АДСОРБЕНТ РАДИОАКТИВНОГО ЙОДА И СПОСОБ ОБРАБОТКИ РАДИОАКТИВНОГО ЙОДА Российский патент 2017 года по МПК G21F9/02 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к гранулированному адсорбенту радиоактивного йода из цеолита X и способу обработки радиоактивного йода, содержащегося в пару, выпущенном из атомной энергетической установки.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Атомные энергетические установки, такие как атомные электростанции и тому подобное, обычно оснащены фильтром для удаления радиоактивного йода. Поток пара, содержащего радиоактивный йод, образующийся в атомной энергетической установке, пропускается через фильтр, при этом радиоактивный йод адсорбируется и удаляется до выпуска из атомной энергетической установки. Этот процесс очень важен, и поэтому по-прежнему предпринимаются научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, чтобы добиться усовершенствования работы фильтра, адсорбирующего радиоактивный йод. Среди этих усовершенствований имеется адсорбент, имеющий высокую эффективность удаления радиоактивного йода, даже при высокой влажности (см., например, патентный документ 1). Патентный документ 1 указывает на то, что эффективность удаления йодистого метила, который представляет собой радиоактивное соединение йода, улучшается адсорбентом, включающим в себя оксид алюминия, имеющий большое количество пор, имеющих средний диаметр пор 200-2000 , служащий носителем для металла или металлосодержащего соединения.

[0003] Цеолит может быть использован в качестве носителя в абсорбенте радиоактивного йода (см., например, патентный документ 2). Патентный документ 2 описывает адсорбент радиоактивного йода, в котором серебро нанесено на цеолит, имеющий мольное отношение диоксида кремния к оксиду алюминия 15 или более. Документ 2 указывает на то, что в этом адсорбенте радиоактивного йода только небольшое количество серебра на носителе необходимо для достижения высокоэффективного удаления радиоактивного йода.

УКАЗАТЕЛЬ ССЫЛОК

ПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРА

[0004] Патентный документ 1: публикация нерассмотренной японской патентной заявки No. S54-4890

Патентный документ 2: публикация нерассмотренной японской патентной заявки No. S60-225638

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА

[0005] В обоих адсорбентах, описанных в патентных документах 1 и 2, кристаллическая структура цеолита, которая имеет такой размер пор, чтобы обеспечить эффект молекулярного сита, используется для селективной адсорбции радиоактивного йода. Адсорбенты, описанные в обоих документах, считаются имеющими определенный успех в адсорбции радиоактивного йода. Тем не менее, по-прежнему существует потребность в адсорбентах радиоактивного йода с более высокими характеристиками для надежного предотвращения утечки радиоактивного йода наружу.

Если чрезвычайная ситуация, например, авария атомного реактора и тому подобное происходит в атомной энергетической установке, большое количество радиоактивных материалов, в том числе и радиоактивный йод, высвобождается на большой площади. Поэтому аварии атомного реактора в обязательном порядке должны быть предотвращены. С этой целью планируется обеспечить здание атомного реактора, вентиляционным фильтром для снижения давления в атомном реакторе, если в атомном реакторе имеет место чрезвычайная ситуация. Тем не менее, адсорбенты радиоактивного йода, описанные в патентных документах 1 и 2, не предназначены для решения чрезвычайных ситуаций, в которых требуется вентиляционный фильтр и тому подобное. Поэтому необходимы дальнейшие исследования и усилия по разработке, чтобы создать адсорбент радиоактивного йода, который можно использовать даже при возникновении чрезвычайной ситуации, или способ использования такого адсорбента радиоактивного йода. Водород, выделяющийся в атомном реакторе, считается одним из факторов при авариях атомных реакторов. Восстановление такого водорода совсем не описано в патентном документе 1 или 2.

[0006] С учетом вышеуказанных проблем, было сделано настоящее изобретение. Задачей настоящего изобретения является создание адсорбента радиоактивного йода, который может адсорбировать радиоактивный йод более эффективно, чем в предшествующем уровне техники, и удаление водорода, который представляет собой фактор происшествий на атомных реакторах, а также способ обработки радиоактивного йода, который может быть использован для решения чрезвычайных ситуаций, в которых требуется вентиляционный фильтр и тому подобное.

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ

[0007] Для решения указанной задачи абсорбент радиоактивного йода согласно настоящему изобретению отличается тем, что представляет собой гранулированный адсорбент радиоактивного йода из цеолита X, в котором ионообменные участки цеолита X замещены серебром, при этом размер мельчайших пор цеолита X соответствует размеру молекул водорода, и адсорбент радиоактивного йода имеет содержание серебра 36 вес. % или более при высушивании, размер частиц 10×20 меш, твердость 94% или более, а содержание воды - 12 вес. % или менее при высушивании при 150°С в течение 3 ч, и, таким образом, уменьшается в весе.

[0008] В адсорбенте радиоактивного йода, имеющем этот признак, продукт, полученный путем грануляции цеолита X, используется в качестве основного материала. Существуют различные цеолиты, которые имеют различные кристаллические структуры. Цеолиты имеют характерный признак, что каждая кристаллическая структура имеет в основном равномерные диаметры пор. Такой характерный диаметр пор обеспечивает использование цеолита для молекулярного сита, селективной адсорбции молекул, и тому подобное.

