特許 6446428 液体中の放射性核種を除去するための装置および方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6446428

(24)【登録日】2018年12月7日

(45)【発行日】2018年12月26日

(54)【発明の名称】液体中の放射性核種を除去するための装置および方法

(51)【国際特許分類】

   G21F 9/12 20060101AFI20181217BHJP

   G21F 9/06 20060101ALI20181217BHJP

   G21F 7/00 20060101ALI20181217BHJP

   G21F 1/08 20060101ALI20181217BHJP

   B01J 39/02 20060101ALI20181217BHJP

   B01J 39/10 20060101ALI20181217BHJP

   B01J 47/024 20170101ALI20181217BHJP

【ＦＩ】

   G21F9/12 512F

   G21F9/12 511A

   G21F9/06 521A

   G21F9/06 521G

   G21F9/12 501D

   G21F7/00 C

   G21F1/08

   B01J39/02

   B01J39/10

   B01J47/024

【請求項の数】44

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2016-501819(P2016-501819)

(86)(22)【出願日】2014年3月13日

(65)【公表番号】特表2016-512883(P2016-512883A)

(43)【公表日】2016年5月9日

(86)【国際出願番号】US2014025322

(87)【国際公開番号】WO2014151268

(87)【国際公開日】20140925

【審査請求日】2017年3月13日

(31)【優先権主張番号】61/788,230

(32)【優先日】2013年3月15日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】14/153,277

(32)【優先日】2014年1月13日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】14/153,291

(32)【優先日】2014年1月13日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】515255593

【氏名又は名称】アバンテック インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】特許業務法人 谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】トレイシー エー．バーカー

(72)【発明者】

【氏名】ジェイムス エル．ブラウン

【審査官】 杉田 翠

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５８−１４０６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−０２３８９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３１３１３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２０３２９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｊ３９／００−４９／０２

Ｃ０１Ｇ４９／００−４９／０８

Ｃ０２Ｆ１／２８

１／４２

１／５８−１／６４

Ｇ２１Ｃ１１／００−１３／０３２

１３／０４−１３／０８

１３／１０

１９／００−１９／１０

１９／１２−１９／３１３

１９／３２−１９／５０

２３／００

Ｇ２１Ｆ１／００−５／０４

５／０８−９／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体から放射性核種を除去するための容器であって、前記容器は、
イオン交換室をその中に画定するハウジングであって、前記ハウジングは下方部分および上方部分を有するハウジングと、
前記ハウジングを支持する基部と、
前記イオン交換室と流体連通するプロセス入口と、
前記イオン交換室と流体連通するプロセス出口と、
前記ハウジングの下方部分を囲む第１の遮蔽体と、
前記ハウジングの上方部分を囲む第２の遮蔽体と、
を備え、
前記第１の遮蔽体は、前記第２の遮蔽体より大きい厚さを有し、
前記イオン交換室の底面に近接して配置された入口ディフューザと、
前記イオン交換室の上面に近接して配置された出口収集ヘッダと、
をさらに備え、
前記プロセス入口は、前記入口ディフューザと流体連通し、前記プロセス出口は、前記出口収集ヘッダと流体連通している、
ことを特徴とする液体から放射性核種を除去するための容器。

【請求項2】

前記ハウジングはその中に上方室を画定するライザをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の容器。

【請求項3】

前記上方室は、鉛玉で充填されることを特徴とする請求項２に記載の容器。

【請求項4】

前記ライザは、前記イオン交換室と連通した少なくとも１つの検査孔を備えることを特徴とする請求項２に記載の容器。

【請求項5】

前記第１および第２の遮蔽体は、複数の鉛板を備えることを特徴とする請求項１に記載の容器。

【請求項6】

前記ハウジングは、前記ハウジング中に延び、イオン交換室から隔離している内殻を備えることを特徴とする請求項１に記載の容器。

【請求項7】

前記容器の外側と前記内殻との間に延びている第１の流体通路と、
前記容器の外側と前記内殻との間に延びている第２の流体通路と、
をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の容器。

【請求項8】

前記容器は、前記第１の流体通路、前記内殻、および第２の流体通路の間を、対流空気流が通過することを特徴とする請求項７に記載の容器。

【請求項9】

前記基部は、複数の積み重ねられたプレートを備えることを特徴とする請求項１に記載の容器。

【請求項10】

前記第１の流体通路に沿って配設されたベントシールドスタックをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の容器。

【請求項11】

液体から放射性核種を除去するための容器であって、前記容器は、
外殻と、外殻内に配設された内殻を備えた遮蔽されたハウジングであって、前記ハウジングは前記内殻と外殻との間にイオン交換室を画定する遮蔽されたハウジングと、
前記イオン交換室と流体結合された入口であって、前記入口は前記流体の源と流体連通して配置された入口と、
前記イオン交換室と流体結合された出口であって、前記出口は前記流体の行先と流体連通して配置された出口と、
前記容器の外側と前記内殻との間に延びている第１の流体通路と、
前記容器の外側と前記内殻との間に延びている第２の流体通路と、
を備え、
遮蔽体の厚さは、前記ハウジングの長さに沿って変化し、前記遮蔽体の下方部分の厚さは、前記遮蔽体の上方部分の厚さよりも厚く、
前記イオン交換室の底面に近接して配置された入口ディフューザおよび前記イオン交換室の上面に近接して配置された出口収集ヘッダをさらに備え、前記入口は、前記入口ディフューザと流体連通し、前記出口は、前記出口収集ヘッダと流体連通していることを特徴とする放射性核種を除去するための容器。

【請求項12】

遮蔽体は、前記ハウジングに巻きつけられた複数の鉛板を備えることを特徴とする請求項１１に記載の容器。

【請求項13】

前記入口および前記入口ディフューザの間に延びる入口スプール、ならびに前記出口および前記出口収集ヘッダの間に延びる出口スプールをさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の容器。

【請求項14】

前記入口スプールおよび前記出口スプールの少なくとも一部は前記内殻中に延びることを特徴とする請求項１３に記載の容器。

【請求項15】

前記ハウジングを支持する基部をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の容器。

【請求項16】

前記基部は、複数の積み重ねられたプレートを備えることを特徴とする請求項１５に記載の容器。

【請求項17】

前記第１の流体通路は、前記基部を貫通して延びることを特徴とする請求項１５に記載の容器。

【請求項18】

前記第１の流体通路に沿って配設されたベントシールドスタックをさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の容器。

【請求項19】

前記容器は、前記第１の流体通路、前記内殻、および第２の流体通路の間を、対流空気流が通過することを特徴とする請求項１１に記載の容器。

【請求項20】

放射性液体を収容する貯蔵タンクの近くに配置され、前記液体から放射性核種を除去する構成としたアセンブリであって、前記アセンブリは、
少なくとも１つのフィルタを備えたフィルタ容器と、
複数のイオン交換容器と、
を備え、
前記イオン交換容器は、それぞれ、
外殻と外殻内に配設された内殻を備えた遮蔽されたハウジングであって、前記ハウジングは前記内殻と外殻との間にイオン交換室を画定する遮蔽されたハウジングと、 前記イオン交換室と流体連通するプロセス入口と、
前記イオン交換室と流体連通するプロセス出口と、
前記容器の外側と前記内殻との間に延びている第１の流体通路と、
前記容器の外側と前記内殻との間に延びている第２の流体通路と、
を備え、
遮蔽体の厚さは、前記ハウジングの長さに沿って変化し、前記遮蔽体の下方部分の厚さは、前記遮蔽体の上方部分の厚さよりも厚く、
前記イオン交換室内の底面に近接して配置された入口ディフューザと、
前記イオン交換室内の上面に近接して配置された出口収集ヘッダと、をさらに備え、
前記プロセス入口は、前記入口ディフューザと流体連通し、前記プロセス出口は、前記出口収集ヘッダと流体連通している
ることを特徴とするアセンブリ。

【請求項21】

前記少なくとも１つのフィルタは、回転マイクロフィルタであることを特徴とする請求項２０に記載のアセンブリ。

【請求項22】

前記フィルタ容器および前記イオン交換容器と結合した主通路をさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載のアセンブリ。

