SE458407B - Foerbraenningsugn foer braenning av braennbart, radioaktivt foerorenat material - Google Patents

Description

458 407 ordning, vilken kan påvisa ansamling av radioaktivt mate- rial på flera ställen inuti förbränningsugnen.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att utforma ugnen så att strålningsdetektorerna kan "se" in i den- samma och upptäcka radioaktiva ansamlingar där.

Uppfinningen avser även att åstadkomma ett automa- tiserat ugnssystem, som förmår lämna information om sin egen operativa status särskilt med avseende på den radio- aktiva nivån inuti ugnen.

Enligt uppfinningen förses ugnen med "fönster" av ett eldfast, lätt material, vilka fönster skyddar detekto- rerna från värmen inuti ugnen men ändå medger dem att fast- ställa den radioaktiva strâlningsnivån hos materialansam- lingar inuti ugnen.

En utföringsform av uppfinningen beskrivs nedan med hänvisning till ritningen.

Pig. 1 visar en horisontalvy av en förbränningsugn och av en del av det transportsystem som matar in förorenat material i ugnen.

Pig. 2 visar i sidovy ugnen och en del av inmatnings- systemet. _ Pig. 3 visar en vertikal längdsektion genom ugnen.

Pig. 4 visar ugnen i tvärsektion.

Pig. 5A-SE visar en jondetektor och en skärmutrust- ning enligt uppfinningen, nämligen i planvy, i sidovy, i vertikalsektion, i bottenvy och i horisontalsektion.

Pig. 6A-6E visar motsvarande vyer resp. sektioner som i fig. 5 men av en natriumjodiddetektor med tillhörande skärm.

Pig. 7 visar ett typiskt eldfast fönster enligt upp- finningen, nämligen i planvy i fig. 7A och i sektion enligt linjen 7A-7A i fig. 7B.

Pig. 8A och BB visar kopplingsschemata för natrium- jodiddetektorer resp. jondetektorer.

I fig. 1 visas en rökfri förbränningsugn 13 av fabri- kat Comtro, utförd enligt General Electric's specifikatio- ner. Rökgaserna tvättas effektivt och undergâr radiologisk 458 497 säkerhetskontroll. De uranhaltiga ämnena behöver inte sönderdelas innan de förs in i ugnen. Ett transportsystem 16 med rullar 17 matar in (icke visade) lådor med bränn- bart, kontaminerat material. Ugnen 13 har en yttre stål- mantel 13' med ett invändigt foder 23 av eldfast tegel (fig. 3). Ugnen har också fönster 44 av ett material med låg täthet, dvs. med litet absorptionstvärsnitt för gamma- strålning. Fönstrens täthet skall vara ca. en storleksord- ning lägre än tätheten hos ugnens väggar i övrigt. Här- igenom blir det möjligt att på ugnens utsida detektera gammastràlning från sönderfallande klyvbara och fertila material, nämligen med hjälp av detektorer 55, placerade intill dessa fönster.

Av fig. 2 framgår att ugnen har en i två steg upp- delad förbränningskammare 56 med en primärkammare 57, som har plana sidoväggar 58 och plan botten 59 men ett rundat tak 60 - se fig. 4. Av fig. 3 framgår att ugnens golv 23 är uppdelat i flera avsatser. 66 är en inmatningsanordning för lådorna. Vidare finns hydrauliskt drivna skrapor 77 för mellannivån och den undre nivån. Upptill befinner sig den sekundära förbränningskammaren 78, som fullständigt förbränner rökgaserna och rester av gas som införts för upphettning av den undre kammaren 57 till en temperatur om- kring 9000C. Härigenom förbränns väsentligen allt kol i gaserna. Kammaren 78 står i förbindelse med ledningar 79, anslutna till inloppssidan hos en (icke visad) tvättare, som behandlar restgaserna.