В адсорбенте радиоактивного йода настоящего изобретения, используется цеолит X, который представляет собой цеолит, который имеет относительно большой диаметр пор. Натрий на ионообменных участках цеолита X замещен серебром. В результате, радиоактивный йод может быть адсорбирован в виде йодистого серебра. Таким образом, даже если происходит чрезвычайная ситуация, например, авария атомного реактора, может быть предотвращен выброс радиоактивного йода из атомного реактора наружу.

Кроме того, натрий цеолита X замещен серебром, при этом размер мелких пор цеолита X соответствует размеру молекулы водорода, а содержание серебра в сухом состоянии составляет 36 вес. % или более, размер частиц 10×20 меш, твердость составляет 94% или более, а содержание воды при сушке при 150°С в течение 3 часов, и, таким образом, уменьшение веса, составляет 12 вес. % или менее, и поэтому цеолит X после замещения может эффективно собирать молекулы водорода. В результате, даже в ситуации, когда генерируется водород из-за аварии атомного реактора и тому подобное, адсорбент радиоактивного йода по настоящему изобретению может быть использован для удаления водорода таким образом, что можно избежать аварии атомного реактора.

[0009] В адсорбенте радиоактивного йода по настоящему изобретению, 97% или более ионообменных участков цеолита X предпочтительно замещены серебром.

[0010] В адсорбенте радиоактивного йода, имеющем этот признак, 97% или более ионообменных участков, т.е. натрий цеолита X замещен серебром, и поэтому цеолит X может действительно адсорбировать радиоактивный йод с высокой эффективностью. Кроме того, возрастает эффективность удаления водорода. Таким образом, можно избежать чрезвычайной ситуации в атомном реакторе.

[0011] В адсорбенте радиоактивного йода по настоящему изобретению, ионообменные участки цеолита X предпочтительно не замещаются каким-либо материалом, кроме серебра.

[0012] В адсорбенте радиоактивного йода, имеющем эту признак, ионообменные участки, то есть натрий цеолита X не замещают каким-либо иным материалом, кроме серебра. Таким образом, адсорбирующая способность для радиоактивного йода поддерживается в течение длительного периода времени.

[0013] Чтобы решить указанную задачу, способ обработки радиоактивного йода согласно настоящему изобретению отличается тем, что представляет собой способ обработки радиоактивного йода, содержащегося в пару, выпускаемом из атомной энергетической установки, включающий в себя: этап наполнения по наполнению воздухопроницаемого контейнера вышеописанным адсорбентом радиоактивного йода; и этап пропускания потока по пропусканию потока пара, выпускаемого из атомной энергетической установки, через контейнер, наполненный адсорбентом радиоактивного йода.

[0014] В способе обработки радиоактивного йода, который имеет этот признак, эффективная адсорбция радиоактивного йода и удаление водорода с высокой эффективностью может быть достигнуто путем выполнения двух вышеуказанных этапов.

Способ обработки радиоактивного йода может быть осуществлен, например, после обработки фильтрационной вентиляцией. Фильтрационная вентиляция относится к операции выпуска пара высокого давления в атомном реакторе из здания атомного реактора с целью контроля или предотвращения происшествий на атомном реакторе или утечки и выброса радиоактивного йода, сопровождающих такие происшествия, когда в атомном реакторе возникает чрезвычайная ситуация. Путем выполнения способа обработки радиоактивного йода согласно настоящему изобретению после фильтрационного вентилирования, радиоактивный йод и водород, содержащиеся в пару высокого давления, выпускаемом при фильтрационном вентилировании, может адсорбироваться, и тем самым будет надежно удален. В результате, можно избежать или контролировать риски выброса радиоактивного йода или аварии атомного реактора.

[0015] В способе обработки радиоактивного йода согласно настоящему изобретению, пар, выпускаемый из атомной энергетической установки, предпочтительно содержит молекулы водорода.

[0016] В способе обработки радиоактивного йода, который имеет этот признак, пар, выпускаемый из атомной энергетической установки, содержит молекулы водорода. Поэтому, если на этапе пропускания потока используется адсорбент радиоактивного йода по настоящему изобретению, молекула водорода, содержащаяся в пару, может быть удалена. В результате можно держать под контролем риск аварии атомного реактора.

[0017] В способе обработки радиоактивного йода согласно настоящему изобретению, пар, выпускаемый из атомной энергетической установки, предпочтительно представляет собой перегретый пар, имеющий температуру 100°С или более.

[0018] В способе обработки радиоактивного йода, который имеет этот признак, даже если пар имеет существенно высокую температуру, как описано выше, затем, когда адсорбент радиоактивного йода по настоящему изобретению используется на этапе пропускания потока, водород, содержащийся в пару, может быть эффективно адсорбирован.

[0019] В способе обработки радиоактивного йода согласно настоящему изобретению, на этапе наполнения, плотность наполнения адсорбента радиоактивного йода предпочтительно доводят до 1,0 г/мл или более.

[0020] В способе обработки радиоактивного йода, который имеет этот признак, плотность наполнения адсорбента радиоактивного йода доведена до 1,0 г/мл или более, что обеспечивает надежную адсорбцию и удаление радиоактивного йода и водорода с высокой эффективностью.

[0021] В способе обработки радиоактивного йода согласно настоящему изобретению, на этапе пропускания потока, период времени, когда пар сохраняется в контейнере, наполненном адсорбентом радиоактивного йода, предпочтительно устанавливают на 0,06 сек или более.

[0022] В способе обработки радиоактивного йода, который имеет этот признак, даже если время выдержки составляет всего лишь 0,06 сек, или более, адсорбент радиоактивного йода может надежно собирать и выводить радиоактивный йод и водород с высокой эффективностью.