【請求項23】

前記イオン交換容器は、それぞれ、前記第１の流体通路、前記内殻、および第２の流体通路の間を、対流空気流が通過することを特徴とする請求項２０に記載のアセンブリ。

【請求項24】

放射性液体の処置のための容器であって、前記容器は、
イオン交換室をその中に画定する遮蔽されたハウジングであって、前記イオン交換室は内部上面と内部底面との間のその内部にイオン交換媒体を受け入れる構成としたハウジングと、
前記イオン交換室内の底面に近接して配置された入口ディフューザと、
前記イオン交換室内の上面に近接して配置された出口収集ヘッダと、
前記入口ディフューザと流体連通するプロセス入口と、
前記出口収集ヘッダと流体連通するプロセス出口と、
を備え、
前記プロセス入口が前記放射性液体の源と流動結合したとき、前記放射性液体は、前記イオン交換室に前記入口ディフューザを通して流入し、前記イオン交換室を通って上方に流れ、前記イオン交換室から前記出口収集ヘッダを通して流出し、次いで、前記容器から前記プロセス出口を通して流出し、
前記ハウジングの遮蔽体の下方部分の厚さは、前記ハウジングの遮蔽体の上方部分の厚さよりも厚いことを特徴とする容器。

【請求項25】

前記イオン交換媒体は、非再生可能であることを特徴とする請求項２４に記載の容器。

【請求項26】

前記イオン交換媒体は、結晶性シリコチタネートを含むことを特徴とする請求項２４に記載の容器。

【請求項27】

前記遮蔽されたハウジングは、鉛遮蔽体を含むことを特徴とする請求項２４に記載の容器。

【請求項28】

前記イオン交換室は、ステンレス鋼で形成されることを特徴とする請求項２４に記載の容器。

【請求項29】

前記入口ディフューザは、複数の入口スクリーンを含むことを特徴とする請求項２４に記載の容器。

【請求項30】

前記出口収集ヘッダは、複数の出口スクリーンを含むことを特徴とする請求項２９に記載の容器。

【請求項31】

前記プロセス入口および前記プロセス出口は、前記イオン交換室のライザ中に配置されることを特徴とする請求項２４に記載の容器。

【請求項32】

前記ハウジングは、前記ハウジング中に延び、イオン交換室から隔離している内殻を備えることを特徴とする請求項２４に記載の容器。

【請求項33】

放射性液体を処置するための方法であって、前記方法は、
少なくとも１つのイオン交換容器を提供するステップであって、
前記少なくとも１つのイオン交換容器は、その中にイオン交換室を画定し、前記イオン交換室は、内部上面と内部底面とを備え、
前記少なくとも１つのイオン交換容器は、さらに、
前記イオン交換室内の前記底面に近接して配置された液体入口と、
前記イオン交換室内の前記上面に近接して配置された液体出口と、
を備えたステップと、
イオン交換媒体を前記イオン交換室内に提供するステップと、
放射性液体がイオン交換媒体を通って上方に流れるように、少なくとも１つのイオン交換容器の液体入口を放射性液体の源と流動結合するステップと、
放射性液体から放射性核種を除去して、処置された液体をもたらすステップと、および
前記処置された液体が少なくとも１つのイオン交換容器から外部へ移送されるように、前記処置された液体を前記液体出口において収集するステップと、
を含み、
前記液体入口が入口ディフューザであり、
前記イオン交換容器の下方部分の厚さは、前記イオン交換容器の上方部分の厚さよりも厚いことを特徴とする方法。

【請求項34】

前記イオン交換媒体は、非再生可能であることを特徴とする請求項３３に記載の方法。

【請求項35】

前記イオン交換媒体は、結晶性シリコチタネートを含むことを特徴とする請求項３４に記載の方法。

【請求項36】

前記少なくとも１つのイオン交換容器の上流における前記放射性液体を濾過するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。

【請求項37】

前記濾過するステップは、少なくとも１つの回転マイクロフィルタを用いてなされることを特徴とする請求項３６に記載の方法。

【請求項38】

前記少なくとも１つのイオン交換容器の上流における前記放射性液体を、チタン酸一ナトリウムストライクを使用して処置するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。

【請求項39】

前記少なくとも１つのイオン交換容器は、直列配置に流体結合された複数のイオン交換容器を含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。

【請求項40】

前記放射性液体の源は、液体貯蔵タンクであることを特徴とする請求項３３に記載の方法。

【請求項41】

前記少なくとも１つのイオン交換容器は、前記液体貯蔵タンクに近接して配置されていることを特徴とする請求項４０に記載の方法。

【請求項42】

前記放射性核種は、セシウムを含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。

【請求項43】

前記放射性核種は、ストロンチウムを含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。

【請求項44】

前記イオン交換容器は、前記イオン交換容器中に延び、イオン交換室から隔離している内殻を備えることを特徴とする請求項３３に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般に、液体中の放射性核種の処置および廃棄に関する。

【背景技術】

【0002】

よく知られているように、放射性物質は、特に、工業、医療、農業、および環境活動で、広く使用されている。たとえば、放射性廃棄物が原子力施設で生成され、原子力施設においては、放射能汚染物質の除去のための処置を必要とするいくつかの液体プロセスおよび廃棄物流が存在する。この廃棄物の管理は、一般的に、処置、一時貯蔵、および永久処分場への廃棄物の輸送を含む。

【0003】

たとえば、サバンナリバーサイト（Savannah River Site：ＳＲＳ）およびハンフォードサイト（Hanford Site）は、米国エネルギー省（ＤＯＥ）によって所有され、それぞれ、サウスカロライナ州およびワシントン州に位置する原子力指定区域である。これらのサイトでの液体廃棄物事業契約は、それぞれ、ＵＲＳ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって率いられる会社チームであるサバンナリバーレメディエーション（Savannah River Remediation：ＳＲＲ）およびワシントンリバプロテクションソリューションズ（Washington River Protection Solutions：ＷＲＰＳ）によって実施されている。これらの契約の主な対象は、これらのサイトで過去に行われた作業に関連付けられた浄化活動である。

【0004】

特に、毒性が高い大量の高レベル放射性廃棄物はＳＲＳおよびハンフォードサイトに配置されている。ＳＲＳでは、数億のキュリー（３７ギガベクレル）を有する約４０００万ガロン（約１億５０００万リットル）のこの廃棄物が、スラッジ、塩、液体の形態で見られる。主要な放射線核種は、プルトニウム、ストロンチウム９０、およびセシウム１３７であり、ストロンチウムおよびセシウムは放射能の９５％より多くを占める。大量の超ウラン（ＴＲＣ）廃棄物もサイトに貯蔵される。ハンフォードには、約６０００万ガロン（約２億３０００万リットル）の同様の廃棄物が存在する。

【0005】

この廃棄物を扱う現在の計画では、まず、ハンフォードにおける再生可能イオン交換、およびＳＲＳにおける液−液溶媒抽出および非再生可能イオン交換によって、廃棄物を前処理して、様々な放射線核種を除去する。知られているように、再生可能イオン交換および溶媒抽出はそれぞれ、大量の液体の放射性含有物を、少量の溶出液およびストリップ廃液に移すために効果的であり、非再生可能イオン交換は、大量の液体の放射性含有物を少量の固体に移すために効果的である。イオン交換プロセスは様々な方法で実装され得るが、イオン交換媒体の最も一般的使用は容器内の充填床である。より詳細には、イオン交換媒体は、一般的に、ステンレス鋼圧力容器の内部に含まれ、ステンレス鋼圧力容器は、設計された入口、出口、流れ分配システムを有し、指定された流量で媒体の床を介して均一に液体が浸透することを可能にする。無機および有機合成媒体を含む多くのタイプのイオン交換媒体は、この目的で使用可能である。

【0006】

ハンフォード、ＳＲＳにおけるイオン交換または溶媒抽出プロセスからの二次廃棄物は、最終的に、沈殿された固体と混合され、ガラス固化と呼ばれるプロセスを通して固定化される。ガラス形成材料が高温度で廃棄物に加えられて、溶融ガラスを形成する。次いで、溶融物質はステンレス鋼コンテナ内に注がれ、そこでガラスはそれが冷えるにつれて硬化する。廃棄物は依然として放射性であるが、もはや流動的でない（したがって環境中に容易に拡散されない）。ＳＲＳでは、軍事廃棄物処理施設（Defense Waste Processing Facility：ＤＷＰＦ）と呼ばれるガラス固化施設が、１年あたり約１００億ドルの事業費で過去１５年間稼動している。この期間中、タンク内の廃棄物量およびスラッジ量は、液体廃棄物を処置する能力の不足のため、実際のところ増加している。ハンフォードでは、廃棄物処置プラント（Waste Treatment Plant：ＷＴＰ）と呼ばれるガラス固化施設が過去１１年間建設中であるが、少なくとも２０１９年までまたはそれ以降に動作を開始することが見込まれていない。不都合なことに、ハンフォードは、ガラス固化プロセスの動作の前の処理を必要とする複数の漏洩タンクを有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】米国特許第６，３８７，２７４号明細書

