RU2668610C2 - Автоматизированная высокочастотная система для герметизации радиоактивных отходов - Google Patents

Автоматизированная высокочастотная система для герметизации радиоактивных отходов Download PDF

Info

Publication number
RU2668610C2
RU2668610C2 RU2016136320A RU2016136320A RU2668610C2 RU 2668610 C2 RU2668610 C2 RU 2668610C2 RU 2016136320 A RU2016136320 A RU 2016136320A RU 2016136320 A RU2016136320 A RU 2016136320A RU 2668610 C2 RU2668610 C2 RU 2668610C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
waveguide
resonator
radioactive waste
auto
Prior art date
Application number
RU2016136320A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2016136320A (ru
RU2016136320A3 (ru
Inventor
Александр Алексеевич Завадцев
Дмитрий Александрович Завадцев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Нано Инвест"
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 Общество с ограниченной ответственностью "Нано Инвест" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Нано Инвест"
Priority to RU2016136320A priority Critical patent/RU2668610C2/ru
Publication of RU2016136320A publication Critical patent/RU2016136320A/ru
Publication of RU2016136320A3 publication Critical patent/RU2016136320A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2668610C2 publication Critical patent/RU2668610C2/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64Heating using microwaves
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64Heating using microwaves
    • H05B6/80Apparatus for specific applications