[0023] В способе обработки радиоактивного йода согласно настоящему изобретению, на этапе пропускания потока, пар предпочтительно имеет давление 399 кПа или более.

[0024] В способе обработки радиоактивного йода, который имеет этот признак, даже когда давление пара составляет 399 кПа или более, адсорбент радиоактивного йода может надежно адсорбировать и удалять радиоактивный йод и водород с высокой эффективностью на этапе пропускания потока.

[0025] В способе обработки радиоактивного йода согласно настоящему изобретению, на этапе пропускания потока, контейнер, наполненный адсорбентом радиоактивного йода, предпочтительно имеет влажность 95% или более.

[0026] В способе обработки радиоактивного йода, который имеет этот признак, даже если влажность в контейнере, наполненном адсорбентом радиоактивного йода, достигает 95% или более, адсорбент радиоактивного йода по настоящему изобретению может быть использован. В известном уровне техники трудно адсорбировать радиоактивный йод при высокой влажности. Способ обработки радиоактивного йода, который имеет этот признак, обеспечивает удаление водорода одновременно с достижением адсорбции радиоактивного йода при высокой влажности, что обеспечивает высокую безопасность.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0027] На Фиг. 1 представлена схема для описания цеолита X, используемого как адсорбент радиоактивного йода согласно настоящему изобретению.

На Фиг. 2 представлена принципиальная схема конфигурации оборудования атомного реактора.

На Фиг. 3 представлена принципиальная схема конфигурации, где адсорбент радиоактивного йода согласно первому варианту осуществления размещен в реакторе с кипящей водой.

На Фиг. 4 представлена принципиальная схема конфигурации, где адсорбент радиоактивного йода согласно второму варианту осуществления размещен в реакторе с кипящей водой.

На Фиг. 5 представлена принципиальная схема конфигурации, где адсорбент радиоактивного йода согласно третьему варианту осуществления размещен в реакторе с кипящей водой.

На Фиг. 6 представлена принципиальная схема конфигурации, где адсорбент радиоактивного йода согласно четвертому варианту осуществления размещен в реакторе, охлаждаемом водой под давлением.

На Фиг. 7 представлена диаграмма, показывающая увеличения либо изменения температуры адсорбента радиоактивного йода.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0028] Примеры исполнения адсорбента радиоактивного йода согласно настоящему изобретению и варианты осуществления способа обработки радиоактивного йода согласно настоящему изобретению будут теперь описаны со ссылкой на фиг. 1-7. Следует отметить, что настоящее изобретение не должно ограничиваться конфигурациями, описанными ниже.

[0029] Адсорбент радиоактивного йода

Первоначально будет описан цеолит X, который используется в адсорбенте радиоактивного йода, согласно настоящему изобретению. На Фиг. 1 представлена схема для описания цеолита, входящего в адсорбент радиоактивного йода по настоящему изобретению. На Фиг. 1(a) представлена принципиальная схема кристаллической структуры цеолитов. На Фиг. 1(b) представлена схема для описания реакции, в которой натриевые участки цеолита 13Х замещены серебром. На Фиг. 1(c) представлена схема для описания уменьшения размера диаметра пор в результате замещения натриевых участков цеолита 13Х серебром.

Как показано на фиг. 1(a), цеолиты, которые представляют собой тип силиката, имеют (SiO₄)^4- и (АlO₄)^5-, имеющие структуру тетраэдра в качестве повторяющихся звеньев, которые трехмерно связаны друг с другом, чтобы образовать кристаллическую структуру. Повторяющиеся звенья связаны между собой различными способами, чтобы образовать различные кристаллические структуры. Каждая образованная кристаллическая структура имеет специфический однородный диаметр пор. Этот однородный диаметр пор позволяет цеолитам иметь такие свойства, как молекулярные сита, способность к адсорбции и ионному обмену.

[0030] Адсорбент радиоактивного йода по настоящему изобретению включает в себя цеолит 13Х, который представляет собой разновидность цеолита X. Цеолит 13Х широко используется в промышленности. В состав цеолита 13Х входит Na₈₆[(AlO₂)₈₆(SiO₂)₁₀₆]⋅276H₂O. Как показано на фиг. 1(b), адсорбент радиоактивного йода по настоящему изобретению образован путем ионного обмена натриевых участков цеолита 13Х с серебром (натриевые участки являются ионообменными участками).

Коэффициент обмена ионов серебра в адсорбенте радиоактивного йода составляет 97% или более, предпочтительно 98% или более. Кроме того, предпочтительно, чтобы ионообменные участки в цеолите X не были в ионном обмене с любым материалом, кроме серебра. Другими словами, в адсорбенте радиоактивного йода по настоящему изобретению, по существу, все участки натриевого цеолита 13Х подвергаются ионному обмену с серебром. Такой высокий коэффициент ионного обмена позволяет адсорбенту радиоактивного йода по настоящему изобретению иметь значительно более высокую адсорбционную способность, чем у обычных адсорбентов радиоактивного йода.