【特許文献2】米国特許出願第１３／８６２，００９号明細書

【特許文献3】国際公開第２０１３／０８５６４４号

【特許文献4】米国特許第７，９２６，６６６号明細書

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅ Ａ． Ｓｅｒｒａ ＆ Ｍａｒｋ Ｒ． Ｗｉｅｓｎｅｒ著「Ａ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｒｏｔａｔｉｎｇ ａｎｄ Ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｄｉｓｋ Ｆｉｌｔｅｒｓ Ｕｓｉｎｇ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ」（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ １６５（２０００）１９−２９頁）

【非特許文献2】Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ編「Ｂｏｉｌｅｒ ａｎｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｖｅｓｓｅｌ Ｃｏｄｅ」（Ｓｅｃｔｉｏｎ ＶＩＩＩ）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、従来技術の構成および方法の様々な考慮事項を認識し解決する。これに関連して、本発明の実施形態は、液体から放射線核種を除去するための容器を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

容器は、イオン交換室をその中に画定するハウジングを備える。ハウジングは、下方部分および上方部分を有する。容器はまた、ハウジングを支持する基部と、イオン交換室と流体連通するプロセス入口と、イオン交換室と流体連通するプロセス出口とを備える。さらに、容器は、前記ハウジングの下方部分を囲む第１の遮蔽体と、前記ハウジングの上方部分を囲む第２の遮蔽体とを備える。第１の遮蔽体は、第２の遮蔽体より大きい厚さを有する。

【0011】

さらなる実施形態によれば、本発明は、液体から放射線核種を除去するための容器を提供する。容器は、遮蔽されたハウジングを備え、遮蔽されたハウジングは、外殻と、外殻内に配設された内殻とを備える。ハウジングは、外殻と内殻との間にイオン交換室を画定する。容器はまた、イオン交換室と流体結合された入口であって、液体の源と流体連通するように構成された入口と、イオン交換室と流体結合された出口であって、液体の行先と流体連通するように構成された出口とを備える。容器は、容器の外側と内殻との間に延びている第１の流体通路と、容器の外側と内殻との間に延びている第２の流体通路とをさらに備える。

【0012】

さらに別の実施形態によれば、本発明は、放射性液体を収容する貯蔵タンクの近くに配置されるように構成され、前記液体から放射線核種を除去するように構成された、アセンブリを提供する。アセンブリは、少なくとも１つのフィルタを備えるフィルタ容器と、複数のイオン交換容器とを備える。イオン交換容器は各々、外殻と外殻内に配設された内殻とを備える遮蔽されたハウジングを備える。ハウジングは、外殻と内殻との間にイオン交換室を画定する。イオン交換容器はまた、イオン交換室と流体連通するプロセス入口と、イオン交換室と流体連通するプロセス出口とを備える。さらに、イオン交換容器は各々、容器の外側と内殻との間に延びている第１の流体通路と、容器の外側と内殻との間に延びている第２の流体通路とを備える。

【0013】

さらなる実施形態によれば、本発明は、放射性液体の処置のための容器を提供する。容器は、イオン交換室をその中に画定する遮蔽されたハウジングを備える。イオン交換室は、内部上面と内部底面との間のその内部にイオン交換媒体を受け入れるように構成される。容器は、底面に近接してイオン交換室に配設された入口ディフューザ（inlet diffuser）と、上面に近接してイオン交換室に配設された出口収集ヘッダ（outlet collection header）とをさらに備える。また、容器は、入口ディフューザと流体連通するプロセス入口と、出口収集ヘッダと流体連通するプロセス出口とを備える。

【0014】

さらに別の実施形態では、本発明は、放射性液体を処置するための方法を提供する。方法は、少なくとも１つのイオン交換容器を提供するステップを含み、少なくとも１つのイオン交換容器は、イオン交換室をその中に画定する。イオン交換室は、内部上面と内部底面とを有する。少なくとも１つのイオン交換容器は、底面に近接してイオン交換室に配設された液体入口と、上面に近接してイオン交換室に配設された液体出口とをさらに備える。方法はまた、イオン交換室内にイオン交換媒体を提供するステップを含む。方法は、放射性液体がイオン交換媒体を通って上方に流れるように、少なくとも１つのイオン交換容器の液体入口を放射性液体の源と流動結合するステップをさらに含む。また、方法は、放射性液体から放射線核種を除去して、処置された液体をもたらすステップを含む。最後に、方法は、処置された液体が少なくとも１つのイオン交換容器から外へ移されるように、処置された液体を液体出口において収集するステップを含む。

【0015】

当業者は、添付の図面に関連して好ましい実施形態の以下の詳細な説明を踏まえた後、本発明の範囲を認識し、また本発明の追加的態様を理解するであろう。

【図面の簡単な説明】

【0016】

当業者に向けられた本発明の最良の形態を含む本発明の完全な実施可能な開示が、添付された図面を参照する明細書で説明される。

【図1A】本発明の実施形態による、タンク近傍（near-tank）濾過およびイオン交換アセンブリを備える原子力施設における例示的な廃水処置システムの概略図である。

【図1B】本発明の実施形態による、タンク近傍濾過およびイオン交換アセンブリを備える原子力施設における例示的な廃水処置システムの概略図である。

【図2】図１Ａ〜図１Ｂのシステムと共に使用され得る本発明の実施形態によるタンク近傍濾過およびイオン交換アセンブリの等角図である。

【図3】図２のタンク近傍濾過およびイオン交換アセンブリの側面図である。

【図4】図２のタンク近傍濾過およびイオン交換アセンブリの上面図である。

【図5】図２のタンク近傍濾過およびイオン交換アセンブリの端面図である。

【図6】たとえば図２の濾過およびイオン交換アセンブリの部分として、図１Ａ〜図１Ｂのシステムと共に使用され得る、例示的なイオン交換容器の等角図である。

【図7】図６のイオン交換容器の側面図である。

【図8】図６のイオン交換容器の上面図である。

【図9】図８の線Ａ−Ａに沿って見られた図６のイオン交換容器の断面図である。

【図10】図６のイオン交換容器のライザ（ｒｉｓｅｒ）、上方プレート、およびイオン交換室の間のインターフェースの断面詳細図である。

【図11】図６のイオン交換容器のイオン交換室、下方プレート、および基部の間のインターフェースの断面詳細図である。

【図12】一部を切り取られた図６のイオン交換容器の等角図である。

【図13】図８の線Ｂ−Ｂに沿って見られた図６のイオン交換容器の断面図である。

【図14】図７の線Ｃ−Ｃに沿って見られた図６のイオン交換容器の断面図である。

【図15】図７の線Ｄ−Ｄに沿って見られた図６のイオン交換容器の断面図である。

【0017】

本明細書および図面における参照符号の繰返し使用は、本発明の同じまたは類似の特徴または要素を表すことが意図されている。

【発明を実施するための形態】

【0018】

ここで、本発明の現在好ましい実施形態を詳細に参照し、それらの１または複数の例が添付図面に示される。各例は、本発明の限定ではなく本発明の説明として提供される。実際、本発明の範囲または趣旨から逸脱することなく本発明において修正および変形が行われ得ることは、当業者には明らかであろう。たとえば、一実施形態の部分として例示または説明された特徴が別の実施形態に対して使用されて、さらに他の実施形態を生じることがある。したがって、本発明はそのような修正および変形を含むことが意図される。

【0019】

液体中の放射性物質の除去のための液体処置の様々なシステムおよび技法は、特許文献１（「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｒｅｍｏｖａｌ ｏｆ Ｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｆｒｏｍ Ｌｉｑｕｉｄ Ｗａｓｔｅ」）、特許文献２（「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｒｅｍｏｖａｌ ｏｆ Ｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｆｒｏｍ Ｌｉｑｕｉｄ Ｗａｓｔｅ」）、および特許文献３（「Ｆｌｕｉｄ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ」）に示され説明されている。上記の特許および特許出願は各々、あらゆる目的でそれらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0020】

本発明の実施形態は、液体から放射線核種を除去するための液体処置システムおよび方法を提供する。本発明のいくつかの実施形態は、原子力施設において放射線排水流を処理する際に使用するのに特に適しており、下記の議論は、その文脈で好ましい実施形態を説明する。たとえば、本発明の実施形態は、上述されたハンフォードにおける漏洩タンク問題を含むがそれに限定されない様々な廃水問題に対処するために使用され得る、新規のシステムおよび方法を提供する。しかしながら、本発明はそのように限定されないことは当業者には理解されよう。実際、本発明の実施形態は、核分裂生成物質を含む任意の液体と共に、また原子力施設以外の産業環境において使用され得ることが企図される。

【0021】

水性液体からの放射線核種などの汚染物質の選択的除去のための多くのタイプのビーズ状および粒状媒体があることが、本技術分野をよく知る者には理解されよう。本明細書で使用される場合、用語「イオン交換」は、本発明内で発生し得る任意およびすべてのプロセス、たとえば、これらに限定されないが、イオン交換、吸収、共沈などを指す。したがって、用語「イオン交換」は、複数の除去機構を企図する。