Intill såväl den primära som den sekundära för- bränningskammaren 57 resp. 78 finns strâlningsdetektorer 55 i form av natriumjodiddetektorer 55(1) och jondetektorer 55(2); Dessa detektorer 55 kan se in i ugnens 13 inre genom fönstren 44, vilka sträcker sig genom det foder av tegel 33 och annat eldfast material 23 varmed ugnsväggarna är beklädda. Härigenom kan detektorerna se in i ugnen 13 och upptäcka ansamlingar av radioaktivt material. Detekto- rerna 55 finns både upptill på kamrarna 57, 78 och under primärkammaren 57, särskilt under de nämnda hydraulanord- 458 407 ningarna. När dessa skrapor 77 efter att ha sopat rent på ugnsbottnens mellan- och undre nivåer 81 resp. 82 ut- för sina returrörelser, kan det inte undvikas att de drar med sig en viss mängd radioaktiv aska in under golvet 61.

Det är av denna anledning som de undre detektorerna 55 erfordras.

Den area som var och en av detektorerna 55 kan av- söka uppgår till ca. 0,5-1 m2. Pig. 1 visar en enda natriumjodiddetektor och en jonkammardetektor upptill på den övre kammaren 78. Primärkammaren 57 har upptill åtta detektorer, fyra av vartdera slaget; Detektorerna 55 är så placerade relativt varandra, att de delvis täcker var- andras avsökningsområden¿ På golvet under primärkammaren finns sex detektorer. I fig. 3 är tvâ detektorer visade under de hydrauliska skraporna. Vidare finns tvâ detektorer under asktråget 99, en av vartdera slaget.

Detektorerna 55 mätar gammastrålning från fertilt och klyvbart material, inklusive U235 och U238, vilket efter förbränningen ansamlats i ugnen 13. Jonkammardetekto- rerna avkänner den totala strålningen och natriumjodiddetek- torerna energifördelningen. Den förstnämnda detektortypen är känslig för den totala strâlningsenergin och okänslig för temperaturer. Natriumjodiddetektorerna 55(1) ger däremot information om hela energifördelningen hos gammastrålningen, en information som är tillförlitlig vid temperaturer under 65°C. Jonkammardetektorer saluförs av LND, Inc., Oceanside, New York. Deras jonkammare är typiskt försedda med två detektorer av typ 5120 LND, serie 512, fyllda med en inert gas under övertryck, exempelvis 25 atmosfärer. Infallande gammastrålning joniserar gasen, så att det bildas laddade partiklar, häribland elektroner, vilka vandrar till en elektrod och sätter upp ett strömflöde genom jonisations- kammaren.

Användningen av två olika typer av detektorer ger skydd mot sådana typer av fel vilka annars skulle sätta samtliga detektorer ur funktion. Tack vare att flera detek- torer är fördelade över hela ugnssystemet, kan alla delar VA 4:58 407 av detsamma avsökas.

Fig. 5A-SE visar en jonisationskammardetektor 55(2).

Den befinner sig i en skärmad behållare 55', monterad in- till ett fönster 44. Själva detektorn är som synes sfärisk.

Skärmen 55' har en cylindrisk kropp 110 med ett säte 120 ovanför den öppna bottnen. Upptill finns ett lock 130, fastskruvat vid den cylindriska manteln 110. Denna hop- koppling kan ske med hjälp av utskjutande hylsor 131. Med hjälp av beslag 55" kan detektorn monteras på ugnen 13 eller på golvet 150 därunder. Skärmen 55' består av en stålmantel 161, som omsluter en blykärna 162. Locket 130 består av en stâlplatta över en blyskiva.

Fig. 6A-6E visar en natriumjodiddetektor 55(1) inuti en avskärmad behållare. Själva detektorn är avlâng och cylindrisk liksom skärmen 55', som innefattar en_b1ykärna 162 inom en stälmantel 161. Från skärmen 55' sträcker sig öron 201, vilka fasthåller detektorn. Ovanpå skärmen 55' finns en stålhylsa 209. En ledning 247 passerar en lämplig genomföring 249 i hylsans sidovägg. Med hjälp av fästbeslag 270 kan anordningen monteras intill ett fönster 44. _Varje detektor 55 samverkar med varsitt av fönstren 44. I ugnsväggen ingår en stålmantel 301, ett 50 mm tjockt lager 33 av eldfast tegel och ett 12 cm tjockt lager 303 av något annat eldfast material - se fig. 7. Fönstret 44 består av ett eldfast material 404 med låg densitet.