В этой связи, когда натриевые участки цеолита 13Х подвергаются ионному обмену с серебром, полученный в результате цеолит 13Х имеет меньший размер пор, чем диаметр пор исходного цеолита 13Х. Авторы настоящего изобретения провели обширные исследования, чтобы обнаружить, что цеолит 13Х, который имеет меньший размер диаметра пор, является эффективным для адсорбции водорода, и сочли целесообразным использовать такой цеолит 13Х как адсорбент радиоактивного йода. В частности, как показано на фиг. 1(c), диаметр пор (около 0,4 нм) цеолита 13Х, который имеет натриевые участки до ионного обмена с серебром, слишком велик, чтобы удерживать молекулы водорода (диаметр молекулы: около 0,29 нм). В то же время, авторы настоящего изобретения обнаружили, что цеолит 13Х, участки натрия которого подверглись ионному обмену с серебром, имеет оптимальный диаметр пор (около 0,29 нм), так что молекула водорода входит в поры, и в результате, цеолит 13Х, имеющий серебро, полученное в результате ионного обмена, может надежно адсорбировать с высокой эффективностью не только радиоактивный йод, но и молекулы водорода.

[0031] Адсорбент радиоактивного йода по настоящему изобретению предпочтительно образован таким образом, что, в дополнение к тому признаку, что достигнут вышеуказанный коэффициент ионного обмена, доля компонента серебра (содержание серебра) в адсорбенте при высушивании составляет 36 вес. % или более, размер частиц 10×20 меш (JIS К 1474-4-6), твердость составляет 94% или более (JIS К 1474-4-7), а содержание воды в адсорбенте и соответствующее уменьшение веса, при высушивании при 150°С в течение 3 часов, составляет 12 вес. % или менее. Используемый в данном описании термин «10×20 меш» по отношению к размеру частицы означает, что частица может пройти через сито 10-меш, но не через сито 20-меш, т.е. размер частиц составляет 10-20 меш. Если созданный адсорбент радиоактивного йода обладает такими свойствами, то этот адсорбент радиоактивного йода может более эффективно показывать вышеупомянутую адсорбционную способность к молекулам водорода. Адсорбенты радиоактивного йода подвергаются воздействию суровой окружающей среды (высокой температуре, высокому давлению, высокой влажности), и, соответственно, должны иметь определенную высокую прочность частиц. С учетом этого, адсорбент радиоактивного йода по настоящему изобретению предпочтительно должен иметь потери на истирание 3% или менее (ASTM D-4058). В результате, даже если адсорбент радиоактивного йода находится в жестких условиях, например, фильтрационного вентилирования и тому подобного, адсорбент радиоактивного йода может сохранять свою форму частиц, и, соответственно, по-прежнему иметь высокую адсорбционную способность к молекулам водорода.

[0032] Способ обработки радиоактивного йода

Перед описанием способа обработки радиоактивного йода с использованием адсорбента радиоактивного йода, образованного, как это описано выше, будет описана структура типовой атомной электростанции, со ссылкой на фиг. 2. На Фиг. 2 представлена принципиальная схема конфигурации оборудования атомного реактора. Фиг. 2(a) представляет собой принципиальную схему конфигурации реактора 100 с кипящей водой (BWR). На Фиг. 2(b) представлена принципиальная схема конфигурацию реактора 200, охлаждаемого водой под давлением (PWR). В Японии два типа атомных реакторов, то есть реакторы с кипящей водой (BWR) и реакторы, охлаждаемые водой под давлением (PWR), используется в качестве атомных реакторных установок. Оборудование атомного реактора обычно включает в себя здание атомного реактора, здание защитной оболочки атомного реактора, корпус атомного реактора, турбину и генератор. Как показано на фиг. 2(a), реактор 100 с кипящей водой включает в себя здание 10 атомного реактора, здание 11 защитной оболочки атомного реактора, корпус 12 атомного реактора, турбину 13 и генератор 14. В реакторе 100 с кипящей водой, вода кипит в корпусе 12 атомного реактора, пар, полученный таким образом, направляется в турбину 13, как обозначено сплошной линией стрелки, как показано на фиг. 2, при этом вода в атомном реакторе рециркулирует, как показано пунктирной линией стрелки. Пар непосредственно приводит турбину 13 во вращение, что заставляет генератор 14 вырабатывать электроэнергию. В то же время, как показано на фиг. 2(b), в реакторе 200, охлаждаемом водой под давлением, здание 20 защитной оболочки атомного реактора содержит корпус 21 атомного реактора, компенсатор давления атомного реактора 22, и парогенератор 23. Компенсатор давления атомного реактора 22 используется для управления водой в здании 20 защитной оболочки атомного реактора таким образом, что вода всегда находится под высоким давлением и, таким образом, предотвращается ее кипение даже при высокой температуре. Парогенератор 23 используется для генерации пара (показано сплошной линией стрелки на фиг. 2(b)), из воды, отделенной от воды, протекающей внутри атомного реактора (обозначено пунктирной линией стрелки на фиг. 2(b)). Этот пар приводит турбину 24 во вращение, что заставляет генератор 25 вырабатывать электроэнергию. Ниже в первом варианте осуществления, способ обработки радиоактивного йода с использованием адсорбента радиоактивного йода будет описан по отношению к реактору с кипящей водой на фиг. 2(a).