【0022】

図１Ａ〜図１Ｂは、本発明の実施形態による、原子力施設における廃水処置システム１０の概略図である。たとえば、放射線ストロンチウム（Ｓｒ）、アクチニド、およびセシウム（Ｃｓ）の１または複数を含む、大量の高レベル核廃棄物が、大きな貯蔵タンク１２に貯蔵され得る。与えられた原子力施設は多くの貯蔵タンク１２を備え得るが、単一のそのようなタンクが示されている。一例では、貯蔵タンク１２は、１００万ガロン（３７８５４１１．７８４リットル）を超える容積を有し、上澄み、芒硝、スラッジ、および固体を含む廃棄物を貯蔵することができる。上澄みは、たとえば、高濃度の硝酸ナトリウムおよび亜硝酸ナトリウム塩を有することができる、液体塩溶液を含むことができる。スラッジは、沈殿された固体および不溶性廃棄物を含むことができ、固体は、結晶化された塩（「芒硝」）の形態であり得る。

【0023】

システム１０のいくつかの発明態様が下記により詳細に説明される。しかしながら、一般に、システム１０は、貯蔵タンク１２内の上澄みから（Ｓｒ、アクチニド、およびＣｓを含むがそれらに限定されない）１または複数の放射線核種を除去して、除染された塩溶液（decontaminated salt solution：ＤＳＳ）１４を生じさせるように動作する。次いで、ＤＳＳ１４は、最終処分のためのさらなる処置１６のために（たとえば、タンクローリまたはパイプラインを介して）別の施設に送られ得る。たとえば、ＤＳＳ１４は、グラウトまたはセメント混合物として固定化され、ボールト内に配置され得る。当業者は、低レベルガラス固化器（low level vitrifier）への移送など、ＤＳＳ１４に対する他のさらなる処置をよく知っている。最後に、貯蔵タンク１２内のスラッジおよび固体は、最終的な高レベルガラス固化のために別の貯蔵タンクに移され得る。システム１０を通る液体の流量は、貯蔵タンク１２内の上澄み中の塩濃度に依存し得る。たとえば、塩濃度が低い施設において、流量は、約８０〜１００ガロン（約３０２．８３３〜３７８．５４１リットル）／分であり得る。逆に、塩濃度がより高い施設において、流量は、約２０ガロン（約７５．７０８リットル）／分であり得る。

【0024】

より具体的には、一実施形態では、システム１０は、まず、チタン酸一ナトリウム（ＭＳＴ）ストライク（strike）を使用して貯蔵タンク１２内の廃棄物を処置することができる。この処置はすべての実施形態で必要とされるものではないが、当業者によって理解されるように、それは、貯蔵タンク１２内の上澄み中のＳｒおよびアクチニドを吸収するために使用され得る。これに関連して、移送ポンプ１８が、ＭＳＴ貯蔵タンク２０から貯蔵タンク１２にＭＳＴを送り込むことができる。ＭＳＴが上澄み中のＳｒおよびアクチニドを十分に吸収できることを確実にするために、少なくとも１つの水中混合ポンプ２２が、貯蔵タンク１２と結合され得る。代替的実施形態では、ストライクは、タンク１２の外部で、濾過容器３０とイオン交換容器３８、４０、４２との間の濾過容器３０の上流、またはイオン交換容器３８、４０、４２の下流に配置された部品またはタンクにおいて行われてよい。

【0025】

次に、貯蔵タンク１２内の上澄みを処理するために、システム１０は、好ましくは、貯蔵タンク１２と流体連通する濾過およびイオン交換アセンブリ２４を備える。示されるように、たとえば、システム１０は、移送ポンプ２６を備えることができ、移送ポンプ２６は、貯蔵タンク１２と結合され、二次的に収容され遮蔽され得る適切な配管２８を介して貯蔵タンク１２から濾過およびイオン交換アセンブリ２４へ上澄みを送り込むように動作可能である。イオン交換媒体を汚すおそれがある微粒子または他の固体がイオン交換容器内へ通過するのを防止するために、液体廃棄物は好ましくはその上流で濾過される。さらに、ＭＳＴストライクが濾過の前に使用される場合、濾過はさらに、イオン交換容器内に供給される廃棄物流内にアクチニドが存在しないことを確実にするができる。

【0026】

したがって、濾過およびイオン交換アセンブリ２４は、好ましくは、複数のイオン交換容器の上流に複数のフィルタを備えることができる。例示された実施形態では、濾過およびイオン交換アセンブリ２４は、３つのフィルタ３２、３４、３６を含む濾過容器３０を備える。さらに、濾過およびイオン交換アセンブリ２４は、この実施形態では、３つのイオン交換容器３８、４０、４２を備える。イオン交換容器３８、４０、４２は、濾過容器３０の下流のリード−ミドル−ラグ（lead-middle-lag）構成であってよい。イオン交換容器３８、４０、４２は、やはり二次的に収容され遮蔽され得る配管４４を介して濾過容器３０と流体連通する。この実施形態では３つのフィルタ３２、３４、３６が示されているが、他の実施形態は３つより少ないまたは多いフィルタを有してもよいことは、当業者には理解されよう。同様に、他の実施形態は、特定の液体処置システムの要件に応じて、たとえばリードラグ構成の２つのイオン交換容器、１つのイオン交換容器、または３つより多いイオン交換容器を備えることができる。

【0027】

好ましい実施形態では、フィルタ３２、３４、３６は、並列または直列に動作する回転マイフロフィルタ（ＲＭＦ）とすることができる。当業者はこの目的に適切なＲＭＦをよく知っているが、好ましい実施形態において、ＲＭＦは、その開示があらゆる目的で参照によりその全体として本明細書に組み込まれる特許文献４に説明されているＲＭＦと同様であってもよい。市販のＲＭＦは、カリフォルニア州ロスアラミトスのＳｐｉｎｔｅｋ Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎによって提供されている。加えて、ＲＭＦの態様は、あらゆる目的で参照によりその全体として本明細書に組み込まれる、非特許文献１に説明されている。他の実施形態は、もちろん、当業者に知られている他の適切なフィルタを使用してもよい。

【0028】

好ましくは、ＲＭＦユニットおよびそれらの関連付けられた配管は、好ましくは適切に遮蔽される濾過容器３０に取り付けられる。ＲＭＦユニットは、ＲＭＦの加圧された動作を可能にする回転メカニカルシールまたは同様の密封デバイスを用いて濾過容器３０の頂部に取り付けられ得る。この構成は、濾過容器３０とイオン交換容器３８、４０、４２との両方が、ちょうど同じホイストおよび機械的リギングを用いて操作され動かされることを可能にする。一実施形態では、各ＲＭＦユニットは、静止円筒状ハウジング内部の中空回転軸にセットされた２５個の平坦な丸い０．５ミクロン（μｍ）フィルタ要素ディスクを含んでよい。貯蔵タンク１２からの上澄みは濾過容器３０に入り、そうすると、それは各ＲＭＦユニット内に供給される。上澄みは、各ＲＭＦ要素表面にわたって分散され、各フィルタ要素を通るように押しやられる。精密濾過により生じる（濾液としても知られる）透過液が、濾過された塩溶液（filtered salt solution:ＦＳＳ）である。ＦＳＳは各ＲＭＦの中空軸で収集され、配管４４へ排出されると、それはイオン交換容器３８に移送される。

【0029】

ＲＭＦから出力された残留物流（retentate stream）（濃縮流または拒絶流として知られることがある）は、引き続き貯蔵タンク１２に返されてよい。特に、各ＲＭＦにおいて、静止ディスクは回転要素ディスクと対向し、したがって流体回転を防止するように振る舞う。固体は、フィルタ要素上に堆積することなく、遠心力によって戻り配管４６内へ搬送され得る。戻り配管４６は、前述の配管２８および４４と同様に、好ましくは二次的に収容され遮蔽され得る。したがって、バックパルスシステムは、いくつかの実施形態では提供されることがあるが必須とされないことは理解されよう。（さらに、フィルタ３２、３４、３６のいくつかの実施形態は、連結を備えることができ、それによって、フィルタ要素からのデブリを洗浄および溶解するための酸または他の化学物質が添加され得る。）次いで、配管４６は、残留物流を貯蔵タンク１２に搬送して戻す。

【0030】

図１Ａ〜図１Ｂは、並列に動作するフィルタ３２、３４、３６を示しているが、上述されたようにフィルタ３２、３４、３６は直列に動作させてもよいことは理解されよう。実際、いくつかの設置形態において、直列動作は、高クロスフロー「フラッシング（flushing）」速度のため、並列動作よりも良い性能を提供することができる。フィルタ３２への供給フローは、フィルタ３２からの残留物流出力といくらか類似した特性を有し得るが、それは、プロセス流のごく一部のみが濾液として除去され得るからであり、したがって、フィルタ３２からの残留物流出力を（フィルタ３４または３６のような）第２または第３のフィルタに流れ込むように構成することは問題ではない。

