一種用于處理核設施固體廢物的等離子體發(fā)生器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及核廢物處理領域，尤其涉及一種用于處理核設施固體廢物的等離子體發(fā)生器。
【背景技術】
[0002]核設施在運行與維護中會產生大量低中水平放射性固體廢物，如廢過濾器、廢石棉布、濃縮液、污泥、廢樹脂等?，F行的處理方法通常為:分類、壓縮(超級壓縮)、水泥固化和混凝土固定。這些方法因技術成熟而被國內核電站廣泛采用，但是處理工藝復雜、處理速度慢、廢物包容率低、壓縮后的廢物核素浸出率高。
[0003]隨著我國核電的發(fā)展，核電站低中放固體廢物處理問題將日益突出。為了進一步提高廢物處理處置的安全性和經濟性，發(fā)展能夠顯著減容且產物長期穩(wěn)定的技術變得更加緊迫。熱等離子體處理廢物時，廢物中的有機成分在惰性和還原性氣氛中被熱解為小分子，無機成分熔融冷卻后形成穩(wěn)定的固化體，使用同一裝置同時完成廢物的減容減量和放射性核素的固定，處理過程不受處理對象的限制，處理速度快。國外的研究和應用表明，熱等離子體技術是處理放射性廢物最可靠的技術之一。
[0004]目前，國內市場的等離子體發(fā)生器因單次連續(xù)工作時間無法超過1000小時，且使用材料無法達到核電標準等原因，使其無法直接應用至國內的核電廠廢物處理。國外的等離子體發(fā)生器制造單位出于技術保密等原因，并未將其具體的壽命等指標公布。故此，在國內市場的等離子處理中低放廢物的技術，面臨著核心設備的缺失。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型所要解決的技術問題在于，提供一種用于處理核設施固體廢物的等離子體發(fā)生器，能夠用于在百萬千瓦級核電廠的中低放射性的核固體廢物處理，結構簡單，運行時間長。
[0006]為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種用于處理核設施固體廢物的等離子體發(fā)生器，包括:
[0007]陰極；
[0008]依次同軸串聯的至少三個陽極，所述至少三個陽極中的第一陽極與所述陰極同軸相連，所述至少三個陽極均為套層結構；
[0009]所述陰極和所述第一陽極之間通過高頻高電壓擊穿而建立電弧，并逐級切換至第三陽極，使得電弧穩(wěn)定維持在所述陰極和所述第三陽極之間，工作氣體分別從所述陰極與所述第一陽極之間、所述第一陽極與第二陽極之間、所述第二陽極與所述第三陽極之間噴入，被電弧加熱后從所述第三陽極出口噴出形成等離子體射流。
[0010]其中，所述陰極包括桶形銅合金外殼及包裹在所述桶形銅合金外殼內的納米合成鈰鎢合金棒。
[0011]其中，所述陰極和所述第一陽極之間、所述第一陽極與所述第二陽極之間以及所述第二陽極與第三陽極之間均設有耐輻照、耐高溫的絕緣材料，所述絕緣材料在徑向上設有用于噴入工作氣體的通孔。
[0012]其中，所述第一陽極整體結構為空心環(huán)狀，內部設有用于流通冷卻水的通道，還包括圓臺狀的中心頂部，所述中心頂部與所述鈰鎢合金棒共軸。
[0013]其中，所述鈰鎢合金棒的中心面的圓心到所述中心頂部的第一邊界距離L1為2?20mm，第二邊界距離L2為5?25mm，其中，所述第一邊界是指所述中心頂部的圓臺頂面與側面相交處，所述第二邊界是指所述中心頂部的圓臺底面。
[0014]其中，所述第三陽極內部為筒狀結構，包括漸縮部、直筒部和漸擴部，所述漸縮部的內壁與所述第三陽極的軸線之間形成漸縮角α?，所述漸擴部的內壁與所述第三陽極的軸線之間形成漸擴角α2。
[0015]其中，所述漸縮角α?的范圍為0?30°，所述漸擴角α2的范圍為0?30°。
[0016]其中，所述第三陽極的外表面敷設有0.2?2mm抗高溫、抗腐蝕的合金材料。
[0017]其中，還包括自動更換陰極裝置，用于在所述陰極損耗后自動更換新的陰極。
[0018]其中，所述自動更換陰極裝置包括安裝圓盤，在徑向上均布若干個陰極安裝位，所述若干個陰極安裝位分別用于安裝所述陰極。
[0019]其中，還包括電極快換接頭，所述電極快換接頭包含所述陰極和所述各個陽極的接線，為螺栓壓電纜線的結構。
[0020]其中，還包括水氣管快換接頭，包含冷卻水接嘴和工作用氣接嘴，所述冷卻水接嘴為快速接頭結構，進水與出水都在同一接嘴內部，所述工作用氣接嘴為快速接頭結構，進氣與出氣都在同一接嘴內部。
[0021]其中，所述冷卻水接嘴還用于當從爐體抽出所述等離子體發(fā)生器后，插入吹掃接嘴的噴入口，送入熱空氣，將所述等離子體發(fā)生器冷卻層中的殘余水吹出。