[0033] Первый вариант осуществления изобретения

Этап наполнения

На Фиг. 3 представлена принципиальная схема конфигурации, где блок 1 обработки радиоактивного йода, который содержит адсорбент К радиоактивного йода согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, предусматривается в реакторе 100 с кипящей водой. В первом варианте осуществления, ниже будет описан способ обработки радиоактивного йода, предлагаемый исходя из предположения о чрезвычайной ситуации, возникающей из-за происшествия и тому подобного в атомном реакторе. Снаружи здания 10 атомного реактора расположен вентиляционный фильтр 15, предусмотренный для случая, если здание 11 защитной оболочки атомного реактора будет повреждено в результате происшествия в атомном реакторе. Вентиляционный фильтр 15 представляет собой часть оборудования, которое служит для того, чтобы, например, в случае повреждения здания 11 защитной оболочки атомного реактора в результате происшествия, пар направлялся из здания 11 защитной оболочки атомного реактора в вентиляционный фильтр 15 через трубу 16, как показано сплошной линией стрелки на фиг. 3, с тем, чтобы уменьшить внутреннее давление, и вентиляционный фильтр 15, собирает радиоактивный йод, содержащийся в пару, чтобы уменьшить количество радиоактивного йода перед выпуском пара наружу здания 10 атомного реактора. Как показано на фиг. 3, блок 1 обработки радиоактивного йода, который включает в себя контейнер 2 для размещения в нем адсорбента К радиоактивного йода, размещен и соединен с вентиляционным фильтром 15. Как описано ниже, контейнер 2 предпочтительно выполнен из термостойкого и коррозионностойкого материала, так как пар или газ, который прошел через здание 11 защитной оболочки атомного реактора или вентиляционный фильтр 15, течет через него. Таким материалом для контейнера 2 является, например, нержавеющая сталь, и, может быть, алюминиевый сплав и тому подобное. Контейнер 2 должен иметь воздухопроницаемость, так что пар или газ имеют возможность протекать через адсорбент К радиоактивного йода. С этой целью контейнер 2 выполнен с множеством мелких пор. Контейнер 2 наполнен адсорбентом К радиоактивного йода, где плотность наполнения доводят до 1,0 г/мл или более, предпочтительно 1,2 г/мл или более (этап наполнения). Такая плотность наполнения позволяет адсорбенту К радиоактивного йода показывать оптимальный эффект адсорбции. Желательно, чтобы работники работали как можно легче и быстрее в атомной реакторной установке, с тем, чтобы проявлять максимальный уровень внимания к безопасности. В связи с этим, блок 1 обработки радиоактивного йода имеет простую конфигурацию, как описано выше, и, соответственно, когда эффект адсорбции адсорбента К радиоактивного йода ослабевает, адсорбент К радиоактивного йода просто удаляют из контейнера 2 и заменяют новым адсорбентом К радиоактивного йода, т.е. требуется только простая работа. Таким образом, нагрузка на работников может быть снижена, и безопасность работников может быть обеспечена.

[0034] Этап пропускания потока

При том что, как описано выше, вентиляционный фильтр 15 может быть использован для уменьшения количества радиоактивного йода, необходимо практически полностью удалить радиоактивный йод перед выпуском пара или газа из здания 10 атомного реактора, так как радиоактивный йод оказывает серьезное вредное воздействие на человеческий организм и окружающую среду. Таким образом, адсорбент К радиоактивного йода по настоящему изобретению используется, по существу, для полного удаления радиоактивного йода. Как показано на фиг. 3, пар, обработанный с помощью вентиляционного фильтра 15, направляется в блок 1 обработки радиоактивного йода через трубу 16, как обозначено сплошной линией стрелки на фиг. 3. После этого поток пара проходит через адсорбент К радиоактивного йода, которым заполняют контейнер 2 блока 1 обработки радиоактивного йода (этап пропускания потока). Как было описано выше, адсорбент К радиоактивного йода имеет диаметр пор, соответствующий молекуле водорода, и содержится в контейнере 2, обладающем воздушной проницаемостью, и, соответственно, эффективно удаляет водород, содержащийся в пару, проходящем через блок 1 обработки радиоактивного йода. После этого, пар после адсорбции радиоактивного йода и удаления водорода, выпускают из атомной реакторной установки через выпускную трубу. При этом пар, протекающий в блоке 1 обработки радиоактивного йода, представляет собой перегретый пар, имеющий температуру 100°С или более, и давление 399 кПа или более. Кроме того, влажность в контейнере 2 составляет 95% или более. В таких тяжелых условиях, адсорбент К радиоактивного йода может удалять радиоактивный йод и водород. Кроме того, в способе обработки радиоактивного йода согласно настоящему изобретению, время выдержки, в течение которого пар, протекающий в блок 1 обработки радиоактивного йода, задерживается в контейнере 2, установлено на 0,06 сек или более. Если здание 11 защитной оболочки атомного реактора повреждено, необходимо как можно быстрее принять контрмеры во избежание утечки или управление утечкой или выбросом радиоактивного йода или происшествием на атомных реакторах. С этой целью, обработка с помощью вентиляционного фильтра 15 и обработка радиоактивного йода должны быть завершены как можно быстрее. При этом, в настоящем изобретении, как описано выше, время выдержки пара в контейнере 2 является, по существу, небольшим, и поэтому в чрезвычайных ситуациях, адсорбция радиоактивного йода и удаление водорода могут быть завершены быстрее, чем при использовании обычных способов обработки радиоактивного йода. Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает очень эффективный способ обеспечения безопасности.