【0031】

濾過容器３０から去ったＦＳＳは、次いで、濁度アナライザ４８を通ることができる。濁度アナライザ４８は、フィルタ３２、３４、３６が適切に動作していることを保証するために、ＦＳＳの濁度を分析することができる。濁度測定が許容可能でない場合、処置システム１０は、イオン交換媒体のファウリングの前に停止することができる。

【0032】

濁度測定が許容可能であるとすると、ＦＳＳは、放射線核種の除去のために、配管４４を経由してイオン交換容器３８、４０、および４２に順次進む。一実施形態では、イオン交換容器３８、４０、４２は、ＦＳＳからＣｓを除去するために使用され得るが、それらは、他の実施形態では、Ｃｓに加えてまたはＣｓの代わりに他の放射線核種を除去することができる。例示された実施形態において、イオン交換容器３８、４０、および４２は各々、好ましくはＣｓを除去するための適切なイオン交換媒体を充填され得る。好ましい実施形態では、イオン交換媒体は、結晶性シリコチタネート（Crystalline Silicotitanate：ＣＳＴ）媒体とすることができる。市販のＣＳＴ媒体の例は、イリノイ州デスプレーンズのＵＯＰ ＬＬＣによって提供されるＩＯＮＳＩＶ（登録商標）ＩＥ−９１１、および日本の日立市の日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社によって提供されるＨＳ−７２６である。当業者には理解されるように、ＣＳＴ媒体は、ＣＳに対して高い親和性を有し（またＳｒを除去するために使用され得る）が、それは一度のみ充填され得る非再生可能吸着剤である。したがって、いったん与えられたイオン交換容器内のＣＳＴ媒体が消費されると（それは、たとえば、ＦＳＳの物理的、化学的、および放射線的特性に応じて、使用のおよそ数週間または数カ月後であり得る）、イオン交換容器は、好ましくは、サービスから除去され、さらなる処理まで貯蔵場所に置かれ得る。貯蔵中、充填されたＣＳＴ媒体は熱を発生し、したがって、貯蔵されたイオン交換容器は冷却される必要があり得る。貯蔵されたイオン交換容器を受動的に冷却するための技法の一例は、先に参照された特許文献３に提供されている。他の実施形態では、充填されたイオン交換媒体が、さらなる処理および／または貯蔵のために、該当するイオン交換容器から別個の貯蔵タンクに流されることができる。

【0033】

重要なことに、以下でより詳細に論じられるように、イオン交換容器３８、４０、および４２は、好ましくは、従来技術で使用される下向流ではなく上向流で動作させられる。したがって、ＦＳＳは、まず配管４４からリードイオン交換容器３８内へ流れ、そこで、それはイオン交換媒体を通って上方に流れることができる。次いで、ＦＳＳ流は、配管５２を介してイオン交換容器３８から出てミドルイオン交換容器４０に入ることができる。その中のイオン交換媒体を通って上方に流れた後、ＦＳＳ流は、配管５４を介してイオン交換容器４０から出てラグイオン交換容器４２に入ることができる。最後に、ＦＳＳ流は、配管５６を介してイオン交換容器４２から出ることができる。配管５２、５４、５６は、好ましくは、二次的に収容され遮蔽され得る。

【0034】

上述されたように、イオン交換容器４２からの出力はＤＳＳ１４である。ＤＳＳ１４は、配管５６に沿って通り、放射線検出器５８に遭遇することができる。放射線検出器５８は、一実施形態では、タリウムで活性化されたヨウ化ナトリウムを使用するシンチレーション検出器（または別の適切なシンチレーション検出器）とすることができ、電離放射線の存在に関してＤＳＳ１４を分析することができる。したがって、放射線検出器５８は、イオン交換プロセスが適切にＦＳＳ流から対象とされた放射線核種を除去しているかどうかの全体的指標として機能することができる。したがって、放射線検出器５８はまた、イオン交換媒体が消費されたかどうかに関する情報を提供し、それにより、イオン交換容器３８、４０、４２交換または同様の是正措置のために、処置システム２０を停止するようにオペレータに警告することができる。

【0035】

対象とされた放射線核種（たとえば、Ｃｓおよび／またはＳｒ）が適切に除去されたとすると、ＤＳＳ１４は２つのサンプルタンク６０、５２内に入る。ＤＳＳ１４は、担当者がＤＳＳ１４をサンプリングし、それが任意のさらなる処置１６のための適用可能な廃棄物受入れ基準を満たすことを保証することができるように、サンプルタンク６０、６２内で循環（混合）されて貯蔵される。システム１０は、並列構成において２つのポンプ６４、６６をさらに備えることができる。廃棄物受入れ基準が満たされていると決定されると、ポンプ６４、６６は、適切な二次的に収容され遮蔽された配管６８を介するなどして、該当するさらなる処置１６に対してＤＳＳ１４を送り込むように動作可能である。１つのポンプ６４または６６のみが必要とされ得るが、２つのポンプ６４および６６が冗長に提供される。使用において、ポンプ６４および６６の一方のみが使い古されるまで動作してよく、その場合、他方は容易に実装され得る。ポンプ６４、６６は、好ましくは、やはり二次的に収容され遮蔽され得る配管７０を介して、タンク６０、６２と流体連通する。

【0036】

一般的に、一度にサンプルタンク６０または６２の一方のみが濾過およびイオン交換アセンブリ２４からＤＳＳ１４を受け入れることができ、これは、タンク６０または６２の他方がサンプリングされることを可能にする。注目すべきことに、システム１０は、好ましくは、サンプリングされているタンク６０または６２内のＤＳＳ１４の混合を促進するためにバイパスループを備える。具体的には、サンプルタンク６０、６２が、好ましくは、ＤＳＳ１４を混合し均一サンプルを保証するために、タンク内に配設された排出装置７２、７４を備える。配管７６を介して、混合排出装置７２、７４は、好ましくは、ポンプ６４、６６の下流の配管７０と流体連通する。したがって、たとえば、タンク６０がサンプリングされているとき、タンク６２は、濾過およびイオン交換アセンブリ２４からＤＳＳ１４を受け入れていることができる。システム１０は、動作中のポンプ６４または６６に、ＤＳＳ１４をタンク６０から送り出させることができる。次いで、システム１０は、ポンプから去るＤＳＳ１４が、さらなる処置１６をバイパスし、代わりに配管７０から配管７６に入り、最終的に、タンク６０内のＤＳＳ１４を混合させる混合排出装置７２に戻るようにすることができる。サンプルが適用可能な廃棄物受入れ基準を満たすとすると、システム１０は、ポンプがタンク６０からＤＳＳ１４をさらなる処置１６に送り込むようにすることができる。次いで、タンク６２内に貯蔵されているＤＳＳ１４が、同様の方法で混合されサンプリングされることができ、タンク６０が、濾過およびイオン交換アセンブリ２４からＤＳＳ１４を受け入れることができる。

【0037】

システム１０の動作中に大量の熱が発生され得ることは、当業者には理解されよう。システム１０が動作しているとき、システム１０を通って流れる液体流が、様々な部品を冷却する。しかしながら、システム１０が何らかの理由で停止されているとき、液体流は流れていないことがある。したがって、システム１０は、少なくとも（イオン交換容器３８、４０、および４２の下流の）配管５６と（イオン交換容器３８、４０、および４２の上流の）配管４４との間に延びることができる予備冷却ループ７８を備えることができる。示されるように、冷却ループ７８は、加熱された液体廃棄物流からの熱伝達を促進することができる熱交換器８０を備えることができる。ポンプ８１は、熱交換器８０の上流に冷却ループ７８に沿って設けられて、それに沿って液体流を送り出すことができる。加えて、破線８２で示されるように、他の実施形態では、冷却ループ７８は、濾過容器３０の上流の配管２８まで延びてもよい。

【0038】

さらに、当業者は、システム１０のための適切な保守システムよく知っている。１つの非限定的例では、水酸化ナトリウムと混合された水のような抑制された水（inhibited water）が、タンク８４から送り出されてシステム１０部品を洗浄するために使用され得る。抑制された水は、当業者には理解されるように、特定のシステム部品において必要とされるまたは所望されるｐＨレベルを維持するために使用される。タンク８４は、配管８６を介して配管２８と流体連通することができる。配管８６に沿って配設されたポンプ８８は、抑制された水をタンク８４から配管２８およびシステム１０内の他の部品に送り込むために使用され得る。したがって、システム１０が使用中でないとき、抑制された水は、保守のためまたは腐食を防止するために、濾過およびイオン交換アセンブリ２４を洗い流すのに使用され得る。

