[发明专利]基于露点温度测量使高放废物脱水的方法和装置

说明书

技术领域

本发明总体上涉及存储高放废物(high level waste)(“HLW”)的领域，具体地涉及干燥HLW以便在“干燥状态”下存储和/或运输的领域。

背景技术

存储、操作和转移诸如乏核燃料之类的HLW需要特别细心和程序性防护措施。在核反应堆的操作中，称为燃料组件的填充有浓缩铀的中空吉尔卡洛伊锆锡管(zircaloy tubes)在核反应堆堆芯内燃尽。通常在这些燃料组件的能量耗至预定水平之后，从反应堆移出这些燃料组件。在耗散以及随后的移出时，这种乏核燃料(“SNF”)仍旧是高放射性的并产生相当多的热量，需要在随后的封装、运送和存储过程中格外小心。具体地，SNF放射出极其危险的中子和伽马光子。非常重要的是，在从反应堆堆芯移出之后，这些中子和伽马光子必需一直以防泄漏方式封藏。

在从核反应堆取出核燃料时，通常是从反应堆移出SNF并将SNF置于水下，即通常称为乏燃料存储池或乏燃料存储水池。池水有利于冷却SNF并提供足够的辐射屏蔽。SNF在存储池内存储足够长的时间以便使热量和辐射衰减至足够低的水平，从而使SNF能够被安全地运输。但是，由于考虑到安全、空间和经济，所以当需要将SNF存储相当长时间时，单独使用存储池并不能获得令人满意的结果。因此，当需要长期存储SNF时，核工业领域的标准做法是，在乏核燃料存储池内短期存储之后便在干燥状态下存储SNF，即在封装于提供足够辐射屏蔽的结构内的干燥惰性气体环境中存储SNF。一种用于在干燥状态下长期存储SNF的典型结构是存储屏蔽罐。

存储屏蔽罐具有合适地限定尺寸以容纳SNF的废料罐的腔室，并且设计为由钢、铅、混凝土以及适合环境的含氢材料制成的大的重型结构。通常，存储屏蔽罐的重量大约是150吨，并且其具有高于15英尺的高度。与存储屏蔽罐相关联的常见问题是它们太沉重以至于大部分核电站的起重机无法将其提起。另一常见问题是存储屏蔽罐通常太大以至于不能放置于乏燃料存储池内。因此，为了在存储池内冷却之后将SNF存储于存储屏蔽罐内，SNF必须从存储池中移出、在集结区域准备、并运送到存储屏蔽罐。在这种转移程序的所有阶段中需要足够的辐射屏蔽。

由于需要将SNF从乏燃料存储池中移出并运送到存储屏蔽罐内，所以将SNF从反应堆堆芯移出之前，通常将敞开的废料罐浸入乏燃料存储池内。然后，在浸没在水下的同时将SNF直接置入敞开的废料罐内。但是，即使密封之后，单独依靠废料罐并不能充分防止SNF的辐射向外泄漏。已装载的废料罐在无附加辐射屏蔽的情况下不能从乏燃料存储池移出或运输。因此，已经开发出在运送SNF过程中提供附加辐射屏蔽的装置和方法。通常通过在浸没于存储池中的同时将废料罐定位于称为转移屏蔽罐的大的圆筒形容器内来实现附加的辐射屏蔽。与存储屏蔽罐相似，转移屏蔽罐具有尺寸合适限定以容纳废料罐的腔室并且设计成保护环境不受其内SNF放射出的辐射作用。

在利用转移屏蔽罐运输已装载的废料罐的设施中，首先将空废料罐置于敞开的转移屏蔽罐的腔室内。然后将该废料罐和转移屏蔽罐浸没于乏燃料存储池内。之前从反应堆排出并定位于潮湿存储场所内的SNF移入浸没的废料罐(该废料罐位于转移屏蔽罐内并填充有水)内。然后，给已装载的废料罐装配上盖，从而将SNF和来自于存储池的水封装于废料罐内。然后，已装载的废料罐和转移屏蔽罐通过起重机移出存储池，并放置到集结区域内从而准备已装载SNF的废料罐以便在干燥条件下存储或运输。为了适当地准备已装载SNF的废料罐以便干燥存储或运输，美国Nuclear Regulatory Commission(“NRC”)要求在废料罐密封和转移到存储屏蔽罐之前，SNF和废料罐的内部必须足够干燥。具体地，NRC的规定要求在废料罐用惰性气体回填和密封之前，废料罐内的蒸汽压力(“vP”)必须是3托或更低(1托＝1毫米汞柱)。蒸汽压力是平衡状态时蒸汽相对于液体的压力，其中平衡状态定义为当分子从气相转变成液相时，相等数量的分子从液相转变成气相的状态。要求3托或更低的低vP确保了废料罐内部空间足够干燥从而适于SNF的长期存储或运输。