Fönsterskivan är uppbyggd av sex skikt 404', vartdera 25 mm tjockt, av ett material av typ Fiberfax. Detta består av keramiska fibrer av aluminiumoxid och kiseloxid och till- verkas av Carborundum Company. Skikten 404' fasthålls av en 50 mm tjock skiva 405, exempelvis Carborundum Thermoter Board) vilken i sin tur fasthålls av fem metallbyglar 410, inspända mellan keramiska förankringsdon 411 och stâlman- teln 301. Byglarnas 410 och förankringarnas 411 lägen fram- går av fig. 7B. Detaljerna 411 har en längd av 15 cm. Skivans 405 ytterdiameter är 45 cm. Dess tjocklek är ca. 25 mm och dess densitet ungefär 0,3 kg/l. Den eldfasta filten 404' har en densitet av ungefär 0,1 kg/1. Ugnsmaterialens densitet 458 407 ligger allmänt inom omrâdet 15 kg/l. De eldfasta materia- len i fönstren 44 har en densitet av ca. 0,2 kg/1. För- hållandet mellan väggarnas och fönstrens densiteter är så- ledes av storleksordningen 10:1.

Detektorerna 55 inkopplas företrädesvis enligt fig. 8A och 8B. Pig. 8B visar jonisationsdetektorer 55(2) som indikerar uppfângade gammastrålar i form av strömpulser.

Ledningarna 601 från detektorerna är företrädesvis anslutna till ett 7028 lâgströms avsökningskort 610, monterat i en 702 avsökningsram 611. Härifrån passerar strömpulsen till en jonkammaranslutning 622, som omvandlar den så att den kan utvärderas av en digital avsökningselektrometer 633.

Denna är ansluten till en minidator 644, som har en utgångs- krets 645 och en ingângsgrind 655. Detektoravsökningen styrs av en avsökare 611 av typ Keithly 702 och av en enhet 656. Det alstras följaktligen en indikering på den totala mängden ansamlat uran.

Fig. 8A visar ett natriumjodiddetektorsystem för alstrande av spänningspulser, som är proportionella mot de infångade gammastrålarnas energi. En (icke visad) scintillerande kristall i detektorn 55(1) alstrar en ljus- mängd, som anger en infångad gammastråles energiinnehåll.

En i detektorn ingående (icke visad) fotomultiplikator multiplicerar denna ljussignal och alstrar en signal, som är proportionell mot gammastrålens energi._ Vardera av detektorerna 55(1) har en högspännings- källa 801 och en förförstärkare 802 i och för bearbetning av utsignalen från detektorn och alstrande av information om ansamlat uran till en förstärkare 803 och en blandare 805, exempelvis av typ 8220 Canberra. _ iütsignalerna från detektorerna märks av blandaren- 805 i motsvarighet till från vilken detektor de kommer.

En ADC-krets 811 avläser utsignalen från blandaren 805, märker varje spänningspuls och uttrycker gammastrålningens energi i form av pulsens tidslängd. Kretsen 811 fastställer alltså kanalnumret hos den flerkanals analysatorn 812, som inkrementeras till angivande av den infångade gammastrålens --I 458 407 energinivå. Kretsen 812 är ansluten till en mikrodator 644. Denna styr alltså analysatorn genom att nollställa dess register och selektivt mottaga data. Datorn 644 kan exempelvis beordra analysatorn att mottaga data under 1000 sekunder och stänger sedan av den. Därutöver styr datorn 644 frågor beträffande fullbordade arbetsuppgifter och avkänner analysatorn för uppsamling av data. Denna information kan överföras direkt till ett skivminne med angivande av detektorns ordningsnummer och typ. Då data- insamlingen fullgjorts, nollställer datorn 644 på nytt analysatorn 812 och analyserar gammastrálningsenergin en- ligt en "gamma M" Canberra-rutin.