【0039】

加えて、システム１０は、圧縮された空気源９０から圧縮された空気を受け入れるように構成され得る。特に、配管９２を介して、圧縮された空気源９０は、配管１０（ひいては他のシステム部品と）と流体連通することができる。したがって、圧縮された空気源９０は、たとえば、修理またはサービスのために部品を分離する前に、空気をシステム１０全体へ駆動してシステム１０の部品から水を除去することができる。

【0040】

図２〜図５は、濾過およびイオン交換アセンブリ２４の実施形態に関する追加の詳細を示す。背景として、原子力施設における廃水処置システムは、いくらか分散化されることが多い。たとえば、処理されるべき排水を含む貯蔵タンクは、フィルタ、イオン交換部品、または他の貯蔵タンクなど他のシステム部品から、配管の長さだけ分離され得る。これは、高価であると共に非効率的であることは理解されよう。さらに、上に説明されたように、ＣＳＴ媒体は液体供給流からＣｓおよび／またはＳｒを除去するために特に効率的な媒体であるが、かなりの量の壊熱が充填された（消費された）媒体から発生され得る。したがって、原子力施設における塩廃棄物の処置のために、ＣＳＴ媒体を使用する大きいイオン交換容器が提案されているが、格納、熱放散、および遮蔽体要件のため、それらは採用されていない。

【0041】

しかしながら、最近になって、これらの格納、熱放散、および遮蔽体要件を回避するために、より小さいイオン交換容器を「タンク内（in-tank）」構成で設置することが提案されている。より具体的には、この構成では、ポンプ、フィルタ、およびイオン交換カラムを含むシステム部品が、貯蔵タンクの頂部に配設されたライザ（ｒｉｓｅｒ）内に設置される。タンクは二次収容器および遮蔽体も含むので、追加の遮蔽された施設を構築する必要がない。システム部品は、貯蔵タンク内に置かれた液体廃棄物を処理するために貯蔵タンク内に延びる。

【0042】

しかしながら、そのようなタンク内構成にはいくつかの欠点がある。第１に、カラムをタンク内に設置することが、精密な許容差および危険な環境のため難しい。特に、処置カラムは、数十年前に構築されているタンク上に配置されたライザ内に正確に収まらなければならない。製図が存在することがあっても、「タンク内」イオン交換カラムとライザとの間の完全な嵌合は難しい。これは、ライザが危険な環境にあり、そこでは個人用保護具要件により作業活動が複雑になるため、特に当てはまる可能性がある。第２に、重量および寸法制限のため、タンク内型カラムに遮蔽体を追加することが実用的でない。したがって、タンク内カラムは、（本発明の実施形態のように）単純にサービスから除去され貯蔵場所に置かれ得る。これは、充填された媒体が、カラムから相互接続配管を介して、イオン交換媒体サイズを約３０マイクロメータ以下に縮小する研削部品に移されなければならないので、さらに動作を複雑にする。これは、研削されたＣＳＴが分離なしに周囲のタンクスラッジと混合することを可能にできる。第３に、高レベル廃棄物タンク内部に最小限の空気流がある。したがって、タンク内カラムは常に能動的に冷却されなければならない。第４に、廃棄物タンクは、ＲＭＦ前置フィルタおよび媒体研削器のようなタンク内カラムおよびその補助的部品を保持するために、かなりの構造的強度および完全性を有しなければならない。したがって、ＳＲＳにおけるタイプＩＩＩタンクのみが、タンク内部品を支持する資格を与えられている。たいていのより古い施設は、既に漏洩している可能性があるタンクに対してこの量の重みおよび増大されたストレスを加えたくないことが予期される。

【0043】

対照的に、より詳細に後で説明されるように、濾過およびイオン交換アセンブリ２４の部品の構成は、好ましくは、アセンブリが単純な「タンク近傍」施設に配置されることを可能にする。言い換えれば、濾過およびイオン交換アセンブリ２４の部品は、「タンク内」、または貯蔵タンクから離れた１または複数の別個の遮蔽された構造または施設にある必要はなく、そこに設置されない。したがって、貯蔵タンクと他の部品との間の拡張した配管がもはや必要とされない。もちろん、与えられた廃棄物タンクに対する濾過およびイオン交換アセンブリ２４の実施形態の近接は、与えられた施設における要件によって規定され得る。２つの非限定的例を挙げると、濾過およびイオン交換アセンブリ２４の実施形態は、ハンフォード施設における廃棄物タンクの５００フィート（１５２．４ｍ）の範囲内に配置されてよく、また、濾過およびイオン交換アセンブリ２４の実施形態は、日本の福島施設における廃棄物タンクから５０００フィート（１５２４ｍ）までに配置されてよい。いずれにしても、それらは、液体貯蔵タンクに隣接または近接して配置されるように構成されるので、濾過およびイオン交換アセンブリ２４の実施形態は、特定の仕事が完了すると、それらは分解され、あるタンクから次のタンクへ移動され得るという点で、移動可能であり得る。

【0044】

図２〜図５に示されるように、一実施形態では、濾過およびイオン交換アセンブリ２４は主通路（gangway）１００を備えることができる。主通路１００は、技術者または他の担当者に、濾過容器３０およびイオン交換容器３８、４０、４２へのアクセスを提供することができる。これに関連して、主通路１００は、好ましくは、高架プラットフォーム１０２、およびプラットフォーム１０２を支持する支持構造またはアンダーボディ１０４を供える。主通路１００は、好ましくは、軽量金属構造、たとえば、溶接された鋼またはアルミニウムとすることができる。注目すべきことに、配管（たとえば、配管２８、４４、５２、５４、５８）、および濾過容器３０およびイオン交換容器３８、４０、４２に関連付けた他の部品は、アンダーボディ１０４においてプラットフォーム１０２の下に配設されてよい。したがって、アンダーボディ１０４は、容易にアクセス可能でもある小さな設置面積に従来はより広がっていた部品が配置され得る領域を提供することができ、それはタンク近傍配置を促進する。

【0045】

好ましくは、濾過容器３０およびイオン交換容器３８、４０、４２は、プラットフォーム１０２に沿って平行に等しく離間され得る。さらに、容器は、好ましくは、プラットフォーム１０２上に立っているオペレータによる容器への即座のアクセスを提供するように、主通路１００に十分に近接して離間される。これに関連して、主通路１００はまた、階段１０８および／または梯子１１０によってアクセス可能であり得るプラットフォーム１０２を取り囲むガードレール１０６を備えることができる。示されるように、一実施形態では、濾過容器３０の構造は、好ましくは、いくつかの点でイオン交換容器３８、４０、４２の構造に類似しており、それらの態様は後でより詳細に説明されるが、これは必須とされない。

【0046】

図６〜図１５は、本発明の実施形態に従って構築されたイオン交換容器１５０を示す。イオン交換容器１５０は、濾過およびイオン交換アセンブリ２４の部品としてシステム１０と共に使用され得る。したがって、イオン交換容器３８、４０、および４２は、好ましくは、いくつかの実施形態においてイオン交換容器１５０と類似することがある。しかしながら、他の実施形態では、イオン交換容器１５０は、独立したユニットとして、または別の液体処置システムの部分として使用されることがある。好ましい実施形態では、イオン交換容器１５０は、（あらゆる目的で参照によりその全体として本明細書に組み込まれる）非特許文献２で定義される要件のような圧力容器の構造に関する適用可能な要件を満たすように構築され得る。

【0047】

イオン交換容器１５０は、好ましくは、消費されたイオン交換媒体のための貯蔵モジュールとしても機能する。たとえば、容器１５０は、原子力施設に持ち込まれてプラント設備に連結されることができ、そこで、媒体がその最大放射線容量（たとえば最大ＣｓおよびＳｒ負荷）に達するまたは使い果たされる（ＤＦ≒１）まで、水が容器を通って流れることができる。この時点で、水は容器から噴き出されてよく、連結は固着されてよく、容器は中間消費貯蔵施設に移送されてよい。そこで、容器は、長期間（たとえば、長年または１００年間まで）貯蔵されて、放射線核種の放射性崩壊を可能にし、その時間後、消費媒体は除去され低レベル放射性廃棄物として処分され得る。

