背景
用于安全储存的流程储存核燃料(SNF)是一项全球挑战,其中FaeSke&Associates,LLC(FAI)积极参与其中。例如,在美国能源部(DOE)Hanford网站中,降解病症中的金属SNF已经在一个名为K West Basin的地点的水下储存。这种燃料类似于储存在SellAfield(英国)池塘指定的FGMSP的麦格毒燃料,特别是一个用于修复的途径是将燃料从湿池储存移动到中期干燥储存。降解燃料的湿储存已经进化了大量的铀 - 金属轴承污泥,在开发潜在的修复过程中呈现出独特的挑战。
最难处理的SNF流是处理受损的SNF元素产生的金属铀颗粒流。FAI对金属SNF颗粒真空干燥所特有的物理和化学工艺进行了基础研究和开发。这项工作的目的是为现有的用于损坏SNF元件的冷真空干燥(CVD)工艺的最小设计更改提供技术基础。(FAI也支持完整但损坏燃料的CVD工艺规范的早期发展。)
FAI采用从简化模型开始的分级方法,最终包括多维瞬态计算(见下图)来处理SNF颗粒的热稳定性。颗粒的热不稳定性的性质被发现明显不同于大型SNF碎片和高度损坏的燃料元件。这些努力的最终成果是:
“金属乏燃料真空干燥过程中的物理和化学过程”,论文59114,美国机械工程师协会2011第14届环境修复和放射性废物管理国际会议论文集,ICEM2011,法国,2011年9月25-19日。
处理含有重的、产生气体的嵌入颗粒的污泥有独特的困难。特别是这种污泥具有很高的屈服应力,因此污泥容器内产生的气体不易逸出。气泡不是通过污泥上升,而是倾向于在污泥中结合,潜在地成长为一个更大的机械稳定的气泡,可以取代上覆材料。这可能会产生堵塞过滤器甚至从容器中释放污泥的不良后果。
稳定气泡显然是不受欢迎的,所以能够预测气泡的不稳定性(破裂)是很重要的,如果必要的话,还可以评估可能破坏或防止稳定气泡形成的容器设计特征。FAI在分析核废料池污泥方面具有丰富的分析和实验经验。
FAI对污泥气泡的稳定性进行了基础研究和开发,利用Taylor稳定性理论建立了污泥气泡破碎的判据。该预测标准随后被一系列使用不同几何和尺度的实验验证(见下面的示例插图)。与容器壁相关的特定设计特征被评估,以证明它们在防止或破坏气泡形成方面的有效性。
FAI在净化和退役(D&D)和核废料技术中出现的化学问题方面拥有广泛的专业知识。特别是,我们有几十年的研究和开发经验,以支持美国能源部核设施的修复。我们的废物技术部门通过分析、软件开发和实验为各种各样的核化学工程问题提供过程工程和安全支持。
与乏燃料处理有关的主要项目和设施应用有: