fuel
    • G21C3/623—Oxide fuels
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/28—Treating solids
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/28—Treating solids
    • G21F9/30—Processing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Cookers (AREA)
  • Thermotherapy And Cooling Therapy Devices (AREA)

Abstract

Настоящее изобретение относится к реакционной камере для экзотермического материала. Камера содержит многоуровневую структуру, включающую в себя по меньшей мере: приемник (1) для хранения упомянутого материала (10), соответствующий нижнему уровню; средний уровень, содержащий химически активную загрузку (4); верхний уровень, содержащий крышку. Хранимый материал представляет собой, в частном случае, карбид плутония и/или урана. Химически активная загрузка (4) содержит по меньшей мере один карбонат щелочноземельного металла, с тем чтобы поглощать тепло, выделяемое при реакции окисления упомянутого материала. При этом упомянутый карбонат щелочноземельного металла разлагается под действием тепла в эндотермической реакции. Технический результат - снижение рисков химической опасности при хранении соединений урана и/или плутония. 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Областью изобретения является инженерно-техническое конструирование технологических процессов и устройств, связанных с контролем реакций окисления очень реакционноспособных материалов. Оно относится, более непосредственно/в основном, к функционализованной реакционной камере для материалов, реагирующих сильно экзотермическим образом в присутствии кислорода и по этой причине требующих управления риском неуправляемого нагрева.
Контроль экзотермических реакций окисления твердых материалов представляет собой реальную проблему, а именно в ядерной области, в частности, в контексте процессов окисления плутоний- и/или урансодержащих ядерных топлив в форме карбидов или нитридов перед хранением или складированием или перед переработкой растворением в азотной кислоте или даже в контексте управления производственными отходами, производимыми в цикле получения этих топлив. Все эти неоксидные, нитридные или карбидные, ядерные топлива обладают высокой реакционноспособностью по отношению к кислороду и являются потенциально пирофорными. Преобразование их в оксиды может устранить определенные химические опасности.
Плутонийсодержащие карбидные топлива (U, Pu)C имеют очень высокое сродство к кислороду, которое может повлиять на стабильность продукта в ходе различных производственных операций, и реакция их окисления может приводить к сильно экзотермическому неуправляемому нагреву в соответствии со следующей сильно экзотермической (ΔrH≈-1250 кДж/моль) реакцией:
MC+O2 → MO2+M3O8+CO2, где M=U, Pu.
По причинам безопасности эта реакция должна контролироваться во всех ситуациях.
Эти процессы окисления могут касаться чистого или легированного металлического плутония. В заявке на патент Франции FR 2752234 уже был предложен контейнер, позволяющий контролировать окисление плутонийсодержащих металлов. Более конкретно, этот известный из уровня техники контейнер представляет собой специальный многослойный контейнер для содержания реакционноспособной системы, склонной к плавлению. Ограничивающая оболочка выполнена из по меньшей мере одного листа из первого материала, выбранного из тантала, вольфрама и их сплавов, вставленного между по меньшей мере двумя листами из второго материала, стойкого к воздуху при температурах используемого процесса, причем этот второй материал может преимущественно представлять собой нержавеющую сталь.
В ходе реакции окисления эта многослойная оболочка очень слабо окисляется, и в случае плавления и затем случайной утечки плутония и появления отверстия в нержавеющей стали тантал удерживает плутоний, позволяя реализовать тем самым безопасную оболочку.
Проблема того же типа может встречаться также в таких областях, как область строительства или сооружения промышленных зданий, например в функционализированных и потенциально активных крышах или потолках складов, или мастерских, или отсеков, где хранят очень горючие химические материалы или топлива или работают с ними.
Как правило, при управлении процессами обычно предлагается управлять вручную или автоматически возможным неуправляемым ходом химической реакции, связанным с существенным перегревом или являющимся его последствием, с помощью набора датчиков и обратных связей. Этот тип управления, хотя он и эффективен, основывается, прежде всего, на передаче информации (данных) от реактора, в котором находится реакционноспособная система, к рассматриваемым одному или нескольким датчикам, а затем в контрольно-командный модуль, чтобы в ответ могли осуществляться одно или несколько ожидаемых действий. Этот поток информации (данных) и управление им для осуществления корректировочного действия не может быть мгновенным. Они также зависят от правильной работы датчиков и всех элементов информационной цепи. Наконец, эти процессы подразумевают электропитание, которое, даже если оно преимущественно отделено от питания номинально используемого процесса, должно быть надежным и доступным, подобно системе, предусматриваемой априори для отказобезопасного управления активностью нейтронов в активной зоне ядерного реактора в случае разгона, а именно управляющим стержням и системе, позволяющей им падать очень быстро для поглощения нейтронов.