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Gasification And Melting Of Waste (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области технологии герметизации жидких радиоактивных отходов (РАО) с целью их последующего безопасного хранения или утилизации. Герметизация РАО предполагает их обезвоживание, спекание и кальцинацию при высокой температуре. Автоматизированная высокочастотная система для герметизации радиоактивных отходов содержит высокочастотный генератор, крышку с входным волноводом и сменный контейнер, образующие резонатор, волноводный тракт, соединяющий высокочастотный генератор и резонатор, ЕН-тюнер, включенный в волноводный тракт, и блок автоподстройки, в качестве высокочастотного генератора использованы твердотельный усилитель и задающий генератор с регулируемыми мощностью и частотой, а к входному волноводу резонатора присоединен отрезок волновода с подвижным плунжером, связанным с блоком автоподстройки. Технический результат заключается в обеспечении возможности перестройки частоты высокочастотного генератора, а также перестройки коэффициента связи резонатора, образованного крышкой и сменным контейнером с РАО внутри, с питающим волноводом, что дает возможность хорошего согласования волноводного тракта и резонатора на рабочей частоте. Согласование волноводного тракта минимизирует вероятность высокочастотных пробоев в волноводном тракте, обеспечивает максимальный КПД системы. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области технологии герметизации жидких радиоактивных отходов (РАО) с целью их последующего безопасного хранения или утилизации. Герметизация РАО предполагает их полное обезвоживание, спекание и кальцинацию при высокой температуре непосредственно в контейнере из нержавеющей стали с его последующим герметичным завариванием. Для выполнения указанных требований предлагается установка, включающая высокочастотный генератор, который используется для равномерного нагрева РАО в контейнере, в котором впоследствии РАО будут храниться. Технологический процесс предполагает полное удаление воды из взвеси РАО для исключения возможности радиационного разложения воды на водород и кислород и взрыва смеси этих газов, спекание и кальцинацию РАО для исключения пыления РАО и для существенного повышения плотности РАО в контейнере.
Из предшествующего уровня техники известен СВЧ плавитель РАО, работающий на частоте 915 МГц с генератором непрерывной мощности до 50 кВт, созданный в ОАО «НИКИМТ» и ОАО «ВНИИНМ им. А.А. Бочвара» [1]. СВЧ плавитель включает СВЧ генератор, волноводный тракт, циркулятор для согласования магнетрона с волноводным трактом, крышку резонатора и сменный контейнер. К недостаткам данной конструкции относится отсутствие возможности подстройки частоты высокочастотного генератора, в качестве которого используется магнетрон, и отсутствие элементов подстройки резонансной частоты резонатора с РАО внутри на частоту генерации магнетрона и элементов подстройки коэффициента связи с линией питания. Это приводит к отсутствию согласования на входе резонатора и, как следствие, к возможным высокочастотным пробоям в циркуляторе и потери высокочастотной мощности. Имеющийся в схеме циркулятор позволяет согласовать волноводный тракт на выходе магнетрона и защитить его от возможных отражений, но, как правило, при небольших отражениях КСВН<3. При больших отражениях возможен пробой в циркуляторе и остановка технологического процесса. Если отражение невелико, то вся отраженная от резонатора мощность не пойдет в магнетрон, а направится в волноводную нагрузку и рассеется в охлаждающей воде. Это приведет к значительной потере КПД установки в целом.
Также известна система СВЧ уплотнения РАО, предложенная в компании Linn High Therm GmbH [2]. Однако она обладает теми же недостатками.
Наиболее близким по технической сути к предлагаемой системе является СВЧ плавитель для микроволновой обработки РАО с рабочей частотой 2450 МГц и непрерывной мощностью СВЧ генератора 10 кВт, предложенный в компании TOKAI, [3], принятый за прототип. Эта установка включает СВЧ генератор на базе магнетрона, волноводный тракт, ЕН-тюнер, крышку резонатора и сменный контейнер (тигель). Измельченные РАО нагреваются в контейнере до 800°С для удаления оксидов серы. Затем продукт плавится в контейнере при температуре 1450°С и при остывании образует керамоподобный продукт.
Недостатком данного технического решения является отсутствие возможности подстройки частоты магнетрона, который работает на своей собственной частоте, отсутствие элементов подстройки собственной частоты резонатора, образованного крышкой и сменным контейнером с заполнением РАО различной высоты, отсутствие подстройки коэффициента связи с линией питания. Это приводит к тому, что в процессе наполнения и нагревания собственная частота резонатора изменяется и становится отличной от рабочей частоты СВЧ генератора. Это в свою очередь приводит к отражению СВЧ мощности от резонатора. Полученное отражение в конечном итоге может быть скомпенсировано ЕН-тюнером, но при этом существенно увеличивается амплитуда стоячей волны в волноводе между резонатором и ЕН-тюнером. В результате повышается вероятность СВЧ пробоев в волноводе, особенно, при большой мощности СВЧ генератора и, соответственно, при большой производительности установки, а также увеличиваются потери в волноводе, и уменьшается КПД установки в целом. Кроме этого в процессе работы установки изменение объема РАО в контейнере при наполнении может происходить достаточно быстро, характеристики РАО при нагреве тоже могут изменяться быстро. Если ЕН-тюнер при этом не успеет скомпенсировать отражение в волноводном тракте или случится сбой в управлении ЕН-тюнера, то отраженная волна пройдет к СВЧ генератору и может вывести его из строя.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в создании автоматизированной высокочастотной системы для герметизации радиоактивных отходов. Тепловая высокочастотная обработка РАО выполняется непосредственно в стальных контейнерах, в которых в последующем РАО будет герметизированы с целью долгосрочного безопасного хранения.
Поставленная задача решается за счет того, что в автоматизированной высокочастотной системе для герметизации радиоактивных отходов, содержащей высокочастотный генератор, крышку с входным волноводом и сменный контейнер, образующие резонатор, волноводный тракт, соединяющий высокочастотный генератор и резонатор, ЕН-тюнер, включенный в волноводный тракт, и блок автоподстройки в качестве высокочастотного генератора использованы твердотельный усилитель и задающий генератор с регулируемыми мощностью и частотой, а к входному волноводу резонатора присоединен отрезок волновода с подвижным плунжером, связанным с блоком автоподстройки.
