OfUS O^Vi^JT in-ltg MA-2942 6 G 2IF 9/00 SZOLGÁLATI TALÁLMÁNY ELOÁRÁS ÉS BERENDEZÉS FÉMTRICIDDEL SZENNYEZETT ALKATRÉSZEK, PÉLDÁUL IONGETTER SZIVATTYÚK, VAGY NEUTRONGENERÁTOR ALKATRÉSZEK SUGÁRMENTESÍTÉSÉRE s- MTA KÖZPONTI FIZIKAI KUTATÓ INTÉZETE, Budapest Feltaláló: Biró Dános tudományos munkatárs, budapesti lakos Bejelentés napja: 1977. 12. 2$. A találmány tárgya eljárás és berendezés femtriciddel szenynyezett alkatrészek, például iongetter szivattyúk, vagy neutrongenerátor alkatrészek sugármentesítésére. Mint ismeretes, a neutrongenerátoroknál alkalmazott vákuumszivattyúknál a titán gázelnyelő képességét használják fel a nagyvákuum előállítására. A titán, a szennyező gázokkal együtt a neutrongenerátorokba felhasznált triciumgázt is elnyeli, igy a vákuumszivattyuk belső falán lecsapódó-titánréteg.'aktivitású tríciumot tartalmaz. A szivattyúkat 30-100 üzemóra után tisztítani kell. A nagy fajlagos rádioaktivitásu titánréteg eltávolítását mechanikusan, vagy fluorsavval történő maratással végzik. A müvelet elvégzése ezért sugárveszélyes, /Q^=ex aktivitásu sugárszennyezés alatt csak "C" szintű, -Q^sSsL sugárszenynyezés felett csak "B" szintű izotóplaboratóriumokban történhet. Azonban mindkét esetben fennáll a fémtricid emberi testbe jutásának /inkorporácíójának/ potenciális veszélye.
H 2 *"* A neutrongenerátorok egységeinek, szivattyúinak és egyéb alkatrészeinek eugármentesitésóvel számos cikk ós leirós foglalkozik. William T. Beeman, Robert A. Wessman and Leon Leventhal "Experience in reconditioning ion pumps contaminated by tritium during neutron generator use" cimü cikkben a szerzők felhívják a figyelmet a sugármentesítés! művelet veszélyére. Szerintük a sugármentesítést csak a külön e célra létrehozott központi laboratóriumban lehet biztonságosan elvégezni, ahova a leszerelt szivattyúkat légmentes csomagolásban, radioaktivanyagként kell szállítani.. Az International Atopmenergy Agency Vienna 1976-ban megjelent "Radiological safety aspects of the operation of neutron generators" cimü kiadványa szerint: "Nagy mennyiségű tricium épül be az elektromos iongetter vákuumszivattyúkba. Ezen szivattyúk karbantartása és javitása a megfelelő biztonsági körülmények megteremtése és gyakorlott személyzet nélkül keresztülvihetetlen. Potenciálisan halálos mennyiségű tricium lehet a szivattyúk belső felületén". ' A neutrongenerátorok vákuumszivattyúinak és egyéb alkatrészeinek sugármentesítésére ezideig alkalmazott központi laboratórium hátrányai a következők: A nagy mennyiségű tríciumot tartalmazó alkatrészeket le kell szerelni, légmentesen kell becsomagolni és egy erre a célra létesített központi laboratóriuba kell szállitani, ahol az alkatrészek felületéről a tríciumot tartalmazó titán réteget mechanikusan - csiszolás,köszörülés, marás - vagy vegyi uton fluorsavval történő maratással kell eltávolítani. Az alkatrészek leszerelése és szállítása jelentős időt és költséget igényel végrehajtása bonyolult, a központi laboratórium sugárvédelmi képzettséggel rendelkező 30 gyakorlott személyzetet igényel.