Då anordningen arbetar, införs lådor med kontamine- rat material i en hög betongbyggnad, som innehåller ugnen 13 enligt fig. 1. Lâdorna kan vara kubiska med sidomått av ca. 12 dm.och innehålla sådant avfallsmaterial som kläder, gummiskor, täckmaterial, papper, torkmattor, pappershand- dukar, plastmuggar och liknande urankontaminerat, brännbart material. Lådorna passerar sedan längs transportbanan 16 till en station 900, där de vägs och undersöks med avseende 235 och U238. I beroende av resultatet av på halten av U dessa mätningar skickar en växelstation 901 dem vidare, antingen ut ur systemet via en utgångsbana 911 eller till en hiss, som lyfter upp lådorna till en inlastare 930.

Sedan öppnas ugnsluckan 944 för mottagande av en låda och en hydraulmotor 66 skjuter in den i primärkammaren 57 på den övre nivån 83. Då luckan 944 stängts, antänds lådan i en syrefattig atmosfär under inverkan av brinnande naturgas. Efter en viss tid öppnas luckan 944 igen och en andra låda skjuts in på den övre nivån 83, varigenom den första lådan eller resterna av den faller ned på nivån &1¿ Förbränningen fortsätter sedan under en förutbestämd tidsperiod till dess en hydraulisk skrapa 77, vars kolv- stång består av ett värmebeständigt keramiskt material, skjuter ned de brinnande resterna av den första lådan på den understa nivån 82, varefter inmataren 66 kan föra in ännu en låda på den översta nivån 83, vilken låda i sin 458 407 f' tur skjuter ner resterna av den andra lådan på nivån 81, som just befriats från resterna av den första lådan.

Då materialet på den understa nivån 82 har förbränts fullständigt, kan falluckan 99' på ugnens baksida öppnas, varpå den undre hydraulanordningen 77 skjuter ut restmate- rialet i ett asktrâg 99 hos kylkammaren 997. Efter en av- kylningsperiod rensas trâget 99 av en tvärgående skrapa 999 och den avkylda askan uppsamlas i en behållare 1001.

Uranet i denna behållare kan återvinnas genom att det sepa- reras från askan.

Claims (9)

458 407 Patentkrav

1. Förbränningsugn, vilken är avsedd för förbränning av brännbart, radioaktivt förorenat material och försedd med väggar av eldfast material, som har hög densitet, och med en lucka för införande i ugnen av det brännbara materialet, vilket är kontaminerat med radioaktiva ämnen, som vid sön- derfall alstrar gammastrålning, varvid ugnen har organ för avlägsnande av förbränningsaska samt organ, anordnade att under pågående förbränning förflytta det brännbara materi- alet genom ugnen, k ä n n e t e c k n a-d avsatt i ugns- väggarna finns åtminstone ett fönster av ett material med låg densitet, genom vilket fönster kan passera ut en påvis- bar mängd av gammastrâlning såsom ett mått på den mängd radioaktiva ämnen som finns kvar i ugnen, varjämte utanför de eldfasta väggarna och intill varje fönster befinner sig en strålningsdetektor för mätning av strålning, som passe- rat ut genom fönstret.

2. Förbränningsugn enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att varje fönsters densitet är avsevärt lägre än ugns- väggarnas densitet.

3. Förbränningsugn enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att detektororgan för detektering av gammastrâlning är anordnade intill varje fönster i och för indikering av den genom fönstret passerande strâlningsenergin.

4. Förbränningsugn enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att fönstret innehåller fibröst, eldfast material av låg densitet.

5. Förbränningsugn enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att det fibrösa materialet innehåller keramiska fibrer. 458 407 :O

6. Förbränningsugn enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att flera fönster är pâ avstånd från varandra fördelade över de eldfasta väggarna, så att det ansamlade radioaktiva materialets fördelning kan fastställas.

7. Förbränningsugn enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att dess av eldfast material bestående och med avsatser försedda botten är anordnad att avsökas av detektorerna.

8. Förbränningsugn enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att detektorerna innefattar sådana av jonkammartyp för detektering av gammastrâlning.

9. Förbränningsugn enligt krav 3,- k ä n n e t e c k n a d av att detektorerna innefattar sådana av natriumjodidtyp för detekteríng av gammastrâlning.