TW200937449A - Chemical enhancement of ultrasonic fuel cleaning - Google Patents

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200937449 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 發明領域 5 ❹ 10 15 e 本發明係提供一種用於維護核能電廠之技術，特別是 核電廠之超音波清潔放射性核燃料總成的維護技術。

C先前技術:J 發明背景 在一核能反應器運作期間，反應器冷卻劑之雜質及產 物會沈積在核子燃料總成上。該等沈積物可能會以不同的 方式影響核電廠的運作及維護；例如’（a)其等之中子特性 可能會不利地影響該反應器之核子性能；（b)其等之抗熱性 可能會升高該燃料棒上的表面溫度’造成該燃料棒中的材 料損害；（c)當其等被重新分配至該反應器冷卻劑系統中 時，其等之放射性衰變會造成輻射暴露，特別是在能量瞬 變現象期間；（d)其等藉由視覺及渦旋流動的方法使輻射核 燃料總成之全部的檢驗複雜化；（e)由燃料棒釋放的沈積物 易降低使用過後的燃料池之能見度’在補給燃料停機期 間，於該燃料池中顯著地拖延其他的工作；⑺當重新裝填 至總成之反應器時，其將被輻射第二或第三次，在一不利 的方法中，其等形成材料之存料，該等存料可被重新分配 至新的燃料總成。 在一壓水式反應器（PWRs)中，爐心軸向功率異常(A〇A) 已被揭露。AOA是一種現象，其中由於該反應器及主要系 統之局部熱水力狀態與主要副流體雜質特性之組合，使得 20 200937449 沈積物形成在該燃料棒包覆上。該等沈積物造成沿 之異常的能量分佈，在某些操作情況下減少了可用的= 緣。AOA迫使某些電廠為延長期間而減少該反應器功率水 準。 5 由於A〇A的問題’為移除贿燃料沈積物，必 出-效率高 '具成本效益的機制。此—機制也能減少存料， 以降低電廠員工的劑量率、改善燃料可檢驗性、準備用長 期乾燥儲存的燃料，以及易於為分析腐姓樣品之收集。 許多方法已被推制於移除pwR燃料沈積物。—方法 10係為在該反應器原位’或在被移動為一分離清潔室之後的 化學性清潔總成。該方法有許多的問題，包括成本、使用 該清潔化學物質之潛在腐钕性，以及所產生之高污染性化 學物質的處理困難性。或許該化學性唯一方法之最大缺點 在於浪費時間’其清潔一單一燃料總成需要花費數小時。 15 如下所述，U.S•專利第6,396,892號及U.S·專利公開案第 2002-0163990 A1號，皆併入本案作為參考，其等揭示用於 核能電廠之超音波清潔放射核燃料總成。超音波燃料清潔 是一有效地機械性方法，其利用沸騰時的空氣泡腔，由核 燃料移除腐姓產物。超音波轉換器係被結合，典型地為一 20放射狀的結構’以降低通過燃料總成中的水之局部壓力 波’其足以造成之後立即崩潰之核沸騰。氣泡之崩潰釋放 出固體的腐蝕產物，該產物隨後被吸抽至一過濾系統。 該機械性的清潔是有效的，但並非100%的有效，因為 腐姓產物殘留在該等燃料總成上。根據估計，超音波清潔 200937449 可移除咼至80%之燃料上全部腐蝕產物存料。一改變的超 音波清潔體系（regimen)包括‘脈衝，，或間歇性的使用該等轉 換器以增強清潔。此技術在腐蝕物移除上具有少的額外效 果。 5 業界已考慮到燃料腐蝕之更完整移除的選擇，其係經 由爐内燃料之全系統化學去污染。雖然期望該爐内燃料之 全系統化學去污染可被安全地實施，但實施起來卻是冗長 的且該方法是昂貴的。

