[发明专利]放射性碳的固化方法及固化设备

说明书

一种放射性碳的固化方法及固化设备。固化方法包括：将放射性碳与用于固化放射性碳的反应物混合成混合物；对混合物进行加热，以使混合物中的放射性碳与反应物开始反应以产生热量；且在放射性碳与反应物的反应过程中的至少部分时刻停止加热，该至少部分时刻的反应需要的热量由该至少部分时刻之前的反应产生的热量供给，以生成固化物。这种放射性碳的固化方法及固化设备可以保证对放射性碳的固化效果，避免放射性物质泄漏对人类和其他的各种生物以及环境造成危害。

技术领域

本申请涉及物质处理技术领域，具体涉及一种放射性碳的固化方法及固化设备。

背景技术

核能的开发给人类带来了巨大的社会效益和经济效益，同时也产生了大量的具有放射性的核废料，例如，放射性碳。这些放射性碳会对人类和其他的各种生物造成巨大的危害。

对放射性碳的处理，可以将其进行固化处理，冷坩埚是固化处理中常用的一种装置。冷坩埚玻璃固化技术具有工作温度高、处理范围广、使用寿命长、熔体均一、设备体积小、退役容易等特点。冷坩埚玻璃固化技术不仅可用于核电站产生的固体废物、树脂、浓缩物等低、中水平放射性废物；还可用于高水平放射性废液及其它一些腐蚀性较强的难处理废物。因此，该技术的研究进展受到广泛关注。在核电运行中，势必产生大量放射性废物。其中，乏燃料后处理及其产生的高水平放射性废液，由于具有放射性比活度高、释热率高、并含有一些半衰期长、生物毒性高的核素等特点，其处理处置成为制约核电及核燃料循环工业可持续发展的关键问题之一。冷坩埚玻璃固化技术作为一种新的核废物处理技术，在核电废物和高水平放射性废液处理方面，有其独特的优势。

冷坩埚是由数个弧形块或管组成的圆形或椭圆形容器，弧形块或管内通入冷却水以保持冷壁，各个弧形块或管间缝隙充填绝缘物质，通过电磁场对其内部物料进行加热，冷坩埚外有由铜管绕制而成的水冷线圈。由于冷坩埚采用水冷结构，因而在靠近冷却管温度低的区域会形成一层固态玻璃壳层，避免了熔融物对冷坩埚的腐蚀。冷坩埚玻璃固化系统主要包括：冷坩埚、进料子系统、玻璃出料子系统、烟气净化子系统及仪表控制系统等。冷坩埚玻璃固化工艺主要有三种形式，分别为：两步法玻璃固化工艺、一步法玻璃固化工艺和一步法焚烧玻璃固化工艺。两步法玻璃固化工艺是先将废液在锻烧炉内煅烧后与玻璃基料混合，送人冷坩埚；一步法玻璃固化工艺是废液与玻璃基料直接送入冷坩埚；一步法焚烧玻璃固化工艺是将可燃固体废物与玻璃基料混合后，送入冷坩埚。前两种工艺主要用于处理废液，后一种工艺主要用于处理固体废物。

根据使用方式不同，可以把电磁冷坩埚分为间歇式和连续铸造式2种，但是基本原理一样，主要由水冷坩埚、电源和其它辅助设施组成。坩埚外绕有螺旋式感应线圈，感应线圈与电源相连，以产生交变电磁场。当线圈通入交变电流时，在线圈内部和周围产生1个交变电磁场。由于冷坩埚的每根金属管之间彼此绝缘，所以每根管内都产生感应电流。当感应线圈的瞬问电流为逆时针方向时，则在每根管的截面内同时产生顺时针方向的感生电流，相邻两管的截面上电流方向则相反，彼此在管问建立的磁场方向相同，向外表现为磁场增强效应。因此冷坩埚的每一缝隙处都是1个强磁场，冷坩埚如同强流器一样，将磁力线聚集到坩埚内的物料上，坩埚内的物料就被这个交变磁场的磁力线所切割。根据电磁场理论，坩埚内的物料中就产生感应电动势，由于感应电动势的存在，物料的熔体表面薄层内将形成封闭的电流回路。通常把这种电流称为涡流，涡流的大小服从欧姆定律。由于涡流回路的电阻通常很小，故能达到很高的值，使涡流回路产生大量的热，从而使金属熔化，其热量可由欧姆定律确定。

然而，相关技术中的放射性碳的固化方法及固化设备对放射性碳的固化效果并不好，具体地，会使得生成的固化物体积较小，容易使放射性物质泄漏，从而对人类和其他的各种生物以及环境造成危害。

发明内容

根据本申请的第一个方面，提供了一种放射性碳的固化方法，包括：将所述放射性碳与用于固化所述放射性碳的反应物混合成混合物；对所述混合物进行加热，以使所述混合物中的所述放射性碳与所述反应物开始反应以产生热量；且在所述放射性碳与所述反应物的反应过程中的至少部分时刻停止加热，所述至少部分时刻的反应需要的热量由所述至少部分时刻之前的反应产生的热量供给，以生成固化物。