Достигаемый технический результат заключается в обеспечении возможности перестройки частоты высокочастотного генератора, а также перестройки коэффициента связи резонатора, образованного крышкой и сменным контейнером с РАО внутри, с питающим волноводом, что дает возможность хорошего согласования волноводного тракта и резонатора на рабочей частоте. Согласование волноводного тракта в свою очередь минимизирует вероятность высокочастотных пробоев в волноводном тракте, обеспечивает максимальный КПД системы.
Вторым техническим результатом является возможность быстрой перестройки (уменьшения) мощности высокочастотного генератора с целью его защиты от отраженной мощности.
Изобретение поясняется чертежом, который не охватывает и тем более не ограничивает весь объем притязаний данного технического решения, а является лишь иллюстрирующим материалом частного случая выполнения.
На Фиг. 1 - автоматизированная высокочастотная система для герметизации радиоактивных отходов.
Автоматизированная высокочастотная система содержит высокочастотный генератор 1, крышку с входным волноводом 2, сменный контейнер 3, резонатор 4, образованный крышкой с входным волноводом 2 и сменным контейнером 3, ЕН-тюнер 5, включающий два направленных ответвителя, волноводный тракт 6, соединяющий высокочастотный генератор 1 и резонатор 4, блок автоподстройки 7, твердотельный усилитель 8 и задающий генератор 9, вместе образующие высокочастотный генератор 1, и волноводный плунжер 10.
В качестве высокочастотного генератора 1 используются твердотельный усилитель 8 и задающий генератор 9, обеспечивающие возможность быстрой регулировки частоты генерации и выходной высокочастотной мощности. Волноводный тракт 6 соединяет высокочастотный генератор 1 и резонатор 4, образованный крышкой с входным волноводом 2 и сменным контейнером 3. В качестве волноводного тракта 6 может быть использован, например, прямоугольный волновод. На Фиг. 1 крышка 2 и сменный контейнер 3 имеют цилиндрическую форму с открытым дном, образуя вместе цилиндрический резонатор 4. ЕН-тюнер 5 включен в волноводный тракт 6 между высокочастотным генератором 1 и крышкой 2 резонатора 4. ЕН-тюнер 5 состоит из двойного волноводного моста, двух подвижных волноводных плунжеров и двух направленных ответвителей. Подвижный волноводный плунжер 10 присоединен к входному волноводу крышки 2. Блок автоподстройки 7 связан с двумя подвижными волноводными плунжерами ЕН-тюнера 5, с двумя направленными ответвителями с подвижным волноводным плунжером 10 и с задающим генератором 9.
Предлагаемая автоматизированная высокочастотная система для герметизации радиоактивных отходов работает следующим образом. РАО в виде водной взвеси радиоактивных солей загружается порциями в резонатор 4, образованный крышкой 2 и сменным контейнером 3. Высокочастотный генератор 1 включается и передает высокочастотную мощность на рабочей частоте через волноводный тракт 6 в резонатор 4, образованный крышкой 2 и сменным контейнером 3. Значение коэффициента отражения, измеренное направленным ответвителем, расположенным между ЕН-тюнером 5 и крышкой 2, подается в блок автоподстройки 7. Блок автоподстройки 7 вырабатывает управляющий сигнал и перестраивает частоту генерации задающего генератора 9 и положение подвижного волноводного плунжера 10 до достижения минимального значения коэффициента отражения, измеренного данным направленным ответвителем. Подвижный волноводный плунжер 10 находится в непосредственной близости от окна связи волноводного тракта 6 и резонатора 4. Поэтому перемещение подвижного волноводного плунжера 10 приводит к изменению электромагнитного поля на окне связи волноводного тракта 6 и резонатора 4, соответственно, к изменению коэффициента связи волноводного тракта 6 и резонатора 4. Перестройка частоты задающего генератора 9 позволяет установить рабочую частоту равной резонансной частоте резонатора 4. Все вместе позволяет минимизировать коэффициент отражения от резонатора.
Направленный ответвитель, расположенный между ЕН-тюнером 5 и твердотельным усилителем 8, позволяет измерить коэффициент отражения на входе ЕН-тюнера 5. Это значение коэффициента отражения направляется в блок автоподстройки 7, который вырабатывает управляющий сигнал на перестройку положения двух волноводных плунжеров ЕН-тюнера до полного согласования на входе ЕН-тюнера.
Положительный эффект заявленной автоматизированной высокочастотной системы для герметизации радиоактивных отходов обеспечивается следующим образом.
Совместная работа подвижных волноводных плунжеров ЕН-тюнера 5 и плунжера 10, а также перестройка частоты задающего генератора 9 обеспечивают режим работы, при котором весь волноводный тракт 6 оказывается согласованным во всех его сечениях. КПД всей системы максимален, и перенапряжений в волноводном тракте 6 нет.
Пример конкретной реализации заявленного устройства представляет собой систему, включающую следующие компоненты.
Высокочастотный генератор выполнен на основе твердотельного усилителя на транзисторах и задающего генератора с перестраиваемыми мощностью и частотой. Максимальная выходная мощность твердотельного усилителя 50 кВт. Рабочая частота 915 МГц.
Волноводный тракт выполнен на основе прямоугольного волновода с сечением 220×104 мм.
Элементы системы включены в следующей очередности: задающий генератор, твердотельный усилитель, ЕН-тюнер с двумя направленными ответвителями, подвижный волноводный плунжер, крышка с входным волноводом, к которой прижимается сменный контейнер с РАО, образуя резонатор.
Резонатор выполнен из двух основных частей: крышка, соединенная с волноводным трактом, и сменный контейнер. Весь резонатор может быть окружен теплоизоляцией для уменьшения мощности излучения в окружающее пространство и для увеличения КПД всей системы. Крышка резонатора снабжена входным патрубком для подачи РАО.
Подвижные волноводные плунжеры снабжены приводами с шаговыми двигателями.
Для работы системы используется стандартный цилиндрический контейнер из нержавеющей стали с объемом 200 литров. После наполнения и высокочастотной обработки (обезвоживание и кальцинация при температуре 850 градусов) контейнер герметично заваривается крышкой из нержавеющей стали.
Блок автоподстройки представляет собой контроллер с входными высокочастотными сигналами и с выходными управляющими сигналами для шаговых двигателей подвижных волноводных плунжеров.
[1] Комаров В.И., Молохов М.Н., Сорокин А.А. и др. Остекловывание радиоактивных отходов с использованием СВЧ энергии / Ж. Атомная энергия. - 2005. - Т. 98, вып. 4. - С. 288-293.
[2] Giessmann С. Microwave In-Drum Drying / Radwaste Solutions. - Jan./Feb. 2007. - p. 21-24.
[3] Komatsu F. at al. Development of a New Solidification Method for Wastes Contaminated by Plutonium Oxides (Utilization of Microwave Power) / Management of Alpha-Contaminated Wastes: Proc. of Symp. - Vienna, 1991.