C 明内 J 10 發明概要 本發明係有關於一種用於清潔輻射性核燃料總成的方 法，包括化學性增強技術，該技術係利用含有適用於接合 核燃料總成的外殼之裝置。—組超音波轉換器係被放置 在該外殼上，供應放射狀發射的全方向超音波能量，以自 5 β亥核燃料總成移除沈積物。在超音波燃料清潔之後，殘留 Q 的任何腐蝕產物將具有對化學分解敏感的暴露表面。 圖式簡單說明 第1圖為一裝置之概要圖，該裝置係用於為放射性核燃 料總成實施一化學性增強的超音波清潔方法。 20 第2圖為一超音波清潔裝置的前視圖。 第3圖描述一超音波轉換器，其係用於產生放射狀發射 的全方向能量。 第4圖為第2圖之超音波清潔裝置的側面圖。 第5圖係第2圖之超音波清潔農置的平面圖，其内部係 200937449 具有一核燃料總成。 第6圖描述第2圖之超音波清潔裝置，根據一具體實施 例，其與幫浦及過濾設備結合。 第7(a)-7(c)圖描述在該殼内放置一燃料總成之方法。 5 第8圖描述一具有一整合型之幫浦及過濾系統之超音 波清潔裝置。 【實施方式3 較佳實施例之詳細說明 本發明係提供一種方法’其係著眼於化學性去污染， 10以補充超音波機械性清潔之不足。同時實施物理性及化學 性清潔方法具有顯著的優點。在腐蝕物已被機械地移動及 移除之後’新的腐蚀物表面被暴露出來且可被分解。此方 法藉由化學性分解，增強腐蝕性產物之物理性移除。在某 些具體實施例中’該超音波機械性及化學性分解可連續進 15行，使該腐蝕產物由該燃料以一協同作用的方式被移除。 此方法比化學性爐内介入的方法較少侵害性，且著眼 在由該燃料直接移除額外的腐蝕性產物之問題，且不使化 學物質循環分布至主要的冷卻劑系統。該方法併入了超音 波燃料清潔技術’且在某些具體實施例中，以化學物質添 20加至該超音波清潔槽的頂部以補充其之不足。 根據本發明主要的方法，化學物質添加係在該超音波 清潔槽中之局部的水中，而非遍佈至該主要系統’此使所 產生之全部的液體廢物呈數量級的最小化。選擇較少侵害 性的化學作用，獲得有利於該超音波燃料清潔的環境。只 200937449 有该燃料總成被暴露至該化學物質，因此對於該容器或爐 外管道系統來說需要較少之化學性清除工作。在某些具體 實施例中，可施用該化學物質添加步驟，以選擇具有高腐 餘沈積物之高流量總成，同時其他燃料總成可僅由超音波 5 ❹ 10 15 ❹ 20 清潔。 若在超音波燃料清潔之後仍殘留腐蝕產物，該殘留的 腐姓產物將具有易被化學物質分解的暴露表面。由於該腐 蚀產物的分解緩和了早期循環轴的偏向，因此將增加燃料 的性能。此效果在由蒸汽產生器具有高度釋放腐蝕產物的 工廠將有最顯著的效果。 此方法適用於活化及非活化的腐蝕產物之移除。半衰 期大於150天（諸如钻-60)之活化腐蚀產物將被移除，且在未 來的停機中，將減少爐外的輻射範圍。對於較短壽命的核 種(諸如鎳-58)之母核種也將被移除，且在未來的停機中， 將協助減少爐外的劑量率。 根據本發明之方法，增加由該燃料移除腐蝕產物沈積 物的機制可包括一或多個方法：改良該沈積物表面、氧化 該沈積物、溶解該沈積物質，或者複合或螯合該沈積溶解 物。可用於本發明之方法的化學化合物包括過氧化物、無 機酸或其之鹽類、有機酸或其之鹽類、氧化劑或螯合劑之 至少其中之一。用於反應器停機清潔，及/或LOMI/NP或 LOMI/AP方法的化學化合物可被用於本發明之方法中。 用於本發明之特定的化合物包括但不限於過氧化氫、 甲酸飢、确酸、高猛酸钟、驗性南經酸卸、草酸、Π比咬甲 7 200937449 酸，或0比啶甲酸鈉之至少其中之—。 第1圖為一裝置之概要圖，該裝置係用於為放射性核燃 料總成實施一化學性增強的超音波清潔方法。在一具體實 施例中，儲存用於本發明之方法的化學物質之化學儲存槽 5 10經由接近該外殼24頂部之化學物質注入通道與裝 置20連 接，洋述於第2圖中。該（等）化學物質可被注入至諸如水之 液體中，使流遍該外殼，以接觸在其中欲被清潔之燃料， 且藉由幫浦92的協助，通過過濾管路32離開，以進入用於 自該污染的廢料流中移除固體顆粒之過濾器94。