[0035] Второй вариант осуществления

В первом варианте осуществления изобретения реактор 100 с кипящей водой оснащен блоком 1 обработки радиоактивного йода, не находящимся в непосредственной близости от здания 11 защитной оболочки атомного реактора. В отличие от этого, во втором варианте осуществления, как показано на фиг. 4, блок 1 обработки радиоактивного йода расположен между вентиляционным фильтром 15 и зданием 11 защитной оболочки атомного реактора. В этом случае, как показано сплошной линией стрелки на фиг. 4, пар, выпущенный из здания 11 защитной оболочки атомного реактора, направляется в блок 1 обработки радиоактивного йода через трубу 16. Другими словами, радиоактивный йод и водород адсорбируются блоком 1 обработки радиоактивного йода до обработки с помощью вентиляционного фильтра 15. Адсорбент К радиоактивного йода по настоящему изобретению может эффективно адсорбировать и удалять радиоактивный йод и водород даже тогда, когда в контейнер 2 течет жесткий пар, например, перегретый пар, имеющий температуру 100°С или более, и тому подобное. Поэтому пар, выпущенный из здания 11 защитной оболочки атомного реактора, может быть направлен непосредственно на блок 1 обработки радиоактивного йода, который может эффективно обрабатывать пар. Таким образом, радиоактивный йод адсорбируется, а водород удаляется с помощью блока 1 обработки радиоактивного йода до того, как пар направляется на вентиляционный фильтр 15, и, соответственно, нагрузка на последующий вентиляционный фильтр 15 может быть уменьшена, и обработка может быть плавно выполнена вентиляционным фильтром 15. Стоимость изготовления вентиляционного фильтра 15 является высокой, и интенсивное использование вентиляционного фильтра 15 может ускорить ухудшение эксплуатационных характеристик. Поэтому, если способ обработки радиоактивного йода согласно настоящему изобретению выполнять заранее (вверх по потоку) от вентиляционного фильтра 15, продолжительность службы вентиляционного фильтра 15 может увеличиться, так что вентиляционный фильтр 15 сможет продолжать работать в течение длительного периода времени.

[0036] Третий вариант осуществления

В первом и втором вариантах осуществления, предполагается, что чрезвычайная ситуация возникает из-за происшествия и тому подобного в атомной реакторной установке (реакторе 100 с кипящей водой). Адсорбент К радиоактивного йода и способ обработки радиоактивного йода согласно настоящему изобретению можно использовать не только в чрезвычайных ситуациях, но и в других ситуациях. В частности, в реактор 100 с кипящей водой пар поступает непосредственно из корпуса 12 атомного реактора в турбину 13, как описано выше, и, соответственно, необходимо строго контролировать количество радиоактивного йода и водорода, чтобы обеспечить безопасность. С этой целью, как показано на фиг. 5, блок 1 обработки радиоактивного йода может быть размещен между корпусом 12 атомного реактора и турбиной 13 таким образом, чтобы радиоактивный йод мог адсорбироваться, и водород мог быть удален с помощью адсорбента К радиоактивного йода до того, как пар направится в турбину 13. При такой компоновке турбина 13 может приводиться во вращение с помощью безопасного пара, и, соответственно, можно избежать рисков, вызываемых радиоактивным йодом и водородом.

[0037] Четвертый вариант осуществления

Все варианты осуществления с первого по третий относятся к реакторам с кипящей водой. Адсорбент К радиоактивного йода и способ обработки радиоактивного йода согласно настоящему изобретению также применимы к реакторам, охлаждаемым водой под давлением (PWR). Как показано на фиг. 2(b), в реакторе 200, охлаждаемом водой под давлением, вода, содержащая радиоактивные материалы, непосредственно не отправляется на турбину 24. Таким образом, реакторы, охлаждаемые водой под давлением, безопаснее и проще в обслуживании, чем реакторы с кипящей водой. Тем не менее, атомные реакторы представляют собой часть оборудования, которое обрабатывает атомное топливо, которое представляет собой довольно вредный материал, и поэтому требуется строгое управление рисками. С этой целью, в реакторах, охлаждаемых водой под давлением, адсорбент К радиоактивного йода может быть использован для решения чрезвычайных ситуаций. При применении адсорбента К радиоактивного йода на реакторе 200, охлаждаемом водой под давлением, блок 1 обработки радиоактивного йода может быть размещен в некоторой точке на маршруте пара, поступающего из парогенератора 23 на турбину 24, как показано на фиг. 6, например. Как и в реакторах с кипящей водой, чтобы принять меры при повреждении атомного реактора в результате происшествия и тому подобного, можно разместить блок 1 обработки радиоактивного йода смежно только к вентиляционному фильтру, или между зданием защитной оболочки атомного реактора и вентиляционным фильтром (не показан).

Примеры

[0038] Пример 1

В примере 1 было проведено испытание по адсорбции радиоактивного йода с использованием способа обработки радиоактивного йода согласно настоящему изобретению.

[0039] Первоначально 97% натриевых участков цеолита 13Х были подвергнуты ионному обмену с серебром, с последующим гранулированием, таким образом, чтобы компонент серебра составлял 36 вес. %, размер частиц был 10×20 меш (JIS К 1474-4-6), а содержание воды при сушке при 150°С в течение 3 ч составляло 12 вес. %. Воздухопроницаемый контейнер был заполнен полученным цеолитом 13Х, где плотность наполнения составила 1,0 г/мл. Таким образом, был образован адсорбент радиоактивного йода. Адсорбент радиоактивного йода, полученный таким образом, имел твердость 94% (JIS К 1474-4-7). Далее, различные адсорбенты радиоактивного йода, имеющие различную толщину, были оценены из расчета времени выдержки пара в контейнере и эффекта адсорбции йодистого метила, по отношению к пару, где пар имел влажность 95%, температуру 130°С, и давление 399 кПа, содержал 1,75 мг/м³ йодистого метила (СН₃¹³¹I), и имел линейную скорость 20 см/сек и 41 см/сек. Результат оценки приведен в таблице 1.