Claims (1)

  1. Автоматизированная высокочастотная система для герметизации радиоактивных отходов, содержащая высокочастотный генератор, крышку с входным волноводом и сменный контейнер, образующие резонатор, волноводный тракт, соединяющий высокочастотный генератор и резонатор, ЕН-тюнер, включенный в волноводный тракт, и блок автоподстройки, отличающаяся тем, что в качестве высокочастотного генератора использованы твердотельный усилитель и задающий генератор с регулируемыми мощностью и частотой, а к входному волноводу резонатора присоединен отрезок волновода с подвижным плунжером, связанным с блоком автоподстройки.
RU2016136320A 2016-09-09 2016-09-09 Автоматизированная высокочастотная система для герметизации радиоактивных отходов RU2668610C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016136320A RU2668610C2 (ru) 2016-09-09 2016-09-09 Автоматизированная высокочастотная система для герметизации радиоактивных отходов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016136320A RU2668610C2 (ru) 2016-09-09 2016-09-09 Автоматизированная высокочастотная система для герметизации радиоактивных отходов

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2016136320A RU2016136320A (ru) 2018-03-15
RU2016136320A3 RU2016136320A3 (ru) 2018-03-15
RU2668610C2 true RU2668610C2 (ru) 2018-10-02

Family

ID=61627279

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016136320A RU2668610C2 (ru) 2016-09-09 2016-09-09 Автоматизированная высокочастотная система для герметизации радиоактивных отходов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2668610C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2720127C1 (ru) * 2019-10-21 2020-04-24 Общество с ограниченной ответственностью "МАЙ" Способ и устройство контролируемого СВЧ-нагрева