該過遽的 1〇液體隨後通過-離子交換管柱12，其可使複合劑或整合劑 移除或再生，且移除諸如離子性/可溶性核種及金屬離子之 可溶性腐钮產物。該經處理的液體隨後可通過用於處理液 體輻射廢料或用於返回該用過燃料池之槽中。 導入該燃料池的每個化學物質必須小心的選擇。在一 15具體實施例中，選擇的化學物質為過氧化氯，因為其可被 在停工的化學反應中用於鎳分解，且因而可移除鎳腐餘產 物。 該超音波裝置20，或清潔室，進一步可作為隔離該燃 料池剩餘物之隔離室。若化學物質僅在水流遍該外殼時被 2〇注入，其將不會污染池中的剩餘物，因為其等被接著該系 統之過濾器/離子交換樹脂收集起來了。在選擇用於消除燃 料總成之放射性污染的化學物質方面，此提供了相當大的 彈性。 第2圖為一用於執行本發明方法之例示的超音波清潔 200937449 裝置20的具體實施例之前視圖。該裝置20可包括安裝在該 外殼24的超音波轉換器22。一導件28係位於該外殼24的頂 部。一核能燃料總成（未顯示於第2圖中）通過該導件28，且 進入該外殼24。當該核能燃料總成被放置在該外殼24内 5 時，其藉由該等超音波轉換器22施用超音波而被清潔，如 下方内容所述。 總成反應器支撐件26可被用於將該外殼24設置在一清 潔池的壁上。或者，該外殼24可用一起重機或吊車來支撐。 ® 第2圖也描述過濾管路32及一緊急冷卻洞30,其使用於該過 10 濾系統失去作用時。在設備失去作用（例如，幫浦損失）時， 該緊急冷卻洞30藉由天然的對流，使充分的衰變熱由該燃 - 料管道移除。使用過濾管路32以運送裝載被移除之沈積物 的水至過濾單元，如下所述。 該等轉換器22可被安裝在轉換器安裝板34上。該等轉 15換器安裝板34被用於將該等轉換器22連接至該外殼24。轉 換器間隔件36被用於將該等轉換器22安裝至該等安裝板34 ® 之適當位置上。 第3圖描述一用於本發明之轉換器22。該轉換器22包括 一第一壓電轉換器或一疊轉換器4〇，以及一第二壓電轉換 20器或一疊安裝在棒44之相對側之轉換器42。該等轉換器40 及42接收線路46上之控制信號。該轉換器22之結構產生放 射狀的壓力波，由該棒44於所有方向上發射出去。因此， 該放射狀發射的壓力波被視為全方向的。 在該方法之一具體實施例中，將該等全方向的壓力波 200937449 與習知的超音波轉換器比較，該習知的超音波轉換器在液 體中係產生單一方向的壓力波且其會振動。該單方向的波 前表面上是平面的，由與該轉換器附著且類似一超音波清 洗槽之壁或底部之平面結構的運動所產生。該經傳遞的能 5 量在其遭遇到物體時消失。因此，就一燃料總成之燃料棒 而言，要使用習知的超音波轉換器是很困難的，因為很難 在全部的方向驅動超音波能量至該燃料總成的中央。要達 成此目的所需的能量是極大的，且可能會造成該燃料的損 害。 ❿ 10 在一具體實施例中，該等轉換器22產生全方向的壓力 波。該等波前藉由二個壓電轉換器40及42的鎖相運動而產 生。圓柱形地產生的壓力波間隔，使其等沿著該棒軸的節 — 點結構係約相等於該燃料棒間隔或多數個燃料棒間隔，可 更容易地穿過該等列的燃料棒。因此，在該燃料束中内部 15 棒之清潔可藉由比所需要的更低的能量來完成，若此内部 之清潔欲利用習知的超音波轉換器來達成的話。換言之， 該等轉換器、偏向的定位，以及其等之反射器操作以產生 〇 一空間填充能量電場，該電場具有足夠的能量，在該燃料 總成内部，可由最高度遮蔽的燃料棒快速地清除該等沈積 20 物，且無傳遞太多的能量至一實際上覆蓋運轉損害燃料顆 粒之燃料棒。 該方法可利用德國施特勞本哈爾特之Martin Walter Ultraschalltechnik公司所販售的PUSH-PULL轉換器來執 行。