- 3 - A találmánnyal célunk a fentiekben vázolt valamennyi nehézség egyidejű kiküszöbölése ós olyan eljárás ós berendezés kialakítása, amellyel a neutrongererátor alkatrészeket, vagy iongetter szivattyúkat az üzemeltetés helyén, annak tartozékát képező egyszerű berendezésben gyorsan, biztonságosan, külön sugárvédelmi képzettséggel nem rendelkező személyzettel gazdaságosan lehet elvégezni. A találmánnyal megoldandó feladatot ennek megfelelően fémtriciddel szennyezett alkatrészek, például iongetter szivattyúk, vagy neutrongenerátor alkatrészek sugárzásmentesitésóben jelölhetjük meg. A találmány alapja az a felismerés, hogy a kitűzött feladat egyszerűen megoldódik, ha a tríciummal szennyezett alkatrészeket 400 C feletti hőmérséklet re hevitjük. Ezen hőmérsékleten a szennyezett alkatrész az elnyelt triciumgázt leadja, amelyet égetés után triciált viz formájában egy felfogó szervben lehet felfogni és a továbbiakban egyszerű módon lehet kezelni. A találmány szerinti eljárásnál a sugármentesítéshez az alkatrészeket hevitőbe helyezzük, a hevitőt légmentesen lezárjuk, majd a sugármentesítést zárt rendszerben három lépésben oxigéntartalmú gáz bevezetése közben végezzük. Az első lépésben az alkatrészeket gázleadási hőmérséklet re hevitjük, és ezen a hőmérsékleten tartjuk mindaddig, amíg a fémtricid szennyezés a triciumgázt teljesen leadja. A második lépésben a triciumgázt az oxigéntartalmú szállitógázzal egy túlhevítőbe áramoltatjuk, ahol a hidrogént tartalmazó triciumgáz egy magasabb égetési hőmérsékleten katalizátor jelenlétében túlhevített triciált viz-.gőzzé elégetjük. A harmadik lépésben a túlhevített triciált visgőzt nedvszivó anyaggal töltött edénybe áramoltatva felfogjuk, 30 a szállítógázt elszivjuk és a sugármentesitett alkatrészeket a
hevitőből kivesszük. A találmány szerint célszerű, ha a hevitőben a gázleadási hőmérsékletet előnyösen 430 C-ra, az égetési hőmérsékletet pedig a túlhevítőben előnyösen 650 C-ra választjuk. Célszerű még az, ha a túlhevítőben katalizátorként rézoxidot alkalmazunk. Célszerű továbbá, ha a triciált vizgőzt felfogására nedvszívó anyagként, például szilikagélt alkalmazunk. Célszerű továbbá, ha a triciált vizgőzt folyadékon történő átvezetéssel folyadékban felfogjuk. Az is célszerű, ha a tricxált vizgőzt felfogó szerv hőszigeteléssel ellátott kifagyasztó edénybe van süllyesztve. A találmány szerinti berendezés tehát olyan ismert berendezés továbbfejlesztése, amely alkalmas fémtriciddel szennyezett alkatrészek pl. iongetter szivattyúk vagy neutrongenerátor alkatrészek sugármentesítésére. A továbbfejlesztés, vagyis a találmány abban van, hogy gázbevezető csővel, elektromos fűtőtesttel, és hőmérséklet szabályozóval ellátott hevitője, a hevitő belső teréhez gázátvezető csővel tulhevitő égetőcsatorna csatlakozik. A tulhevitő elektromos fűtőtesttel és hőmérséklet szabályozóval van ellátva. Az égetőcsatornában katalizátor, pl. rézoxid van. Az égetőcsatornához elvezetőcsővel szelepen át vizgőz gelfogó szerv van kapcsolva. A vizgőz felfogó szervhez elszivócsővel szelepen át elszivó berendezés csatlakozik. i A találmányt részletesebben rajz alapján ismertetjük, melyen a találmány szerinti berendezés néhány példakénti kiviteli alakját tüntettük fel. A rajzon az 1. ábra a találmány szerinti berendezés egy példakénti kiviteli alakja; a 2. ábra a találmány szerinti hevitő egy példakénti
kiviteli alakja; a 3. ábra a találmány szerinti tulhevitő egy példakénti kiviteli alakja. A rajzon azonos hivatkozási számok hasonló részleteket jelölnek. A találmány szerinti berendezés néhány példakénti kiviteli alakját az 1. ábra szemlélteti. A triciummal szennyezett sugármentesitendő 1 alkatrész légmentesen van lezárva és a 2 hőmérsékletszabályozóval és elektromos 24 fűtőtesttel ellátott, 3 hevitőbe van helyezve, ahol legalább 20 percig a tricidréteg vastagságától függően legfeljebb 60 percig, legalább 400 C hőmérsékleten, előnyösen 430 C-on hevítjük. Hevítés közben a gázbevezető 4 csövön és 5 nyomásszabályozó beiktatásával legalább 1 lit/perc, előnyösen 1,5 lit/perc mennyiségű oxigént tartalmazó szállító gázt áramoltatunk a 3 hevitőn keresztül. A felszabadult triciumgázt az oxigéntartalmú gázzal együtt a gázátvezető 6 csövön keresztül a 7 hőmérsékletszabályozóval ellátott 8 túlhevítőben elhelyezett 9 katalizátorral -pl. rézoxiddal - feltöltött, legalább 600 C hőmérsékletre, előnyösen 650 C-ra felfűtött 10 égetőcsatornán vezetjük keresztül. A 10 égetőcsatornában a triciumgáz az oxigén jelenlétében tricinált túlhevített vízgőzzé elég.