微波處理放射性廢物

    隨著核技術和輻射技術在我們生產生活中的應用不斷增多, 放射性廢物已成為不可避免的副產物, 它需要進行穩定化處理以長期儲存處置, 減小對人類的危害。玻璃化是處理放射性物質的一種很好的方法, 它通過將廢物與二氧化硅或其它添加劑混合, 然后加熱至熔化態, 熔化態物質冷卻后就形成了玻璃態的物質。玻璃化所形成的玻璃態物質將放射性物質密封起來, 從而減小其分散能力。這些形成的玻璃態的物質較其它的廢物形態相比有以下優點:

    (1) 形成的玻璃態物質有極好的機械性和熱穩定性;

(2) 玻璃化能處理各種范圍的污染物, 而不影響最終形成玻璃態物質的品質

(3) 玻璃化能處理大量的有機和無機污染物;

    (4) 在多數情況下, 玻璃化可以減少污染物容積, 從而降低了處置費用;

    (5) 玻璃化能夠形成較穩定的廢物形態;

    (6) 即使被機械性破壞, 玻璃態物質仍然能夠保持其原有的特性。

    玻璃化放射性廢物的方法主要有微波加熱、焦耳加熱、等離子體加熱、電阻加熱、感應加熱、電弧爐加熱、旋轉焚燒爐加熱等。微波加熱是一種更新更經濟有效的方法, 具有其特有的優點。微波加熱處理的主要優點是能量直接傳遞到被處理的放射性廢物, 不需要電極、耐火襯墊及有關的輔助裝置, 節省了投資。此外, 微波加熱比一般的加熱方法具有更高的加熱速率, 這在加熱熱導性能差的廢物時表現最為突出。由于微波熔化是在密閉的儲存容器中進行的, 因而污染物的粘度不是影響控制因子, 這意味著玻璃態物質能包裹更多的廢物, 進而減少廢物儲存設備的體積。微波加熱具有較廣的適應性, 能處理大體積多種類的廢物, 而且設備易于控制維護。

    微波處理裝置一般包括6 kW 2. 45 GHz 的微波發生體、波導管、調諧器、共振腔、放射物操作箱、轉盤、螺旋給料器、獨立冷卻器。除了供料室是在放射物操作箱內部外, 其它的裝置都裝放在放射物操作箱外, 這樣既減小了裝置被放射污染的可能性, 也更利于操作。處理裝置可以間歇運行, 也能連續運行。間歇運行一般有以下幾個步驟: 廢物破碎; 破碎的廢物與玻璃化試劑混合后裝入絕緣容器( 包裹著纖維絕緣以減少處理過程中的熱損失) 中; 絕緣容器放入供料室中加熱( 加熱到所需溫度后需保持一定的時間以保證充分的加熱和反應的完全) ; 物料冷卻最后處置。

    目前許多學者已經對微波在處理放射性廢物方面的應用進行了深入的研究。Petersen 用微波實驗室處理超鈾污泥, 結果表明污泥體積減小70%, 廢物負荷為60% ; Komatso 等人在焚燒爐灰中加入137Cs、60Co 及54Mn 并用6 kW2. 45GHz的微波處理, 實驗結果表明所有的60Co、54Mn 及部分137Cs 完全包裹在最終的玻璃態產物中, 另一部分137 Cs 揮發了, 可以通過加入B2O3 減少137Cs的揮發量;Morrell 等人用微波處理含放射性物質的廢水, 并將137Cs 密封于玻璃磚中, 檢測表明99. 99%的137Cs 穩定的包裹于玻璃磚中。