Заявитель полагает, что можно было бы добавить к обычным системам управления химическим процессом возможность прямого и быстрого вмешательства в реакцию in situ, надежного по конструкции, без задействования сложных или произведенных на заводе датчиков или даже информационной сети, и автономного, то есть без электропитания.
Для этой цели заявитель предлагает реакционную камеру (содержащую реагент, реакцию которого, например окисления и экзотермичности, желательно контролировать), роль которой не ограничивается ролью приемника (емкости) обрабатываемых продуктов. Относительно температуры, этот контейнер связан с конкретной функцией, которая позволяет замедлять и даже прекращать реакцию окисления и понижать температуру, в то же время способствуя удалению тепла, в случае неуправляемого нагрева или перегрева.
Эта функция основывается на конкретной природе материалов, составляющих камеру, и на расположении различных активных компонентов, присутствующих в упомянутом контейнере.
Более конкретно, объектом настоящего изобретения является реакционная камера для экзотермического материала, структура которой делает возможным управление явлениями, связанными с высокой экзотермичностью, при реакции окисления, в частности, карбидов, содержащих плутоний или уран, и при этом надежным и автономным образом.
Более конкретно, объектом настоящего изобретения является реакционная камера для экзотермического материала, характеризующаяся тем, что она содержит многоуровневую структуру, включающую в себя по меньшей мере:
- приемник для упомянутого материала, соответствующий нижнему уровню;
- средний уровень, содержащий химически активную загрузку (реакционноспособную нагрузку), содержащую по меньшей мере один карбонат щелочноземельного металла, с тем чтобы поглощать тепло, выделяемое при реакции окисления упомянутого материала, причем упомянутый карбонат щелочноземельного металла разлагается под действием тепла в эндотермической встречной реакции;
- верхний уровень, содержащий крышку.
Согласно варианту изобретения карбонат щелочноземельного металла представляет собой CaCO3.
Согласно варианту изобретения материал, обрабатываемый в этом процессе окисления, представляет собой карбид плутония и/или урана.
Согласно варианту изобретения химически активная загрузка дополнительно содержит множество различных типов карбонатов с тем, чтобы регулировать диапазон температуры термического разложения химически активной загрузки.
Согласно варианту изобретения химически активная загрузка дополнительно содержит углерод.
Согласно варианту изобретения приемник камеры выполнен из тугоплавкого металлического материала, который может быть типа нержавеющей стали или инконеля.
Согласно варианту изобретения камера содержит сетку, служащую для поддержки и просеивания расположенной в контакте с упомянутой сеткой химически активной загрузки в течение разложения упомянутой загрузки.
Согласно варианту изобретения химически активная загрузка представляет собой монолитный блок, расположенный на упомянутой сетке.
Согласно варианту изобретения химически активная загрузка распределена в виде различных брусков, расположенных на упомянутой сетке.
Согласно варианту изобретения химически активная загрузка распределена в виде гранул с большим гранулометрическим составом, чем размеры ячеек в упомянутой сетке.
Согласно варианту изобретения камера дополнительно содержит химически инертную промежуточную пластину, обеспечивающую герметичность между химически активной загрузкой и верхним уровнем.
Согласно варианту изобретения промежуточная пластина выполнена из вольфрама.
Согласно варианту изобретения камера дополнительно содержит средства для приложения изостатического давления к химически активной загрузке.
Согласно варианту изобретения средства для приложения изостатического давления к химически активной загрузке встроены в верхний уровень и реализованы в виде двух пластин, между которыми вставлены пружины.
Согласно варианту изобретения средства для приложения изостатического давления к химически активной загрузке содержат груз.
Согласно варианту изобретения средний и верхний уровни совпадают, камера содержит две верхние створки, надежно закрепленные на приемнике и способные закрывать упомянутую камеру, причем упомянутые створки содержат карбонат щелочноземельного металла.