該等轉換器已被描述於美國專利案第5,200,666號，該 10 200937449 5 ❹ 10 15 ❹ 20 專利案合併於本發明中作為參考。超音波頻率在20 kHz及 30 kHz之間，且轉換器功率在ι，〇〇〇及1,500瓦特之間的條件 已被證明是成功的。此產生一介於20-30瓦特/加侖之間的能 量密度，此為可由一輻射燃料總成移除沈積物之一特別有 效的能量密度。此能量密度被認為顯著地低於使用習知超 音波轉換器期間所使用的能量密度。 其他可被用於產生放射狀發射全方向能量的轉換器包 括超音波設備發射器（管狀）轉換器及超音波發聲器轉換器 (在桿的單側具有一轉換器）。 在一具體實施例中，該轉換器本體44係以鈦形成，且 利用不鏽鋼收邊。與該裝置結合之包覆墊、電纜及連接器 應被構形為在一用過燃料池中操作，否則必須符合核能電 場中慣用的所有典型的相容性需求及安全需求(例如，異物 入侵，或FME，燃料操作區域的需求）。 第4圖為第2圖之裝置2〇的侧面圖。第4圖描述該燃料管 道或外殼24、總成反應器支撐件26、導件28、過濾管路32、 反射器50，及一總成安裝橫樑52。該等反射器50被用於增 加傳送至該燃料總成之超音波能量的量。即，操作該等反 射器50以反射超音波能量至該燃料總成。該等總成安裴橫 樑52被用於連接該等轉換器安裝板34至該總成反應器支揮 件26。該總成反應器支撐件26壓迫著燃料池中發生清潔步 驟的壁54。 該外殼24、安裝板34、間隔件36，及反射器5〇可用不 鏽鋼製成。其他材料也可被使用，若其等符合核能電廠運 11 200937449 作之一般安全及材料相容性的需求。特別是，該等被選擇 的材料應可相容使用於電廠之燃料貯存及操作區域，包括 該用過燃料池及桶狀裝載窖。 該外殼24之内部表面可被電化拋光，以減少放射性顆 5 粒沈積在其等之表面或刺入該等表面之凹部或裂隙的機 會。此使得在無人員輻射暴露的情況下，能夠拆却及運送 該外殼。即，當該外殼24為空的時’該等轉換器22被活化， 以清潔外殼24壁上之沈積物。 第5圖係該超音波清潔裝置20的平面圖。第5圖描述下 _ 10 文中先前已揭示的組件：該等轉換器22、外殼24、轉換器 安裝板34、轉換器間隔件36，及反射器50。該圖也描述外 殼間隔件60，其使未面對轉換器陣列之超音波能量通過該 裝置的兩侧。每個反射器50包括由一空氣隙56分隔之一内 部反射器表面56及一外部表面54。此構形在反射超音波能 15 量上被證明是特別有效的。 第5圖也描述位於該外殼2 4内部之一燃料總成7 〇。該燃 料總成70包括個別的燃料棒72。顯示沈積物74黏附在該等 0 燃料棒72上。此種形式的沈積物可根據本發明之方法來移 除0 20 第5圖描述—Π X 17燃料總成7〇。該外殼24可被構形 為能接受所有輕水式反應器燃料的設計。該外殼也可實施 交替的燃料源。 第2-5圖之裝置提供高能量密度以由輻射的核子燃料 裝置移除緊密黏附的沈積物。特別是，該等轉換器22產生 12 200937449 一功率密度及聲場，穿透至該燃料束70的中心，以清潔沈 積物包覆所在之燃料棒。該等轉換器22沿著該燃料總成(例 如，第2圖所示）兩側的垂直列被設置（水平定向的軸）。第2 圖說明該外殼24頂部之轉換器22，因於此相當於大部分壓 5水式反應器中沈積物的位置。該等轉換器22可沿著該外殼 24之全部長度或限制的重要位置被設置。 典型地’ 一總成70内之該等燃料棒的數目超過2〇〇，且 可被安置為一正方形錯排的陣列（例如，17 χ 17)。在一用於 清潔之後補的總成上’該包覆遮蔽的燃料顆粒堆被欲移除 1〇之沈積物覆蓋。在一具體實施例中，對於轉換器的每個垂 直陣列在該橫方向上被偏向，使轉換器（即，對於激模形 式’點經歷零點位移）上的節點在系統操作期間以該等相鄰 轉換器上方及下方之最大位移的點來配向。此外，每個轉 換器可由一位於該燃料總成的相對側者被軸向地偏向。換 15言之，所欲的是沿著面向轉換器的轴放置該等轉換器為半 波偏向（或其等之倍數）。此定位顯著地改善了管束的穿透能 力。 第6圖描述位於一燃料池8〇中的裝置2〇。在此具體實施 例中，該裝置20係利用該等總成反應器支撐件26來安裝。 20 —電纜82也可被用於支撐該裝置20。該裝置20具有一組合 的幫浦及過濾總成90。該總成9〇包括至少一幫浦92及一組 過濾器94。一輻射感測器96可位於該幫浦的進入點。當該 燃料總成被清潔時，該輻射感測器96被用於測定。特別是 當該感測器％測的加馬活性落至基線值時，已知的是，沒 13 200937449 有更多的燃料沈積顆粒被移除，因此清潔已完成。 第6圖亦描述與數個具體實施例有關之補充的控制設 備。該設備100可包括超音波功率產生器102、幫浦，及過 濾控制電路106 ’以及一過濾及清除系統108。 5 第7(a)-7(b)圖描述將一燃料總成70放置於一簡化描述 的外殼24中。該燃料總成70係利用一起重機11〇來放置。在 第7(a)圖中’該燃料總成70係在該外殼24内，在第7(b)圖 中，該燃料總成70係部份地自該外殼24移除。在第7(c)圖 中，該燃料總成70係自該外殼24移除。第7(a)-7(b)圖之起重 10機11〇可被用於第6圖之系統中，以插入及自該池80移除一 燃料總成70。在超音波清潔期間，該起重機no也可被用於 貯藏該燃料總成70，以沿著該燃料總成70之轴長清潔不同 的區域。 當一燃料總成70被放置在該外殼24内時，超音波清潔 15 開始進行。利用全方向放射狀的超音波，於約20及30 kHz 之間的頻率，以及1,000及1，500瓦特之間的轉換器頻率下操 作’可以達到成功的結果。如第6圖所示，該幫浦92可透過 該燃料總成抽水，藉此沖洗由該等轉換器22所產生之超音 波能量移除之沈積物。提供一向下流過該外殼24之液流， 20 排除了进封該外殼24部的需求。 除了沖洗掉由超音波能量移除之沈積物之外，當該移 動增強的化學化合物由鄰近外殼頂部之注射部件被導入水 中時，該等化物質以諸如改變該沈積表面、氧化該沈積物、 溶解該沈積物，或複合或螯合該沈積物的物理及/或化學方 200937449 法移除該等沈積物。 5 ❹ 10 15 參 20 在輕水式反應器操作期間，該爐内之燃料棒包覆輪射 及該等組件之後來的腐钱可能會導引諸如54Mn、55Fe、 00C〇、63Ni之沈積物的活化產物，以及諸如24〗pu之超鈾物質 至該燃料總成的表面。該硝酸高錳酸鹽-低氧化狀態過渡金 屬離子(LOMI/NP)方法可被用於淨化該等組件，在某些具體 實施例中’藉由將鉻氧化為一較可溶的形式、使其可利用 一螯合劑且自該系統移除，以及暴露額外的腐姓產物以溶 解移除。諸如但不限於吡啶甲酸之螯合劑與婀系元素、重 金屬，及過渡金屬形成強複合物，且協助其等存留在溶液 中。在使用之後，該等受污染的溶液可以離子交換樹脂處 理，以取出可溶解的金屬及化學物質。該等樹脂可被加工 及配置。 在某些具體實施例中’該化學地增強移除的方法可使 用一有機酸及螯合劑(LOMI劑）之組合，以由燃料之表面分 解氧化沈積物以及將所產生的有機金屬複合物懸浮在溶液 中。V+2(如甲酸釩）可被使用’以減少氧化沈積物中的Fe+3 成為Fe+2。此機制涉及電子剝離，而非酸對該沈積物的攻 擊。°比咬曱酸(如n比咬甲酸鈉）可被用來作為一複合劑。該反 應使氧化沈積物不穩定，釋出該金屬離子至該溶液中。過 量的吡啶甲酸鹽在該試劑中與該等金屬離子複合，且阻止 其等在該燃料表面重新配置。 某些氧化沈積物具有顯著的鉻濃度，此不利地影響該 氧化層的分解。在此實例中’氧化處理可被用於該等沈積 15 200937449 物’藉由將+3價氧化為+6價使該鉻溶解使其等處於良好的 狀態。