【0048】

ここで図を参照すると、イオン交換容器１５０は、それぞれ中間プレートおよび下部プレート１５４、１５６の間に延びている外殻１５２を供えることができる。外殻１５２およびプレート１５４、１５６は、それらにより、イオン交換室１５３を画定することができる。イオン交換容器１５０の動作中、イオン交換室１５３は、特定の液体処置プロセスに対して必要とされるまたは所望される任意のイオン交換媒体を充填され得る。上で論じられたシステム１０の例では、イオン交換媒体１５３はＣＳＴタイプ媒体を充填され得る。これに関連して、図９および図１２〜図１４は、高さ２０９までイオン交換媒体を充填されたイオン交換容器を示す。いずれにしても、好ましい実施形態において、外殻１５２は、円筒状の形状であり、オーステナイト系または二相ステンレス鋼（または、Ａｌｌｏｙ ２０、ハステロイなどのような同様の耐食合金）で形成されてよいが、これは必須とされない。プレート１５４、１５６は、同様にステンレス鋼で形成され、それぞれその中に画定される中心に配設された開口１５５、１５７を有する環状の形状であってよい。一例では、プレート１５４、１５６は、厚さ約３インチ（約７．６２ｃｍ）であってよく、外殻１５２は、厚さ約０．５インチ（約１．２７ｃｍ）であってよい。中間プレートおよび下部プレート１５４、１５６の外径は、好ましくは、外殻１５２の外径と実質的に等しくすることができる。

【0049】

次に、イオン交換容器１５０は、中間プレート１５４上に載置しているライザ１５８、および下部プレート１５６が載置している基部１６０を備えることができる。ライザ１５８は、好ましくはステンレス鋼で形成されてよく、また、外殻１５２およびプレート１５４、１５６の外径と実質的に等しい外径を有することもできる。より詳細に後で説明されるように、基部１６０は、一実施形態では複数の積み重ねられたプレートを備えてよく、好ましくは、外殻１５２およびプレート１５４、１５６の外径よりいくらか大きな外径を有することができる。イオン交換容器１５０は、例示された実施形態ではライザ１５８と一体に結合され得る持上げトラニオン１６１をさらに設けられてもよい。持上げトラニオン１６１は、イオン交換容器１５０の取扱いおよび移送を促進することができることは理解されよう。

【0050】

中間プレート１５４の上に固定された上方プレート１６２がライザ１５８内にあって、ライザ１５８、上方プレート１６２、および中間プレート１５４が上方室１６４を画定するようにしてもよい。上方プレート１６２は、好ましくは、その中に開口１６６を画定することができる。開口１６６は、一実施形態では長方形の形状であってよく、好ましくは、上方プレート１６２の直径と同一線上の中心線を有し、中間プレート１５４内の開口１５５の上方に配設される。したがって、より詳細に後で論じられるように、上方室１６４は、完全には密閉されないが、開口１５５と開口１６６との間で空気が流れることを可能にする。これに関連して、プレートカバー１６８が開口１６６を覆って固着されてよく、プレートカバー１７０が開口１５５を覆って固着されてよい。上方プレート１６２は、やはりステンレス鋼で形成されてよく、一実施形態では、厚さ約０．５インチ（約１．２７ｃｍ）であってよい。加えて、一実施形態では、プレートカバー１６８および１７０は、１８メッシュステンレス鋼で形成されてよい。

【0051】

上方レート１６２はさらに、開口１６６の両側で離間された横方向に対向された対の開口１７２、１７４を画定することができ、中間プレート１５４はさらに、開口１７２、１７４と位置合わせされた横方向に対向された対の開口１７６、１７８を画定することができる。開口１７２と開口１７６との間ならびに開口１７４と開口１７８との間に延びるのは、それぞれ、チューブ（tubing）１８０、１８２であり得る。それにより、チューブ１８０およびチューブ１８２はそれぞれ、検査孔１８４、１８６を画定することができ、それらを通して、技術者または他の担当者がイオン交換室１５３を調べることができる。さらに、検査孔１８４、１８６は、消費されたイオン交換媒体を除去するための、たとえば、さらなる処理（たとえばガラス固化）、貯蔵、または処分のための手段を提供する。検査孔１８４、１８６は、取外し可能なプラグまたはカバー１８８、１９０によって閉じられてよい。プラグ１８８、１９０は、好ましくはステンレス鋼で形成されてよく、ボルトまたは他の適切な留め具を用いて上方プレート１６２における開口１７２、１７４を覆って固着され得る。

【0052】

上述されたように、イオン交換容器１５０は、好ましくは、従来技術と同様に下向流ではなく上向流で動作するように構成され得る。これに関連して、イオン交換容器１５０は、上方プレート１６２の上方でライザ１５８内に配設されたプロセス入口１９２を備えることができる。一実施形態では、プロセス入口１９２は、３インチ（７．６２ｃｍ）Ｄｒｙｌｏｋクイック切断バルブ、フランジ、または類似の連結点を備えることができる。イオン交換容器１５０は、内殻１９４をさらに備えることができ、内殻１９４は、好ましくは、下方プレート１５６と中間プレート１５４との間に延びており、好ましくは、開口１５５、１５７の内径と実質的に等しい内径を有することができる。好ましくは、内殻１９４は、ステンレス鋼（または上に説明されたような別の適切な耐食材料）で形成されてよく、一実施形態では、それは厚さ０．５インチ（１．２７ｃｍ）とすることができる。入口スプール１９６は、プロセス入口１９２から上方室１６４を通り下方へ内殻１９４を通って延びることができ、そして、それは内殻１９４から室１５３内へ出て、入口ディフューザ１９８で終端することができる。したがって、内殻１９４は、イオン交換室１５３から入口スプール１９６の部分を分離することができる。入口ディフューザ１９８は、示されるように環状の形状で内殻１９４と同心とすることができ、好ましくは、複数の下方の対向するスクリーン２００を備える。当業者には理解されるように、入口スクリーン２００は、円筒状の形状であり、複数の穴を画定することができ、それを通って、液体がイオン交換容器１５０に入ることができる。入口スクリーン２００は、好ましくは、イオン交換室１５３においてイオン交換容器１５０に入る液体の均一な分配を促進するように、ディフューザ１９８の周りに等しく離間される。

【0053】

イオン交換容器１５０は、上方プレート１６２の上方でライザ１５８内に配設されたプロセス出口２０２をさらに備えることができる。一実施形態では、プロセス出口２０２は、３インチ（７．６２ｃｍ）Ｄｒｙｌｏｋクイック切断バルブ、フランジ、または類似の連結点を備えることができる。出口スプール２０４は、プロセス出口２０２から上方室１６４を通り下方へ内殻１９４を通って延びることができ、そして、それは内殻１９４から室１５３内へ出て、出口収集ヘッダ２０６で終端することができる。したがって、内殻１９４はやはり、イオン交換室１５３から出口スプール２０４の部分を分離することができる。出口収集ヘッダ２０６は、示されるように環状の形状で内殻１９４と同心とすることができ、好ましくは、中間プレート１５４に近接して配置され得る。出口収集ヘッダ２０６は、好ましくは、複数の上方の対向する出口スクリーン２０８を備える。出口スクリーン２０８は、好ましくは、上に説明された入口スクリーン２００と類似してよい。したがって、出口スクリーン２０８は、好ましくは、イオン交換室１５３から出る液体の収集を促進するように、ヘッダ２０６の周りに等しく離間される。これに関連して、出口スクリーン２０８は、好ましくは、イオン交換室１５３内のイオン交換媒体の高さ２０９より少なくとも部分的に上方に延びてよい。

【0054】

好ましい実施形態では、プロセス入口および出口１９２、２０２、入口および出口スプール１９６、２０４、ならびに入口ディフューザおよび出口収集ヘッダ１９８、２０６は、すべて、ステンレス鋼で形成されてよい。さらに、他の実施形態では、プロセス入口および出口１９２、２０２は、ライザ１５８に配設される必要がない。たとえば、プロセス入口１９２は、基部１６０などイオン交換容器１５０の外部に配置されてもよい。

【0055】

ベント２１０も、上方プレート１６２の上方でライザ１５８に配設されてよい。一実施形態では、ベント２１０は、１インチ（２．５４ｃｍ）Ｄｒｙｌｏｋクイック切断バルブ、フランジ、または類似の連結点を備えることができる。ベントスプール２１２は、ベント２１０から上方室１６４を通って延びることができる。ベントスプール２１２はまた、上方プレート１６２で画定された対応する開口を通り抜けて、イオン交換室１５３で終端することができる。好ましくは、ベントスプール２１２はステンレス鋼で形成され得る。

【0056】

示されるように、入口ディフューザ１９８は、好ましくは、入口スクリーン２００が下方プレート１５６に近接して配置されるように、イオン交換室１５３の底部の近くに配置され得る。したがって、イオン交換容器１５０に入っていく液体は、従来技術のように頂部でなくイオン交換室１５３の底部で入り、その中に配置されたイオン交換媒体を通って上方に流れる。液体がイオン交換媒体を通過してイオン交換室１５３の頂部に到達した後、液体は、出口収集ヘッダ２０６に関連付けられた出口スクリーン２０８を介して収集され得る。次いで、液体は、出口スプール２０４を通って上方に流れ、プロセス出口２０２を介してイオン交換容器１５０から出ることができる。