Изобретение будет лучше понято и другие его преимущества станут понятными при чтении следующего далее описания, приведенного в качестве неограничивающего примера и со ссылками на фигуры, среди которых:
- фиг. 1 иллюстрирует преимущество эндотермической встречной реакции химического разложения карбонатов как функции температуры в K;
- фиг. 2 показывает диаграмму Аррениуса ln k=f(1/T), иллюстрирующую температурную зависимость кинетики разложения карбоната;
- фиг. 3a и 3b иллюстрируют первый пример камеры по изобретению согласно двум близким вариантам; и
- фиг. 4 иллюстрирует второй пример камеры по изобретению.
Физико-химический принцип изобретения основывается на использовании воздействий выбранной химической реакции, называемой реакцией «безопасности», на реакцию, которой желательно управлять.
Выбранная химическая реакция, или реакция «безопасности», представляет собой термическое разложение карбонатов щелочноземельных металлов, таких как, например, CaCO3 (кальцит, или же известняк или мел):
CaCO3 → CaO+CO2.
Разложение CaCO3 является предметом широко обсуждения в литературе. В литературе явным образом описано, например, в статьях: J of Thermal Analysis 5 (1973), 43-49; J of Materials Science 39 (2004), 5189-5193; Ceramica 54 (2008), 268-272; C. R. Chimie 7 (004) 559-568; J of Thermal Analysis 45 (1995), 303-310; и Thermochimica Acta 388 (2002) 115-128, что кальцит или карбонат кальция CaCO3 разлагается под действием температуры с получением двух веществ различной физической и химической природы, оксида кальция CaO и углекислого газа (диоксида углерода) CO2.
CaO представляет собой тугоплавкий негорючий/невоспламеняемый твердый продукт, температура плавления которого равна 2570°C. Химическая реакция является эндотермической: она потребляет энергию и требует тепла для ее продолжения: ΔH=200-233 кДж/моль. В случае карбоната кальция CaCO3, реакция, как правило, происходит при температурах между 400 и 1000°C, с быстрым ростом (сигмоидная кривая) скорости разложения примерно выше 700°C и до 950°C, как иллюстрируется на фигуре 1 и как описано в явном виде в Ceramica 54 (2008), 268-272, которая относится к кинетике реакции CaCO3 и MgCO3 как функции температуры. Согласно авторам, кажущаяся энергия активации Ea изменяется в зависимости от условий исследования в пределах между 170 и 200 кДж/моль.
Это довольно сильно активируемая термически реакция. Другими словами, температура и ее повышение имеет сильный активирующий эффект на скорость реакции.
CaCO3 имеет очень высокий коэффициент излучения ε=0,96 в инфракрасном диапазоне, т.е. характеристику излучения источников тепла. Этот коэффициент излучения близок к черным телам (идеалу), у которого он равен 1. Это свойство частично объясняет способность продукта к эффективному поглощению испускаемого внешним источником тепла, чтобы «видеть» повышение его температуры и таким образом достигнуть порога термического разложения.
Кроме того, известно, что разложение карбонатов слабо зависит от химической природы газа, представляет ли последний собой азот, инертный газ или даже воздух. Только CO2 в значительных количествах (несколько десятков процентов) имеет большое влияние благодаря его непосредственному участию в химической реакции (однако термическое разложение CaCO3 является равновесным с тенденцией скорее к необратимости).
Эта реакция термического разложения является эндотермической, а следовательно, она потребляет энергию. Ее кинетика сильно возрастает с температурой: она является довольно сильно активируемой термически.
Она потребляет тем больше энергии в течение своего протекания, чем выше температура в окружающей ее среде.
Эта эндотермическая реакция термического разложения карбоната, находящегося в виде бруска, называемого бруском безопасности, происходит выше того слоя (подушки), в котором имеет место химическая реакция экзотермического окисления, которую желают контролировать от случайного запуска. Эндотермическая реакция поглощает часть энергии, высвобождаемой при реакции окисления.
Кроме того, она дает два вещества в двух различных физических состояниях: CaO (тугоплавкий твердый продукт, температура плавления которого является очень высокой) и CO2 (газ). Карбонат находится выше того уровня, где имеет место реакция окисления. Получается второй технический эффект: получаемый газообразный CO2 действует, удаляя тепло, в то время как твердый CaO падает на раскаленный слой, что соответствует третьему техническому эффекту, лишая реакцию кислорода, гася ее, как делает песок, высыпаемый на огонь. De facto, лишенная кислорода реакция окисления прекращается или сильно замедляется.