[0022]其中，所述等離子體發(fā)生器具備非轉移弧和轉移弧交替使用的模式。
[0023]本實用新型實施例的有益效果在于，能夠用于在百萬千瓦級核電廠的中低放射性的核固體廢物處理。通過采用特殊的材料和部件結構，保證了等離子體發(fā)生器的單次連續(xù)運行壽命能夠超過1000小時。通過采用增設電極快換接頭、水氣管快換接頭等方式，能夠使得運行維修人員在最短的時間完成工作，并使得受輻射劑量最小。同時，通過在轉移弧和非轉移弧之間運行模式的轉換，實現能量的高效利用。
【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1是本實用新型實施例一種用于處理核設施固體廢物的等離子體發(fā)生器的結構示意圖。
[0026]圖2是本實用新型實施例中自動更換陰極裝置的結構示意圖。
[0027]圖3是本實用新型實施例中陰極和第一陽極的結構示意圖。
[0028]圖4是本實用新型實施例中第三陽極的結構示意圖。
[0029]圖5為本實用新型實施例中非轉移弧的工作模式示意圖。
[0030]圖6為本實用新型實施例中轉移弧的工作模式示意圖。
【具體實施方式】
[0031]以下各實施例的說明是參考附圖，用以示例本實用新型可以用以實施的特定實施例。本實用新型所提到的方向和位置用語，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「內」、「夕卜」、「頂部」、「底部」、「側面」等，僅是參考附圖的方向或位置。因此，使用的方向和位置用語是用以說明及理解本實用新型，而非對本實用新型保護范圍的限制。
[0032]本實用新型實施例用于處理核設施固體廢物的等離子體發(fā)生器中，核設施是指核動力廠(包括核電廠、核熱電廠、核供汽供熱廠等)及其它反應堆(包括研究堆、實驗堆、臨界裝置等)。
[0033]請參照圖1和圖2所示，本實用新型實施例提供一種用于處理核設施固體廢物的等離子體發(fā)生器，包括:
[0034]陰極1和依次同軸串聯的至少三個陽極，所述至少三個陽極中的第一陽極2與所述陰極1同軸相連，所述至少三個陽極均為套層結構，工作時，首先在陰極1和第一陽極2間通過高頻高電壓擊穿，使其間建立電弧，并將工作氣體電離(簡稱起弧階段)，隨后逐級切換至第三陽極4，使得電弧穩(wěn)定維持在陰極1和第三陽極4之間，工作氣體從陰極1與第一陽極2、第一陽極2與第二陽極3之間、第二陽極3與第三陽極4之間噴入，被電弧加熱后從第三陽極4出口噴出形成等離子體射流。
[0035]具體來說，陰極1包括桶形銅合金外殼11及包裹在桶形銅合金外殼11內的納米合成鈰鎢合金棒12。鈰鎢合金棒12的鈰元素的載體為氧化鈰(Ce02)，氧化鈰在鈰鎢合金中的比例為0.5?4%。鈰鎢合金棒12的制作方法為納米級粉末合成方法，其特點為晶粒更加細小，鈰在基體鎢中的分布更彌散、均勻；晶粒細化加強了鈰向表面擴散的能力，使得表層鈰存在于較寬的溫度范圍內；高溫下表層含有超額鈰的活性層厚度增大，超額鈰的含量也增多，納米鈰鎢發(fā)射材料的鈰氧的活性層更厚，因此熱發(fā)射性能也更為優(yōu)異，使得陰極工作性能更穩(wěn)定，壽命更長。陰極1的外部還設有冷卻水外套，該外套的材料為不銹鋼材料0Crl8Ni9Ti，其中Co含量小于0.2%。
[0036]第一陽極2的材料為銅合金，其外部也設有冷卻水外套，該外套的材料為不銹鋼材料0Crl8Ni9Ti，其中Co含量小于0.2%。第一陽極2的作用在于引弧。首先利用陰極1和第一陽極2之間的高頻高壓進行短暫擊穿，保證其間的氣體充分電離，形成局部等離子體。第一陽極2整體結構為空心環(huán)狀，內部設有用于流通冷卻水的通道20，還包括圓臺狀的中心頂部21(圖2所示其截面為倒梯形)。第一陽極2的中心頂部21與陰極1的鈰鎢合金棒12共軸。陰極1和第一陽極2之間、第一陽極2與第二陽極3之間以及第二陽極3與第三陽極4之間均設有絕緣材料5，能夠耐輻照、耐高溫。通常所使用的聚四氟乙烯、聚四氯乙烯類材料不適合在核設施范圍內所使用。絕緣材料5在徑向上均設有通孔50，用于噴入工作氣體。
[0037]陰極1和第一陽極2之間的工作氣體通過絕緣材料5的徑向通孔50噴入，氣源由水氣管快換接頭8中的氣管提供。噴入孔徑吹出的氣體的中心線形成切圓，達到形成旋風氣流的效果，以穩(wěn)定此段的等離子體流態(tài)。陰極1與第一陽極2之間的尺寸對于穩(wěn)定電弧的作用非常重要，本實施例中，鈰鎢合金棒12的中心面的圓心到第一陽極2的中心頂部21的第一邊界距離L1為2?20mm，第二邊界距離L2為5?25mm，其