作者:James P. Burlebach，博士，福斯克联合有限责任公司废物技术和后福岛服务经理
含有金属废核燃料碎片或污泥的核废料通过化学反应和水的辐射分解产生氢。这些废料可以储存在带有过滤过的通风口的屏蔽盒中，以去除氢气，防止可燃气体混合物的形成。通过屏蔽钻出的孔增加了氢去除的阻力，从而允许不必要的氢积累。
本文所描述的创新工作由福斯克联合有限责任公司(FAI)完成，该公司是西屋电气公司有限责任公司的全资子公司，与塞拉菲尔德有限公司合作。作为合作伙伴，我们已经构想、建模并通过实验验证了一种有效的方法，可以从具有显著产氢率的屏蔽盒中去除氢气。这一创新最大限度地减少了用于乏金属核燃料碎片和其他产氢废物流被动存储所需的过滤器数量。
许多商业上可用的过滤器适合于从未屏蔽的环境中去除氢气核废料200升桶等集装箱。通过过滤器脱氢的速率随过滤器的尺寸和材料而异。制造商提供的关键过滤器规格是过滤器系数，表示为单位摩尔氢气每秒每摩尔分数的差距通过过滤器。过滤器的大小是根据氢源速率和氢浓度的要求上限来选择的。
屏蔽容器由比传统容器厚得多的材料制成。为了让氢气从容器中逸出，它必须首先通过钻入屏蔽材料的通道(流道)，然后通过过滤器，进入周围的大气中。氢气从容器中逸出的速率取决于过滤器两边的氢气浓度差。由于屏蔽使燃料和大部分氢气远离过滤器，氢气通过过滤器的流量降低。所以，在屏蔽容器中通过任何过滤器去除氢气的效果都不如在非屏蔽容器中使用相同的过滤器。对于以化学反应为氢源的系统，氢源速率通常要比放射性分解大得多，这可能使氢的去除不切实际。
例如，通过屏蔽孔钻出直径为20毫米、长度为300毫米的屏蔽容器，氢的泄漏率仅为未屏蔽容器的十分之一(在工程术语中，系统效率为10%)。结果，所需的过滤器数量将增加十倍。
从屏蔽容器中脱氢的关键是减少流动阻力，使过滤器成为主要阻力。我们开发了一种创新的安排，通过屏蔽容器盖上的一对孔来促进氢气流入过滤器，如图1所示。这种设计利用了浮力诱导的自然循环。来自容器的气体向上流入过滤器下面的一个孔，然后向下进入另一个孔，返回到容器。我们对设计进行了建模，结果表明双孔系统的效率可在80% - 90%之间。这种高效率使所需的通风口数量最小化。
图1所示。双孔布置，单过滤器
要了解更多信息，请务必访问Burelbach博士的海报会议自屏蔽容器的创新脱氢设计在这个星期三，3月18日下午1:30 - 5:00在凤凰城会议中心一楼大厅举行的WM2015会议上，或拨打630-887-5221联系布尔巴赫医生burelbach@fauske.com
核电站，核安全