В брусок CaCO3 могут быть добавлены регулирующие соли, например галогениды (NaCl) или карбонаты щелочных металлов (Na2CO3, K2CO3), с содержаниями, как правило, находящимися в пределах между 1 и 20%, которые позволяют настраивать/регулировать диапазон температуры термического разложения продукта в пределах нескольких десятков градусов Цельсия.
Этот диапазон температуры точно соответствует целевому диапазону для процессов преобразования смешанных карбидов урана и плутония в оксид.
Как правило, кинетика этой эндотермической реакции контролируется химически (межфазная реакция, протекающая на поверхности бруска CaCO3 во время разложения). При постоянной площади реакции, закон, управляющий поведением (потери массы, связываемые с уходом CO2) в изотермическом режиме, является линейным (без диффузионного предела или уменьшения скорости).
При определенных условиях теплоперенос к границе раздела может стать лимитирующим, если получаемый CaO не раздробляется. Имеется все что нужно для облегчения/ускорения его удаления, что дополнительно используется для получения технического эффекта гашения/тушения раскаленного слоя.
По этой причине настоящее изобретение предлагает, в определенных вариантах изобретения, оптимизированную структуру камеры, позволяющую генерировать эффект загрузки на уровне крышки, посредством груза или пружин (как будет описано более подробно ниже по отношению к примерам реализации), и способствовать удалению CaO, позволяя ему падать на раскаленный слой (ожидаемый технический эффект).
Заявитель наблюдал, что механическое действие сильно облегчает удаление CaO, в то время как, естественно, «кокиль» или каркас в форме начальной массы карбоната остается на месте. Твердый CaO является очень хрупким и раздробляется очень легко.
Обеспечение удаления CaO гарантирует, что стационарный линейный режим будет стабильно наблюдаться за счет химического межфазного контроля и динамики эндотермической реакции, которая будет поддерживаться в постоянном и непрерывном режиме, прямо пропорционально температуре и площади реакционноспособной поверхности.
Когезия и кажущаяся плотность бруска CaCO3 должны, тем не менее, быть приспособлены для того, чтобы под действием тепла материал эффективно и постепенно раздроблялся (разваливался). Если материал является слишком плотным (природный известняк или же мрамор), тогда термическое разложение осуществляется более медленно без раздробления, и после переработки может оставаться пористый каркас. Напротив, если материал не является достаточно плотным, тогда он может раздробляться слишком быстро или нежелательным образом. Целесообразно придавать CaCO3 форму посредством изостатического или одноосного прессования, как для ядерной керамики, при давлениях обычно порядка 100-600 МПа по заданному циклу, который, в частности, зависит от пропорции выбранных регулирующих солей.
Физическая форма CaCO3 также является важной. Необходимо приспособить ее к поверхности раскаленного слоя, которую желательно защитить.
Хорошо известно, что скорость термически активируемого химического процесса приблизительно следует закону Аррениуса:
k(T)=A∙exp(-Ea/RT),
где А - предэкспоненциальный множитель, называемый частотным коэффициентом, а k(T) - константа скорости реакции.
Кажущаяся энергия активации окисления карбидов (U,Pu)C является, сравнительно, гораздо более низкой, поскольку она лежит в пределах между 10 и 30 кДж/моль в соответствии с результатами проведенных заявителем работ.
Используя диаграмму Аррениуса ln k=f(1/T), легко увидеть, что увеличение температуры реакции окисления не оказывает большого эффекта на кинетику окисления (экспериментальная демонстрация низкой склонности к неуправляемому нагреву) и, пропорционально, имеет большой эндотермический эффект за счет активации разложения, как иллюстрируется на фиг. 2.
Кривая C2a относится к экзотермической реакции в случае окисления слабо активируемого (U, Pu)C, а кривая C2b относится к сильно термически активируемой эндотермической реакции «безопасности».
Может быть выгодным предусмотреть в связи с материалом CaCO3, в дополнение к регулирующим солям, активный углерод (активированный уголь), температура окисления (чуть экзотермического) которого может быть адаптирована с помощью специальной обработки ad hoc.