藉由注入硝酸高锰酸鉀（NP)(非必需在pH為2,5)或驗 性高錳酸鉀(AP)(非必需在pH為10-11.5)來完成。該等溶液 使絡溶解，殘留一富含離子的沈積物，該沈積物可利用 5 LOMI試劑或其他化物質溶解。 在清潔期間’污染的流出物溶液可通過陽離子交換樹 脂以移除腐蝕及活化的產物以及殘餘的金屬離子，並再生 或移除該化學試劑。 該LOMI試劑及分解的放射核種與金屬離子可透過離 10子交換樹脂管柱的處理，由該系統中移除。強酸陽離子及 弱驗陰離子管柱皆可使用，以加工該用過的LOMI試劑溶 液0 該NP(或AP)試劑可在離子交換樹脂管柱被移除。在氧 化期間所形成之殘餘的Mn〇2可以草酸溶解，其可被加入該 15高錳酸鹽溶液中且在—混合床樹脂管柱中被移除。該草酸 樹脂處理之後，該起始的LOMI技術可利用一更高程度稀釋 的LOMI試劑重覆進行。在任一實例中，該等用過的試劑及 ❹ 清潔期間被移除的腐钱產物可透過離子交換樹脂加工，且 該等樹脂可構成該消除輻射污染的廢料產物。 20 該燃料總成70可以該起重機110全時間的支撐，在清潔 加工期間，使該外殼24實際上不會支撐該燃料總成7〇的重 量。如前開内容所述，該等轉換器22可被安裝在該外殼24 的外部，使超音波能量透過該等外殼壁。本發明注意到， 介於中間的外殼壁主要的影響是超音波信號之低頻率部份 16 200937449 的衰減。該超音波信號之高頻率部份（例如，頻率大於10 kHz) ’藉由小部份的衰減通過一適當設計的外殼，町負擔 大多數有致的清潔作用。 根據本發明之方法，一典型的清潔裎序係如下所述。 5 0 10 15 20 :料起重機1由一燃料儲存架拾起一燃料總成70。與該 起重機110結合之移動式機械運送該燃料總成70至該池80 或某些其他的清清潔站。該燃料總成70可被錄影，當其插 入該外殼24時。藉由實施例，第7(b)圖描述一位於外殼24 頂部之攝影機12〇，其將該燃料總成7〇錄影。該等轉換器22 隨後被供給能量。該起重機110可被用於以二分鐘間隔的方 式（例如，向上二分鐘、向下二分鐘·.·）將該總成70輕推向 上及向下。每次輕推的行程可約為數英呼。 加馬輕射活性可由感測器96監測。具有放射性燃料沈 積物顆粒的水可藉由幫浦92抽取通過過濾器94 ，隨後再回 到池8〇。該等過濾器94之放射性可被監測。當該感測器96 馬’舌〖生下降回到基線時，可知沒有燃料顆粒欲被移 t因此清潔程序已完成。根據某些具體實施例，該清潔 程序可在7-1〇分鐘之間被完成。此標準與習知技術中花費 數J、時之化學方法比較，本發明係為較佳地。 與超9波…潔一般在關鍵路徑時間中被執行。詳細的化 質添加程序（包括清潔器令化學物質的停留時間、化學 :、;、加期間流速之改變’以及適當的排列至過滤器或離 可能會影響到燃料總成用在該清潔器中的時間長 此外，所產生的廢料可_同的分類。 17 200937449 在清潔之後’該燃料總成70由該外殼24移除，視需要 地當被錄影時。清潔之前及之後的錄影帶可被研究以確認 該方法之成功與否。 該起重機110隨後移動該燃料總成7〇至該燃料儲存 5架。该清潔系統現已準備好，接收用於清潔之下一批燃料 總成70。本發明注意到的是，在一堅固地支擇外殼24之實 例中，一單一起重機110可被用於裝載—組超音波清潔裝置 20。此一構形增加了總生產率。 本發明之超音波清潔技術可以在沒有給予燃料顆粒潛 ❿ 10在損害力的情況下進行清潔。本發明之方法所利用的超音 波不會穿透一般在顆粒及該包覆的内部表面之間所發現的 氣體，使得唯一傳送有害震動能至該顆粒的方法是藉由包 覆内部表面對該等顆粒的移動。實驗結果證明，在操作期 間，包覆的振動幅度是比得上所經歷的振動幅度。在該反 15應器中，一般的操作條件所限制的有害振動不會被適用於 習知的超音波所預期，因為需要非常高的能量輸入來清潔 該燃料束中之内部桿可被預期是會有害於該等顆粒的。 © 該等熟習本發明之技藝者將會體察到本發明之方法可 在不同的裝置構形中執行。 20 第8圖描述—容納超音波清潔裝置及組合之燃料總成 的通道160 β亥通道16〇包括整合型的幫浦⑹及整合型的過 滤器164及166。因此’在此具體實施例中，-單個-體成 形的系統提t、，月潔及過濾二種功能。過遽器可作為一内 部循環的粗過渡器，然、而過滤器166可作為—細過遽葬，其 18 200937449 5 ❹ 10 15 20 在最後清潔期間抽取至一燃料池。塊體i68描述的是該細過 滤器166，其可以1疊的過遽器(例如，九個二英时的摺 疊過濾器）之矩陣來執行。 熟習本發明之技藝者將會體察到本發明之方法提供了 時效性、纽性、切性、低縣的技術祕由 子燃料f置移除。與習知的化學性唯-方法比較，本發明 之技術是非常快的。 本發明之方法使—燃料總成在未將拆卸的情況下被清 潔。該技術不會產生刊的包覆取代，包覆取代可能會威 脅至輕__粒料紐。射之，在後柄反應器重 新啟動期間’-燃料總成中内部的沈積物可在 被清潔。 J'-、口木r 本發明其他顯著的優點為改善輕射的處理及減少工廠 =之触暴露。藉由該清潔方法移除的燃料沈積物顆粒 劍其上疋某些放射性材料，在該核内中’當分散在該冷卻 生熱的/水翻瞬變現㈣，在停_間會造成大 的員4射吸收劑量。因此’藉由清潔該燃料及 ==射性微粒物質至過濾器，其本身可能會被安全地儲 簡池—段很長的時間（當其等之活性衰退時)，吾人料㈣_量的減少。因此，燃 為姉率㈣及輻射劑量率減少的技巧係為一減 4射皆理成本之可實行_方法。 物，協H之化學性增強清潔方法藉由移除過多的腐蚀產 協助確保燃料的可信賴性。本發明之方法也可以藉由 19 200937449 自燃料移除輻射性，協助輻射源期限減少，在其可能沈積 在該機器設備表面之前。 應可被了解的是，在本說明書上開内容中所描述的具 體實施例並非僅能則其一，而是可以組合使用的。 5 【圖式簡單說明】 第1圖為一裝置之概要圖，該裝置係用於為放射性核燃 料總成實施一化學性增強的超音波清潔方法。 第2圖為一超音波清潔裝置的前視圖。 第3圖描述一超音波轉換器，其係用於產生放射狀發射 ® 10 的全方向能量。 第4圖為第2圖之超音波清潔裝置的側面圖。 第5圖係第2圖之超音波清潔裝置的平面圖，其内部係 - 具有一核燃料總成。 第6圖描述第2圖之超音波清潔裝置，根據一具體實施 15 例，其與幫浦及過濾設備結合。 第7(a)-7(c)圖描述在該殼内放置一燃料總成之方法。 第8圖描述一具有一體成形之幫浦及過濾系統之超音 〇 波清潔裝置。 【主要元件符號說明】 10 化學儲存槽 24 外殼 12 離子交換管柱 26 總成反應器支撐件 14 槽 28 導件 20 超音波清潔裝置 30 緊急冷卻洞 22 轉換器 32 過濾管路 20 200937449 34 轉換器安裝板 90 幫浦及過濾總成 36 轉換器間隔件 92 幫浦 40 轉換器 94 過濾器 42 轉換器 96 幸畐射感測器 44 棒 100 設備 46 線路 102 超音波功率產生器 50 反射器 106 過濾控制電路 52 總成安裝橫樑 108 過濾、及清除系統 54 壁、外部表面 110 起重機 56 空氣隙、内部反射器表面 120 攝影機 60 外殼間隔件 160 通道 70 燃料總成 162 幫浦 72 燃料棒 164 過濾器 74 沈積物 166 細過滤器 80 池 168 塊體 82 電纜 21

Claims (1)