-a triciált túlhevített vízgőzt a gázelvezető 19 csövön 12 szelepen és a gázbevezető 14 csövön át vizgőzfelfogó 13 szervbe vezetjük és felfogjuk. A triciált vízgőzt nedvszívó 15 anyaggal pl. szilikagéllel vagy kifagysztással lehet felfogni vagy folyadékban lehet elnyeletni. Az oxigént tartalmazó szállító gázt a vizgőzfelfogó 13 szerv gázelszívó 16 csövén és 17 szelepen át az elszívó 18 berendezés szívja el. Látható, hogy a sugármentesítés zárt rendszerben tö ténik. A triciált vízgőzzé elégetett tríciumot a 11 csatlako-
< - 6 - zóval leválasztható és 12, valamint 17 szelepekkel elzárható vizgőzfelfogó 13 szervben fogjuk fel, melyet a továbbiakban radioaktív hulladékként kell kezelni. Sugármentesítés ós kellő ellenőrzés után az alkatrészek inaktiv anyagként kezelhetők. A 2. ábra a találmány szerinti 3 hevitő egy példakénti kiviteli alakját mutatja a benne elhelyezett sugármentesitendő 1 alkatrésszel metszetben. A 3 hevitő karimával ellátott 21 hengerpalástból, a hengerpalásthoz 23 csavarokkal kapcsolt két 22 fedélből, elektromos 24 fűtőtestből, tárgytartó 25 asztalból, a 22 fedélen átvezetett termoelem 26 tokból és 27 termoelemből áll. A sugármentesitendő 1 alkatrész légmentes lezárását a 28,29 zárólapok, a 30 tömités és a rögzitő 31 csavarok biztosítják. Az oxigén tartalmú gáz bevezetésére, valamint a hevítése során felszabaduló triciumgáz és az oxigén tartalmú gáz együttes elvezetésére a 28 zárólaphoz hegesztéssel kapcsolt gázbevezető 4 cső, illetve gázkivezető 6 cső szolgál. A 3. ábra a 8 tulhevitő egy példakénti kiviteli alakját mutatja metszetben, amely a tulhevitő 41 hengerpalástból, a hozzákapcsolt két 42 fedélből, az elektromos 43 fűtőtestből, az egyik 42 fedélen átvezetett termoelem 26 tokból, valamint a 27 termoelemből áll. A 42 fedelek 44 furatán: keresztül vezetett 10 égetőcsatornában van elhelyezve a triciumgáz tulhevitett triciált vízgőzzé való egyesülését elősegítő 9 katalizátor, pl. rézoxid. A gázok be-és kivezetésére a 10 égetőcsatorna végeihez 45 tömitőgyürü közbeiktatásával gázbevezető 6 és gázelvezető 19 cső van kapcsolva. A találmány szerinti eljárás és berendezés előnyei a következők : A berendezés, néhány, jórészt hagyományos elemet tartal- 30 maz, melyekkel a neutrongenerátoroknál használt iongetter szi-
7 vattyuk, és egyéb alkatrészek sugármentesítése izotóp laboratóriumba történő költséges szállitás nélkül közvetlenül a neutrongenerátor laboratóriumban, egészségre veszélytelenül, speciális képzésben nem részesült személyzettel, gazdaságosan, gyorsan elvégezhető. A találmány szerinti eljárás és berendezés előnyösen alkalmazható a neutrongenerátoroknál használt fémtriciddel szennyezett iongetterszivattyuk és alkatrészek, valamint fémtricidet előállító és felhasználó berendezések sugármentesítésére. Szabadalmi igénypontok 1. Eljárás fémtriciddel szennyezett alkatrészek, pl. iongetter szivattyúk, vagy neutrongenerátor alkatrészek sugármentesítésére, azzal je llemezve, hogy a sugármentesítéshez az alkatrészeket hevitőbe helyezzük,a hevitőt légmentesen lezárjuk, majd a sugármentesítést zárt rendszerben három lépésben oxigéntartalmú gáz bevezetése közben végezzük, az első lépésben az alkatrészeket gáz leadási hőmérsék letre hevitjük és ezen a hőmérsékleten tartjuk mindaddig, amíg a fémtricid szennyezés a triciumgázt teljesen leadja, a második lépésben a triciumgázt az oxigéntartalmú szállitógázzal egy túlhevítőbe áramoltatjuk, ahol a hidrogént tar talmazó triciumgázt egy magasabb égetési hőmérsékleten kata lizátor jelenlétében túlhevített triciált vízgőzzé eléget*- jük, a harmadik lépésben pedig a túlhevített triciált vízgőzt nedvszívó anyaggal töltött edénybe áramoltatva felfogjuk, a szállítógázt elszívjuk és a sugármentesitett alkat- 27 részeket a hevitőből kivesszük.