Преимущество использования порошкообразного углерода заключается в том, что он потребляет кислород вместо плутонийсодержащего карбида. Технический эффект гашения/тушения тем самым увеличивается из-за этого потребления кислорода.
Кроме того, теплопроводность бруска CaCO3 повышается, и это означает, что он легче переносит тепло, а значит, облегчается генерирование CO2 in situ одновременно с раздроблением бруска посредством объемного расширения образующихся газов.
ПЕРВЫЙ ПРИМЕР РЕАЛИЗАЦИИ РЕАКЦИОННОЙ КАМЕРЫ ПО ИЗОБРЕТЕНИЮ:
Фиг. 3a и 3b иллюстрируют первый пример реакционной камеры с функционализованной загрузкой согласно изобретению, содержащей приемник 1, в котором размещен реакционноспособный материал 10 типа карбида плутония и/или урана, предназначенный для окисления. Этот приемник снабжен стойками 2, позволяющими регулировать на более высоких уровнях.
Камера имеет два уровня, один из которых с регулируемой высотой. Средний уровень содержит CaCO3 (реакция безопасности).
Верхняя часть расположена выше слоя реакционной камеры, удерживаемой сверху с помощью стоек 2, содержащих зубцы.
Реакционная камера выполнена из инконеля (Inconel) или другого металлического материала, достаточно тугоплавкого, чтобы выдерживать температуру процесса окисления плутонийсодержащих карбидов (как правило, между 500 и 700°C), и хорошего проводника тепла для рассеяния теплоты к стенкам и переноса тепла к карбонату.
Цельнометаллическое окружение бруска карбоната позволяет ему опосредованно нагреваться с помощью хорошей проводимости окружающих элементов и их термической нагрузки, в то время как излучение непосредственно нагревает карбонат, поскольку он обращен непосредственно к экзотермической реакции.
Преимущественно, реакционная камера содержит материал CaCO3 или смесь CaCO3 и называемых регулирующими солей, содержащих обычно другие карбонаты, позволяющие корректировать температуру разложения всей смеси и регулировать параметры эндотермической реакции. Может также быть полезным подмешивать в карбонат или смесь карбонатов углерод из-за его очень хороших свойств теплопроводности, обеспечивающих более однородное распределение тепла по бруску CaCO3.
Для поддержания монолитного бруска 4 карбоната, или различных индивидуальных брусков, или даже карбонатов в диспергированной форме типа гранул предусмотрена сетка 3. В частности, в зависимости от скорости реакции, которой желают добиться, может быть относительно выгодным использовать материалы в массивной (объемной) или дисперсной форме. В случае гранул размер ячеек в сетке подобран к размеру упомянутых гранул так, что последние удерживаются до разложения.
Весь узел закрыт крышкой 60. Эта крышка может, как иллюстрируется на фиг. 3a, состоять из двух пластин, между которыми вставлен набор пружин для того, чтобы можно было прикладывать давление на уровне загрузки CaCO3. Как правило, речь может идти о двух пластинах из нержавеющей стали.
Согласно близкому варианту, проиллюстрированному на фиг. 3b, структура с пластинами и пружинами может быть заменена массивной пластиной 61 из материала с высокой плотностью, такого как вольфрам.
Между крышкой и промежуточным уровнем, содержащим загрузку CaCO3, вставлена промежуточная пластина 5, обеспечивающая функцию «химического» барьера, причем эта пластина может быть выполнена из инертного материала типа нержавеющей стали или инконеля.
Таким образом, крышка выполняет функцию способствования раздроблению. С помощью загрузки или механического напряжения, оказываемого пружинами, пластина помещает брусок безопасности под давление, так что, когда достигается порог термического разложения, одновременно с чем ухудшаются механические свойства бруска (который преобразуется в менее плотный от природы CaO посредством кристаллографического разрушения), он продавливается через сетку, падая вниз и покрывая раскаленный слой мелкими кусочками.
Когда брусок полностью разлагается, сетка поддерживает непосредственно крышку.
Таким образом, в соответствии с этим примером реализации, настоящее изобретение предлагает две конструкции:
- конкретную форму параллелепипеда или любого другого узла, покоящегося на пластине, изготовленной из очень плотного материала, как правило, металла с высокой плотностью, например из вольфрама, причем это плотная деталь упирается в пластину в контакте с бруском CaCO3; и
- устройство с пружинами, позволяющее оказывать такое же действие.