1. 200937449 七、申請專利範圍： 1. 一種清潔輻射性核燃料總成的方法，該方法包括： 將核燃料總成放置在含有液體之外殼中並鄰接該外 殼， 由轉換器供應放射狀發射的全方向超音波能量，每個 轉換器位於該外殼上，能夠供應放射狀發射的全方向超 音波能量波至該核燃料總成，以自該核燃料總成移除一 沈積物，以及 使該核燃料總成與該液體中能夠增強沈積物之移除 的至少一化學物質接觸。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該增強移除的步驟 包括改變該沈積物表面、氧化該沈積物、溶解該沈積 物、複合該沈積物或螯合該沈積物之其中至少一者。 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該化學物質包括過 氧化物、無機酸或其等之鹽類、有機酸或其等之鹽類、 氧化劑或螯合劑之其中至少一者。 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該化學物質包括過 氧化氫、甲酸飢、硝酸高猛酸鉀、驗性高锰酸钟、草酸、 0比0定甲酸或α比咬甲酸納之其中至少一者。 5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該供應的步驟包含 在該外殼内選擇性地反射該放射狀發射的全方向超音 波能量，視需要地，其中該供應步驟包含在轉換器功率 在1，000及1，500瓦特的情況下供應頻率約20-30 kHz之 放射狀發射的全方向超音波能量。 200937449 6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該供應的步驟包含 供應一在選擇性位置具有最小位移節點之第一組放射 狀發射的全方向超音波能量波，以及供應一在選擇性位 置具有最大位移節點之第二組放射狀發射的全方向超 音波能量波。 7. 如申請專利範圍第1項之方法，更進一步包括在供應期 間使液體在該外殼間循環。 8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中該接觸包括將該化 學物質注入至該液體中，同時使該液體在該外殼間循 環。 9. 如申請專利範圍第7項之方法，其中該化學物質包括有 機酸及螯合劑之組合。 10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該有機酸包括甲酸 釩，且該螯合劑包括吡啶甲酸或吡啶甲酸鈉之其中至少 一者。 11. 如申請專利範圍第9項之方法，包含在注入有機酸及螯 合劑之前，注入瑣酸高錳酸鉀，視需要地pH約為2.5 ; 或注入鹼性高錳酸鉀，視需要地pH約為10至11.5。 12. 如申請專利範圍第7項之方法，更進一步包括僅在該液 體流遍該外殼時，藉由注入化學物質自一燃料池分離出 化學物質，以及藉由過濾或離子交換之其中至少一者來 收集該化學物質。 13. 如申請專利範圍第7項之方法，更進一步包括測量液體 之放射活性。 23 200937449 14. 如申請專利範圍第13項之方法，更進一步包括於該放射 活性下降到一預定程度時，停止該供應。 15. 如申請專利範圍第7項之方法，更進一步包括在接觸之 後，過濾該液體。 16. 如申請專利範圍第15項之方法，更進一步包括離子交換 來自過濾之濾液。 17. 如申請專利範圍第16項之方法，其中該離子交換包括將 該滤、液通過一強酸陽離子樹脂、一弱驗陰離子樹脂，或 二種樹脂都有之其中至少一者。 18. 如申請專利範圍第16項之方法，更進一步包括下列至少 一者：移除或再生複合或螯合的化學試劑，或者移除可 溶解的腐蝕物或活化產物或殘留的金屬離子。 19. 如申請專利範圍第16項之方法，更進一步包括將該經過 濾與離子交換的液體通入一用於處理液體輻射廢料或 用於返回一用過燃料池之槽中。 20. 如申請專利範圍第1項之方法，更進一步包括在供應期 間，沿著該外殼的縱軸在一連續的位置重新放置該核燃 料總成。