[0041] Как видно из результата таблицы 1, даже если линейная скорость была установлена на 41 см/сек, степень адсорбции йодистого метила была высокой. В частности, даже когда время выдержки было максимально коротким - 0,061 сек, степень адсорбции йодистого метила составляла 97,989%, что является хорошим результатом.

[0042] Пример 2

В примере 2, адсорбент радиоактивного йода, разработанный в примере 1, и имевший толщину 5,0 см, был оценен с точки зрения эффекта адсорбции йодистого метила при различных температурах, по отношению к пару, где пар имел давление 101 кПа и содержал 17 мг/м³ йодистого метила (СН₃I), и имел линейную скорость 46 см/сек. Результат оценки показан в таблице 2.

[0044] Как видно из результатов таблицы 2, даже тогда, когда пар имел высокую температуру 100°С или более, степень адсорбции йодистого метила достигала 99% или более.

[0045] Пример 3

В примере 3, фильтр (100 см × 83 см) из адсорбента радиоактивного йода, разработанный в примере 1, который имел адсорбент радиоактивного йода толщиной 26 мм и массой 26 кг, был оценен из расчета эффекта адсорбции йодистого метила при различных температурах в отношении пара, где пар имел давление 101 кПа, содержал 0,608 мг/м³ йодистого метила (СН₃I), и имел линейную скорость 20 см/сек. Результат оценки приведен в таблице 3.

[0047] В примере 3, в отличие от примеров 1 и 2, абсорбент радиоактивного йода был оценен из расчета степени адсорбции, где адсорбент радиоактивного йода имел размер и массу, аналогичные таковым в реальных условиях эксплуатации. Как видно из результата таблицы 3, в таком случае, даже когда температура пара увеличилась до 150°С, степень адсорбции йодистого метила по-прежнему высока. Таким образом, было показано, что адсорбент радиоактивного йода по настоящему изобретению имеет практическую ценность.

[0048] Пример 4

В примере 4 адсорбент радиоактивного йода, разработанный в примере 1, оценивали с точки зрения эффекта адсорбции йодистого метила для различных величин толщины адсорбента радиоактивного йода, по отношению к пару, где пар имел давление 103 кПа, температуру 66°С и линейную скорость 20,3 см/сек, и содержал 1,75 мг/м³ йодистого метила (СН₃¹³¹I), а влажность составляла 70%. Результат оценки приведен в таблице 4.

[0050] Пример 5

В примере 5 адсорбент радиоактивного йода, разработанный в примере 1, оценивали из расчета эффекта адсорбции йодистого метила от толщины и температуры адсорбента радиоактивного йода по отношению к пару, где пар имел давление 103 кПа и линейную скорость 20,3 см/сек, и содержал 1,75 мг/м³ йодистого метила (СН₃¹³¹I), а влажность составляла 95%. Результат оценки приведен в таблице 5.

[0052] Как видно из результата таблицы 4, когда влажность составляла 70%, степень адсорбции йодистого метила достигала 99,999% или более во всех случаях. В то же время, результат в таблице 5 показывает, что даже тогда, когда влажность была выше 95%, то степень адсорбции йодистого метила была по-прежнему высока. Таким образом, показано, что адсорбент радиоактивного йода по настоящему изобретению имеет высокий эффект адсорбции даже при высокой влажности.

[0053] Пример 6

В примере 6 адсорбент радиоактивного йода, разработанный в примере 1, был оценен из расчета эффекта адсорбции йодистого метила при различных температурах в сухом состоянии, по отношению к пару, где пар имел давление 101 кПа и линейную скорость 20 см/сек, адсорбент радиоактивного йода имел толщину 5,0 см, время выдержки составляло 0,25 сек, а пар содержал 1,75 мг/м³ йодистого метила (СН₃¹³¹I). Результат оценки приведен в таблице 6.

[0055] Как видно из результата таблицы 6, даже когда температура достигала 150°С, степень адсорбции йодистого метила была высокой.

[0056] Пример 7

В примере 7 адсорбент радиоактивного йода, разработанный в примере 1, был оценен из расчета эффекта адсорбции йодистого метила при различных величинах влажности при температуре 80°С, по отношению к пару, где пар имел давление 101 кПа и линейную скорость 20 см/сек, адсорбент радиоактивного йода имел толщину 5,0 см, время выдержки составляло 0,25 сек, а пар содержал 1,75 мг/м³ йодистого метила (СН₃¹³¹I). Результат оценки показан в таблице 7.

[0058] Как видно из результата таблицы 7, даже когда влажность достигала 90%, при температуре 80°С, степень адсорбции йодистого метила была высокой.

[0059] Пример 8

В примере 8, адсорбент радиоактивного йода, разработанный в примере 1, оценивали из расчета эффекта адсорбции йодистого метила в зависимости от толщины и температуры адсорбента радиоактивного йода в сухом состоянии при атмосферном давлении, по отношению к пару, где пар имел давление 104 кПа и линейную скорость 20 см/сек, и содержал 75 мг/м³ йода (¹³¹I). Результат оценки показан в таблице 8.

[0061] Как видно из результата таблицы 8, степень адсорбции йода составляла 100% в сухом состоянии при атмосферном давлении во всех случаях. Было показано, что адсорбент радиоактивного йода имеет очень высокую эффективность.

[0062] Пример 9

В примере 9 адсорбент радиоактивного йода, разработанный в примере 1, был оценен из расчета эффекта адсорбции водорода, где адсорбент радиоактивного йода имел толщину 5 см. Результат оценки приведен в таблице 9.