Пластина может иметь поверхность с относительно заметной текстурой (например, с бороздками) с тем, чтобы прикладывать поле дискретных механических напряжений (здесь - в противоположность сплошному приложению) к бруску и способствовать его раздроблению посредством концентрирования напряжений.
ВТОРОЙ ПРИМЕР РЕАЛИЗАЦИИ РЕАКЦИОННОЙ КАМЕРЫ ПО ИЗОБРЕТЕНИЮ
Эта реакционная камера содержит, как иллюстрируется на фиг. 4, часть - приемник 1, загруженный реакционноспособным материалом 10, закрытый двумя створками 41 и 42, содержащими материал CaCO3.

Claims (15)

1. Реакционная камера для экзотермического материала (10), характеризующаяся тем, что она содержит многоуровневую структуру, включающую в себя по меньшей мере:
- приемник (1) для упомянутого материала, соответствующий нижнему уровню;
- средний уровень, содержащий химически активную загрузку (4), содержащую по меньшей мере один карбонат щелочноземельного металла, который может представлять собой СаСО3, с тем чтобы поглощать тепло, выделяемое при реакции окисления упомянутого материала, причем упомянутый карбонат щелочноземельного металла разлагается под действием тепла в эндотермической реакции;
- верхний уровень, содержащий крышку.
2. Реакционная камера для экзотермического материала по п.1, характеризующаяся тем, что хранимый материал представляет собой карбид плутония и/или урана.
3. Реакционная камера для экзотермического материала по любому из пп.1 и 2, характеризующаяся тем, что химически активная загрузка дополнительно содержит множество различных типов карбонатов с тем, чтобы регулировать диапазон температуры термического разложения химически активной загрузки.
4. Реакционная камера для экзотермического материала по любому из пп.1 и 2, характеризующаяся тем, что химически активная загрузка дополнительно содержит углерод.
5. Реакционная камера для экзотермического материала по любому из пп.1 и 2, характеризующаяся тем, что приемник камеры выполнен из тугоплавкого металлического материала, который может быть типа нержавеющей стали или инконеля.
6. Реакционная камера для экзотермического материала по любому из пп.1 и 2, характеризующаяся тем, что она содержит сетку (3), служащую для поддержки и просеивания расположенной в контакте с упомянутой сеткой химически активной загрузки в течение разложения упомянутой загрузки.
7. Реакционная камера для экзотермического материала по п.6, характеризующаяся тем, что химически активная загрузка представляет собой монолитный блок, расположенный на упомянутой сетке.
8. Реакционная камера для экзотермического материала по п.6, характеризующаяся тем, что химически активная загрузка распределена в виде различных брусков, расположенных на упомянутой сетке.
9. Реакционная камера для экзотермического материала по п.6, характеризующаяся тем, что химически активная загрузка распределена в виде гранул с большим гранулометрическим составом, чем размеры ячеек упомянутой сетки.
10. Реакционная камера для экзотермического материала по любому из пп.1 и 2, характеризующаяся тем, что она дополнительно содержит химически инертную промежуточную пластину (5), обеспечивающую герметичность между химически активной загрузкой и верхним уровнем.
11. Реакционная камера для экзотермического материала по п.10, характеризующаяся тем, что промежуточная пластина выполнена из вольфрама.
12. Реакционная камера для экзотермического материала по любому из пп.1 и 2, характеризующаяся тем, что она дополнительно содержит средства для приложения изостатического давления к химически активной загрузке.
13. Реакционная камера для экзотермического материала по п.12, характеризующаяся тем, что средства для приложения изостатического давления к химически активной загрузке встроены в верхний уровень и реализованы в виде двух пластин, между которыми вставлены пружины.
14. Реакционная камера для экзотермического материала по п.12, характеризующаяся тем, что средства для приложения изостатического давления к химически активной загрузке содержат груз (61).
15. Реакционная камера для экзотермического материала по любому из пп.1 и 2, характеризующаяся тем, что средний и верхний уровни совпадают, камера содержит две верхние створки (41, 42), надежно закрепленные на приемнике и способные закрывать упомянутый контейнер, причем упомянутые створки содержат карбонат щелочноземельного металла.
RU2013101782/07A 2010-06-16 2011-06-09 Реакционная камера для экзотермического материала RU2557086C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1054752A FR2961414B1 (fr) 2010-06-16 2010-06-16 Chambre de reaction de matiere exothermique
FR1054752 2010-06-16
PCT/EP2011/059609 WO2011157628A1 (fr) 2010-06-16 2011-06-09 Chambre de réaction de matière exothermique

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013101782A RU2013101782A (ru) 2014-07-27
RU2557086C2 true RU2557086C2 (ru) 2015-07-20

Family

ID=43480888

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013101782/07A RU2557086C2 (ru) 2010-06-16 2011-06-09 Реакционная камера для экзотермического материала

Country Status (10)

Country Link
US (1) US9533816B2 (ru)
EP (1) EP2583283B1 (ru)
JP (1) JP6093298B2 (ru)
KR (1) KR101787799B1 (ru)
CN (1) CN102947891B (ru)
FR (1) FR2961414B1 (ru)
PT (1) PT2583283E (ru)
RU (1) RU2557086C2 (ru)
UA (1) UA107116C2 (ru)
WO (1) WO2011157628A1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2752234A1 (fr) * 1996-08-09 1998-02-13 Commissariat Energie Atomique Procede et dispositif d'oxydation et d'inertage de materiaux a base de plutonium par combustion a haute temperature
US6090291A (en) * 1997-08-20 2000-07-18 Kabushiki Kaisha Toshiba Waste processing method and waste processing apparatus
KR100264739B1 (ko) * 1997-09-01 2000-09-01 장인순 감손우라늄 폐기물 처리를 위한 공기조절식 산화장치
RU2294027C2 (ru) * 2002-03-11 2007-02-20 Белгонюклеэр Са Способ изготовления смешанного оксидного (мох) ядерного топлива из исходного материала в виде оружейного плутония

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3073768A (en) * 1960-10-17 1963-01-15 John L Richmond Neutron source
FR2376215A1 (fr) * 1976-12-28 1978-07-28 Minatome Corp Procede d'extraction de l'uranium de ses minerais utilisant des solutions de carbonates et de bicarbonates alcalinoterreux en presence de gaz carbonique
DE2842403A1 (de) * 1978-09-29 1980-04-17 Nukem Gmbh Verfahren zur herstellung von kernbrennstoffmonokarbid, insbesondere von uran- und uran-plutonium-monokarbid
JPH04204100A (ja) * 1990-11-30 1992-07-24 Hitachi Ltd グラファイト減容廃棄法
US5509362A (en) * 1992-12-11 1996-04-23 Energy And Environmental Research Corporation Method and apparatus for unmixed combustion as an alternative to fire
CN1043352C (zh) * 1993-08-06 1999-05-12 陈军 一种高分子高热容量吸热材料的配方
JPH0833730A (ja) * 1994-07-22 1996-02-06 Nohmi Bosai Ltd 消火・燃焼抑制方法及びその装置
US5786611A (en) * 1995-01-23 1998-07-28 Lockheed Idaho Technologies Company Radiation shielding composition
JPH09140821A (ja) * 1995-11-28 1997-06-03 Sutaaraito Kogyo Kk 自動消火システム
KR0175889B1 (ko) * 1995-12-18 1999-04-01 김광호 미네랄 용출물질 및 그 제조방법과 이를 이용한 미네랄 용출물질 구조체
JP3880191B2 (ja) * 1998-03-20 2007-02-14 日本碍子株式会社 消火方法
JP2000276671A (ja) * 1999-03-24 2000-10-06 Kenzai Gijutsu Kenkyusho:Kk 過熱・火災報知機能を有する防災用品
US6751835B2 (en) * 1999-05-25 2004-06-22 Ronald L. Fenton Method for reconditioning propane cylinders
JP4085520B2 (ja) 1999-06-16 2008-05-14 三菱マテリアル株式会社 劣化ｕｆ６の処理設備及びその処理方法
KR20010003870A (ko) * 1999-06-25 2001-01-15 김순택 반사형 액정 디스플레이
FR2885899B1 (fr) * 2005-05-20 2007-12-28 Omya Development Ag Matieres minerales contenant du carbonate a emission en gaz carbonique combustible fossile reduite lors de leurs decompositions ainsi que leur procede de synthese et leurs utilisations
BRPI0815402A2 (pt) * 2007-08-17 2015-02-03 Specialty Minerals Michigan Composição, e, método para prover um material refratário com uma matriz de alta densidade a um revestimento em um vaso contendo metal fundido

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2752234A1 (fr) * 1996-08-09 1998-02-13 Commissariat Energie Atomique Procede et dispositif d'oxydation et d'inertage de materiaux a base de plutonium par combustion a haute temperature