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4330698A (en) * 1979-04-21 1982-05-18 Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan Microwave melter
JPH04136607A (ja) * 1990-09-25 1992-05-11 Ryoda Sato 放射能含有物,公害物処理装置
RU2150759C1 (ru) * 1997-03-12 2000-06-10 Нукем Нуклеар ГмбХ Способ выпаривания солесодержащих растворов и устройство для его осуществления
RU27979U1 (ru) * 2002-07-30 2003-02-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и конструкторский институт монтажной технологии" Устройство для микроволнового нагрева
RU2203512C2 (ru) * 2000-10-18 2003-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А. Бочвара" Способ отверждения жидких радиоактивных отходов и устройство для его осуществления
JP4136607B2 (ja) * 2002-11-06 2008-08-20 東京電力株式会社 泥水シールド工法における裏込め注入方法
RU2550367C1 (ru) * 2013-12-18 2015-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") Способ очистки жидкостей, содержащих радионуклиды, и устройство для его осуществления

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4330698A (en) * 1979-04-21 1982-05-18 Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan Microwave melter
JPH04136607A (ja) * 1990-09-25 1992-05-11 Ryoda Sato 放射能含有物,公害物処理装置
RU2150759C1 (ru) * 1997-03-12 2000-06-10 Нукем Нуклеар ГмбХ Способ выпаривания солесодержащих растворов и устройство для его осуществления
RU2203512C2 (ru) * 2000-10-18 2003-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А. Бочвара" Способ отверждения жидких радиоактивных отходов и устройство для его осуществления
RU27979U1 (ru) * 2002-07-30 2003-02-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и конструкторский институт монтажной технологии" Устройство для микроволнового нагрева
JP4136607B2 (ja) * 2002-11-06 2008-08-20 東京電力株式会社 泥水シールド工法における裏込め注入方法
RU2550367C1 (ru) * 2013-12-18 2015-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") Способ очистки жидкостей, содержащих радионуклиды, и устройство для его осуществления

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2720127C1 (ru) * 2019-10-21 2020-04-24 Общество с ограниченной ответственностью "МАЙ" Способ и устройство контролируемого СВЧ-нагрева

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016136320A (ru) 2018-03-15
RU2016136320A3 (ru) 2018-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO325850B1 (no) Radiofrekvens- og mikrobølgeassistert bearbeiding av materialer
RU2668610C2 (ru) Автоматизированная высокочастотная система для герметизации радиоактивных отходов
EP2239052A2 (en) Method and apparatus for treating a process volume with multiple electromagnetic generators
JP6812433B2 (ja) マイクロ波エネルギーを用いて誘電体材料を処理するための方法及び装置
CN103000554A (zh) 微波处理装置及其控制方法
JPS6243925B2 (ru)
Bakunin et al. An experimental study of the influence of an external signal on the generation mode of a megawatt-power gyrotron
RU2637116C2 (ru) Система СВЧ обработки жидких радиоактивных отходов непосредственно в стальных контейнерах с их последующей герметизацией с целью долгосрочного безопасного хранения
CN213517914U (zh) 一种原子钟系统
Bokaei et al. Weakly relativistic and ponderomotive effects on self-focusing and self-compression of laser pulses in near critical plasmas
WO2007134159A2 (en) Directed energy melter
JP2007228219A (ja) マイクロ波装置
Rao et al. Electron cyclotron power source system for ITER
Bryazgin et al. ILU-14 industrial electron linear accelerator with a modular structure
JP6813175B2 (ja) マイクロ波装置及びこれを備えた加熱処理システム
US2444303A (en) Ultra high frequency electronic tube
Liu et al. A method to separate radiations from a dual-frequency operation gyrotron
US20200116821A1 (en) Method of controlling transmitting frequencies of microwave source and microwave transmission system thereof
Halverson et al. FREQUENCY‐SHIFTING METHOD OF EXCITING A PLASMA IN A RESONANT CAVITY
WO2015166515A2 (en) Container for induced plasma and ionizing radiation
Moskvitina et al. Effect of background plasma on electromagnetic properties of coaxial gyrotron cavity
Chirkov et al. Multifrequency gyrotron with high-efficiency synthesized waveguide converter
RU210068U1 (ru) Свч-излучатель для обработки швов жестких аэродромных и дорожных покрытий
Hillairet et al. Design and RF measurements of a 5 GHz 500 kW window for the ITER LHCD system
Oosterbeek et al. Design of a feedback system to stabilise instabilities by ECRH using a combined ECW launcher and ECE receiver

Legal Events

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

Effective date: 20180910