- 8-2. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganato9itási módja, azzal jellemezve, hogy a hevitőben a gáz leadási hőmérsékletet e&őnyösen 430 C-ra, az égetési hőmérsékletet pedig a tulhetivőben -eiőnyöeen 650 C-ra választjuk. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás foganatositási módja, azzal jellemezve, hogy a túlhevítőben katalizátorként rézoxidot alkalmazunk. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatositási módja, azzal j ellemezve, hogy a triciált vízgőz felfogására nedvszivó anyagként-=pi=v szilikagélt alkalmazunk. 5. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatositási módja, azzal j e llemezve, hogy a triciált vizgőzt folyadékon történő átvezetéssel folyadékban felfogjuk. 6. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatositási módja, azzal jellemezve, hogy a triciált vizgőzt egy hőszigeteléssel ellátott edényben hűtőfolyadék pl. folyékony nitrogén elpárologtatásával 0 C hőmérséklet alá történő lehűtéssel /kifagyasztással/ felfogjuk. 7. Berendezés az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítására, femtriciddel szennyezett alkatrészek, pl. iongetterszivattyuk, vagy neutrongenerátor alkatrészek sugármentesítésére, azzal je 1 le m e zv e, hogy gázbevezető csővel /4/, elektromos fűtőtesttel /24/ és hőmérséklet szabályozóval /2/ ellátott hevitője /3/, a hevitő belső teréhez átvezető csővel /6/ tulhevitő égetőcsatorna /10/ csat lakozik, a tulhevitő /8/ elektromos fűtőtesttel /43/ és hőmérsékletszabályozóval /7/ van ellátva, az égető csatornában /10/ katalizátor /9/ pl. rézoxid van, az égető csatorna 30 hoz /10/ gázelvezető csővel /19/ szelepen /12/ át vizgőzfel
- 9 - fogó szerv /13/ van kapcsolva, a vizgőzfelfogó szervhoz /13/ elszivó csővel /16/ szelepen /17/ át elszivó berendezés /18/ csatlakozik. /I. ábra/ 8. A 7. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal j ellemezve, hogy a hevitő /3/ karimával ellátott hengerpalástból /21/, a hengerpalástot /2l/ két végén lezáró fedélből /22/, az egyik fedélen /22/ átvezetett termoelem tokból /26/ a hengerpalást /2l/ belső terében elhelyezett tárgytartó asztalból /25/, elektromos fűtőtestből /24/, valamint a sugármentesitendő alkatrész /l/ zárólapján benyúló gázbevezető csőből /4/ és gázátvezető csőből /6/ áll. /2..ábra/ 9. A 7. vagy 8. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a tulhevitő /8/ hengerpalástból /4l/, a hengerpalást /4l/ két végét lezáró fedélből/42/, a két fedél furatán /44/ átvezetett égető csatornából /10/ az égető csatorna két végén tömitőgyürün/45/ bevezetett gázátvezető^ csőből /6/, illetve gázelvezető csőből /19/ az égető csatornát'/10/ körülvevő elektromos fűtőtestből /43/ és az egyik fedélen/42/ átvezetett termoelem tokból /27/ áll. /3. ábra/ 10. A 7-9. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a vizgőzt felfogó szerv /13/ szilikagélt tartalmazó edényből áll. /l.ábra/ 11. A 7-9. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal j e llemezve, hogy a vizgőzt felfogó szerv /13/ folyadékot tartalmazó edényből áll. /I. ábra/ 12. A 7-9. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jell elm e z v e,hogy a vizgőzt felfogó szerv 30 /13/hőszigeteléssel van süllyes5jrve-r--/l.ábra/ í> ( 3 i ; M,
1 f) 5 f) 1 MTA KÖZPONTI FIZIKAI KUTATÓ INTÉZETE ^ 3 4 2 / ' 2/1. I.ábra
MTA KÖZPONTI FIZIKAI KUTATÓ INTÉZETE 45 44 42 8 10 9 41 43 42 26 45 1 O O O 0 0 1 zyzz/yy/y/y/yy/yy/yy 3. ábra 22 23 3H V/z/yy///////////1 V 2. ábra Z. v tö^'o /v f- M ^ k I C -J icí^fla W '