US6090291A (en) * 1997-08-20 2000-07-18 Kabushiki Kaisha Toshiba Waste processing method and waste processing apparatus
KR100264739B1 (ko) * 1997-09-01 2000-09-01 장인순 감손우라늄 폐기물 처리를 위한 공기조절식 산화장치
RU2294027C2 (ru) * 2002-03-11 2007-02-20 Белгонюклеэр Са Способ изготовления смешанного оксидного (мох) ядерного топлива из исходного материала в виде оружейного плутония

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КОТЕЛЬНИКОВ Р.Б. и др. Высокотемпературное ядерное топливо, Москва, Атомиздат, 1969, с. 132-133. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013101782A (ru) 2014-07-27
FR2961414A1 (fr) 2011-12-23
WO2011157628A1 (fr) 2011-12-22
KR101787799B1 (ko) 2017-10-18
JP2013535008A (ja) 2013-09-09
CN102947891B (zh) 2015-12-02
US9533816B2 (en) 2017-01-03
UA107116C2 (uk) 2014-11-25
US20130101470A1 (en) 2013-04-25
KR20130023344A (ko) 2013-03-07
FR2961414B1 (fr) 2012-06-15
EP2583283B1 (fr) 2014-10-01
JP6093298B2 (ja) 2017-03-08
EP2583283A1 (fr) 2013-04-24
PT2583283E (pt) 2014-12-16
CN102947891A (zh) 2013-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Criado et al. Kinetics of the CaO/Ca (OH) 2 hydration/dehydration reaction for thermochemical energy storage applications
Dennis et al. The kinetics of combustion of chars derived from sewage sludge
Fisher et al. Hydration kinetics of K2CO3, MgCl2 and vermiculite-based composites in view of low-temperature thermochemical energy storage
WO2010066811A1 (fr) Matériau pour le piégeage d'hydrogène, procédé de préparation et utilisations.
Tsai et al. Dust cloud explosion characteristics and mechanisms in MgH2‐based hydrogen storage materials
Chubukov et al. Pressure dependent kinetics of magnesium oxide carbothermal reduction
Totemeier Characterization of uranium corrosion products involved in a uranium hydride pyrophoric event
Miller et al. High performance reduction/oxidation metal oxides for thermochemical energy storage (PROMOTES)
Lupiáñez et al. Primary fragmentation of limestone under oxy-firing conditions in a bubbling fluidized bed
Maya et al. On the modeling of the CO2‐catalyzed sintering of calcium oxide
RU2557086C2 (ru) Реакционная камера для экзотермического материала
Berthinier et al. Experimental study of uranium carbide pyrophoricity
Kwong et al. Analysis of the rate of combustion of biomass char in a fluidised bed of CLOU particles
US3213031A (en) Method of sealing refractory vessel containing radioactive wastes
US9793019B1 (en) Low temperature chemical processing of graphite-clad nuclear fuels
JP2016180593A (ja) 溶融核燃料収納容器
Mazaudier et al. On the oxidation of (U, Pu) C fuel: Experimental and kinetic aspects, practical issues
RU2594007C2 (ru) Способ химической стабилизации соединений карбида урана и устройство, осуществляющее способ
Wild et al. Experimental investigation of a thermochemical reactor for high-temperature heat storage via carbonation-calcination based cycles
Long et al. An experimental investigation into the effect of sodium salts on quartz particle agglomeration and bed defluidisation in a bubbling fluidised bed
Louie et al. Containment Sodium Chemistry Models in MELCOR.
Durbetaki et al. Numerical study of radiative ignition of pyrolysing solid fuels
Johnson et al. Effects of processing variables on HTGR fuel kernels fabricated from uranium-loaded cation-exchange resin
Jeon et al. Compositional design of an amphoteric chemical trap for the capturing of gaseous cesium and iodine in UO2 nuclear fuel
Itoh et al. Thermal Hazard Evaluation of Metal Powder with Water

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190610