微波处理放射性废物

微波处理放射性废物

    随着核技术和辐射技术在我们生产生活中的应用不断增多, 放射性废物已成为不可避免的副产物, 它需要进行稳定化处理以长期储存处置, 减小对人类的危害。玻璃化是处理放射性物质的一种很好的方法, 它通过将废物与二氧化硅或其它添加剂混合, 然后加热至熔化态, 熔化态物质冷却后就形成了玻璃态的物质。玻璃化所形成的玻璃态物质将放射性物质密封起来, 从而减小其分散能力。这些形成的玻璃态的物质较其它的废物形态相比有以下优点:

    (1) 形成的玻璃态物质有极好的机械性和热稳定性;

(2) 玻璃化能处理各种范围的污染物, 而不影响最终形成玻璃态物质的品质

(3) 玻璃化能处理大量的有机和无机污染物;

    (4) 在多数情况下, 玻璃化可以减少污染物容积, 从而降低了处置费用;

    (5) 玻璃化能够形成较稳定的废物形态;

    (6) 即使被机械性破坏, 玻璃态物质仍然能够保持其原有的特性。

    玻璃化放射性废物的方法主要有微波加热、焦耳加热、等离子体加热、电阻加热、感应加热、电弧炉加热、旋转焚烧炉加热等。微波加热是一种更新更经济有效的方法, 具有其特有的优点。微波加热处理的主要优点是能量直接传递到被处理的放射性废物, 不需要电极、耐火衬垫及有关的辅助装置, 节省了投资。此外, 微波加热比一般的加热方法具有更高的加热速率, 这在加热热导性能差的废物时表现最为突出。由于微波熔化是在密闭的储存容器中进行的, 因而污染物的粘度不是影响控制因子, 这意味着玻璃态物质能包裹更多的废物, 进而减少废物储存设备的体积。微波加热具有较广的适应性, 能处理大体积多种类的废物, 而且设备易于控制维护。

    微波处理装置一般包括6 kW 2. 45 GHz 的微波发生体、波导管、调谐器、共振腔、放射物操作箱、转盘、螺旋给料器、独立冷却器。除了供料室是在放射物操作箱内部外, 其它的装置都装放在放射物操作箱外, 这样既减小了装置被放射污染的可能性, 也更利于操作。处理装置可以间歇运行, 也能连续运行。间歇运行一般有以下几个步骤: 废物破碎; 破碎的废物与玻璃化试剂混合后装入绝缘容器( 包裹着纤维绝缘以减少处理过程中的热损失) 中; 绝缘容器放入供料室中加热( 加热到所需温度后需保持一定的时间以保证充分的加热和反应的完全) ; 物料冷却最后处置。

    目前许多学者已经对微波在处理放射性废物方面的应用进行了深入的研究。Petersen 用微波实验室处理超铀污泥, 结果表明污泥体积减小70%, 废物负荷为60% ; Komatso 等人在焚烧炉灰中加入137Cs、60Co 及54Mn 并用6 kW2. 45GHz的微波处理, 实验结果表明所有的60Co、54Mn 及部分137Cs 完全包裹在最终的玻璃态产物中, 另一部分137 Cs 挥发了, 可以通过加入B2O3 减少137Cs的挥发量;Morrell 等人用微波处理含放射性物质的废水, 并将137Cs 密封于玻璃砖中, 检测表明99. 99%的137Cs 稳定的包裹于玻璃砖中。