[0064] Как можно видеть из результата таблицы 9, когда температура составляет 100°С или более, содержание водорода после того как поток пара прошел через адсорбент радиоактивного йода, составляло 0,5% или менее, то есть около 83% или более водорода было адсорбировано. Было также отмечено, что, когда температура была 137°С или 136°С, температура увеличилась на 15°С и 17°С, соответственно. Даже в этом случае содержание водорода после того как поток пара прошел через адсорбент радиоактивного йода, составило 0,5% или менее. Это свидетельствует о том, что адсорбент радиоактивного йода по настоящему изобретению представляет собой высокоэффективный адсорбент, который может стабильно адсорбировать водород даже при высокой температуре.

[0065] Пример 10

В примере 10 адсорбент радиоактивного йода, разработанный в примере 1, был оценен с точки зрения повышения температуры, по отношению к пару, имеющему содержание водорода 3%, где поток пара прошел через адсорбент радиоактивного йода, имеющий температуру 136°С, при этом содержание водорода после того как поток пара прошел через адсорбент радиоактивного йода, составило 0,5% или менее. Результат оценки обозначен диаграммой, показанной на фиг. 7.

[0066] Как видно из диаграммы на фиг. 7, температура адсорбента радиоактивного йода существенно не увеличилась, и адсорбент радиоактивного йода стабильно адсорбировал водород.

[0067] Результаты примеров 1-8 показывают, что адсорбент радиоактивного йода по настоящему изобретению и способ обработки радиоактивного йода с его использованием оказывают в значительной мере исключительное адсорбционное воздействие на пар, имеющий высокую температуру, высокое давление и высокую влажность, а кроме того, быстрый и эффективный эффект адсорбции. Кроме того, результаты примеров 9 и 10 показывают, что адсорбент радиоактивного йода по настоящему изобретению с высокой эффективностью надежно адсорбирует водород, также как и радиоактивный йод.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

[0068] Адсорбент радиоактивного йода и способ обработки радиоактивного йода согласно настоящему изобретению являются эффективными для предотвращения или управления рисками утечки и выброса радиоактивного йода, аварий атомных реакторов и тому подобного в атомной реакторной установке.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

[0069] 1 Блок обработки радиоактивного йода

2 Контейнер

10 Здание атомного реактора

11, 20 Здание защитной оболочки атомного реактора

12, 21 Корпус атомного реактора

100 Реактор с кипящей водой

200 Реактор, охлаждаемый водой под давлением

К Адсорбент радиоактивного йода

Группа изобретений относится к гранулированному адсорбенту радиоактивного йода. Гранулированный адсорбент радиоактивного йода из цеолита X, в котором ионообменные участки цеолита X замещены серебром так, чтобы размер мелких пор цеолита X соответствовал размеру молекулы водорода, и адсорбент радиоактивного йода имеет содержание серебра 36 вес. % или более при высушивании, размер частиц 10×20 меш и содержание воды 12 вес. % или менее, когда сушится при 150°С в течение 3 ч и, таким образом, уменьшается в весе. Также имеется Также имеется способ обработки радиоактивного йода, содержащегося в пару, выпускаемом из атомной энергетической установки. собой перегретый пар, имеющий температуру 100°С или более. Группа изобретений позволяет более эффективно адсорбировать радиоактивный йод и удалить водород, который представляет собой фактор происшествий на атомных реакторах. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил., 9 табл., 10 пр.

1. Гранулированный адсорбент радиоактивного йода из цеолита X, в котором

ионообменные участки цеолита X замещены серебром так, чтобы размер мелких пор цеолита X соответствовал размеру молекулы водорода, и

адсорбент радиоактивного йода имеет содержание серебра 36 вес. % или более при высушивании, размер частиц 10×20 меш и содержание воды 12 вес. % или менее, когда сушится при 150°С в течение 3 ч и, таким образом, уменьшается в весе.

2. Адсорбент радиоактивного йода по п. 1, в котором

97% или более ионообменных участков цеолита X замещено серебром.

3. Адсорбент радиоактивного йода по п. 1, в котором

ионообменные участки цеолита X не замещаются какими-либо материалами, кроме серебра.

4. Способ обработки радиоактивного йода, содержащегося в пару, выпускаемом из атомной энергетической установки, включающий в себя:

этап наполнения воздухопроницаемого контейнера адсорбентом радиоактивного йода по п. 1; и

этап пропускания потока пара, выпускаемого из атомной энергетической установки, через упомянутый контейнер, наполненный адсорбентом радиоактивного йода.

5. Способ по п. 4, в котором

пар, выпускаемый из атомной энергетической установки, содержит молекулы водорода.

6. Способ по п. 4, в котором

пар, выпускаемый из атомной энергетической установки, представляет собой перегретый пар, имеющий температуру 100°С или более.

7. Способ по п. 4, в котором

на этапе наполнения, плотность наполнения адсорбента радиоактивного йода доводят до 1.0 г/мл или более.

8. Способ по п. 4, в котором

на этапе пропускания потока период времени, в течение которого пар удерживается в контейнере, наполненном адсорбентом радиоактивного йода, устанавливают на 0,06 с или более.

9. Способ по п. 4, в котором

на этапе пропускания потока пар имеет давление 399 кПа или более.

10. Способ по п. 4, в котором

на этапе пропускания потока контейнер, наполненный адсорбентом радиоактивного йода, имеет влажность 95% или более.