【0057】

上向流動作用にイオン交換容器１５０を構成することは、いくつかの注目に値する利点を有する。たとえば、動作中、放射線の放出は、水素ガスを生成する水および他の水素含有化合物の放射線分解を引き起こすことができる。下向流で動作させられる従来技術のイオン交換容器では、これらのガスの少なくとも一部はイオン交換室に捕えられる可能性があり、これは、イオン交換媒体内の爆発性雰囲気、または媒体の非効率な使用を生じ得る不均一な流れ分配につながる可能性がある。しかしながら、本発明のイオン交換容器の実施形態では、上向流動作が、通常の動作中にイオン交換室からこれらのガスを受動的に追放することができる。具体的には、ガスは、出口収集ヘッダ２０６に関連付けられた出口スクリーン２０８を通して廃液内へ渡される。次いで、ガスは液体と共に移動し、最終的に貯蔵タンク（たとえば、サンプルタンク６０、６２）で止まり、貯蔵タンクは、工学的ガス換気システムによって適切に排気される。一例では、１時間あたり１０リットルまでの容積がイオン交換容器１５０から追放され得る。一実施形態では、ベント２１０は、蓄積されたガスを施設の換気システムへ自動的に解放する圧力排気バルブに連結されてよい。

【0058】

さらに、上向流でイオン交換容器１５０を動作させることにより、液体処置システムで、より低圧力の部品が使用され得る。より詳細には、従来技術の下向流システムの使用において、下方に流れる流入液体はイオン交換媒体を圧縮することになる。圧縮されたイオン交換媒体は、イオン交換容器にわたって大きい差圧をもたらし、したがって、より強力なポンプおよび他のより高圧力の部品の使用を必要とすることになる。対照的に、上向きに流れる液体は、イオン交換媒体の圧縮を引き起こさず、したがって、イオン交換容器１５０にわたる差圧は従来技術よりもかなり小さくてよい。

【0059】

上向流のさらに別の利点は、イオン交換容器１５０上の放射線遮蔽に関する。上述されたように、ＣＳＴ媒体は、ＣｓおよびＳｒについてかなり大きな容量および高い親和性を有する。しかしながら、知られているように、これは、ＣＳＴ媒体を利用して除去されたＣｓが、イオン交換室に入るＣｓ含有液体によって最初に遭遇された領域でより濃縮されるようにする傾向がある。言い換えれば、下向流イオン交換容器では、入る液体が頂部から底部に流れるので、Ｃｓがイオン交換室の上方部分で濃縮されることになる。しかし、注目すべきことに、容器の１つの領域での放射線核種のより高い濃縮は、その場所でより強い遮蔽体を必要とし得る。しかしながら、イオン交換室の上方部分において（鉛で形成され得る）追加の遮蔽体を含むことは、イオン交換容器が高い重心を有し、いくらか「頭が重い」ようにする可能性がある。より高い重心を有することは、それが地震性イベント（たとえば地震）中の容器の安定性を低くすること、およびそれが容器を移送する難度を高くすることを含む、いくつかの理由のため望ましくない。

【0060】

しかしながら、本発明の実施形態によれば、上向流でイオン交換容器１５０を動作させることにより、除去された放射線核種が、イオン交換室１５３の下方部分で濃縮する傾向になる。したがって、イオン交換容器１５０の下方部分は、イオン交換容器１５０の上方部分より大きい厚さの遮蔽体を有することができる。少なくともこの理由により、イオン交換容器１５０は、より低い重心を有し、地震性イベント中により安定的であると共に移送がより容易であることが可能である。加えて、容器１５０は、頂部から接触取扱いが可能であり、また、上向流動作が、最高放射線量率を容器１５０の底部のより近くにするので、それは、担当者または作業員の放射線被曝を低下させることもできる。

【0061】

これに関連して、イオン交換容器１５０は、好ましくは、上方遮蔽体２１４および下方遮蔽体２１６を備えることができる。当業者は他の適切な遮蔽材料よく知っているが、好ましくは、遮蔽体２１４、２１６は鉛で形成される。図に示すように、上方遮蔽体２１４は下方遮蔽体２１６より薄くてよい。一実施形態では、上方遮蔽体２１４は、下方遮蔽体２１６の外径より小さい約３インチ（約７．６２ｃｍ）の外径を有してよく、下方遮蔽体２１６は、すべての辺で約１．５インチ（約３．８１ｃｍ）厚くされる。下方遮蔽体２１６は、好ましくは、入口物質移動範囲で濃縮された放射線核種に対して適切に遮蔽するために十分に上方に延びる。一実施形態では、たとえば、下方遮蔽体２１６は、基部１６０から約５６．５インチ（約１４３．５１ｃｍ）上方に延びてよく、下方遮蔽体２１６に載置し得る上方遮蔽体２１４は、下方遮蔽体２１６から約５３．４インチ（約１３５．６３６ｃｍ）上方に延びてよく、したがって、上方室１６４の一部を覆うこともできる。

【0062】

注目すべきことに、好ましい実施形態では、遮蔽体２１４および遮蔽体２１６は各々、複数の鉛板を外殻１５２の外面の周りに所望の厚さで巻き付けることによって形成され得る。一例では、３／１６インチ（０．４７６２５ｃｍ）の厚さおよび９フィート（２．７４３２ｍ）の長さを有する鉛板が互いに（さらに必要な場合は殻１５２に）溶接されて、鉛遮蔽体を形成することができる。重要なことに、この様式で鉛を巻き付けて遮蔽体を形成することは、いくつかの利点を有する。第１に、鉛板を巻き付けることにより遮蔽体２１４、２１６を形成することは、イオン交換容器１５０の長さに沿って異なる遮蔽体厚さを達成することをより容易にする。さらに、上述されたように、容器１５０内のイオン交換媒体が消費された後、容器１５０は、放射性崩壊を可能にするために十分な期間で貯蔵され得る。巻き付けられた鉛板の遮蔽体２１４、２１６を形成することにより、遮蔽体２１４、２１６は、十分な放射性崩壊が発生したとき、従来技術の遮蔽体よりも容易に除去され得る。次いで、鉛は、非放射性物質として別個に処分され得る。さらに、一実施形態では、この様式で遮蔽体を形成することは、電離放射線の存在を１００万分の１に低減することができ、これは、従来技術のイオン交換容器上の遮蔽体よりかなり優れている。しかしながら、遮蔽体２１４および２１６は、鉛を注ぐまたは鉛玉（lead shot）で空洞を充填するなど、他の実施形態の他の方法によって形成されてもよいことが企図される。

【0063】

一実施形態では、炭素鋼で形成される「皮」またはケーシングが、遮蔽体２１４、２１６上に固着され得る。（ケーシングは図１２に示されていない。）具体的には、上方側面ケーシング２１８は、半円形に板圧延されていて上方遮蔽体２１４上に対向して配置された対の鋼板を備えることができる。各板の長手方向縁部は、板が上方遮蔽体２１４を覆って固着されたとき、それらが直径方向に対向されたリップ２２０、２２２を形成するように外方に向けられる。同じように、リップ２２６、２２８を有する下方側面ケーシング２２４が同様に形成され、下方遮蔽体２１６を覆って固着され得る。リップ２２０、２２２、２２６、２２８は、ボルトなど適切な留め具を使用して互いに固着され得る。

【0064】

加えて、上方棚ケーシング２３０が、ライザ１５８と上方側面ケーシング２１８との間に延びる上方遮蔽体２１４の平坦な棚状部分を覆って固着され得る。同様に、下方棚ケーシング２３２が、上方側面ケーシング２１８と下方側面ケーシング２２４との間に延びる下方遮蔽体２１６の平坦な棚状部分を覆って固着され得る。一実施形態では、上方側面ケーシング２１８、下方側面ケーシング２２４、上方棚ケーシング２３０、および下方棚ケーシング２３２は、厚さ約１／８インチ（約０．３１７５ｃｍ）であり得る。

【0065】

さらなる実施形態によれば、ライザ１５８などに対して、イオン交換容器１５０の頂部で遮蔽体を提供するために、鉛玉が使用され得る。たとえば、ライザ１５８における上方室１６４は、（図１２の矢印２３４で示される）鉛玉で充填され得る。後で論じられるように、遮蔽のこの方法は、空気が、内殻１９４から上方へ、開口１５５およびプレートカバー１７０を通って、ならびに開口１６６およびプレートカバー１６８を通って流れることを可能にする。さらに、チューブ１８０、１８２によって形成された検査孔１８４、１８６も、（図１２の矢印２３６で示される）鉛玉で充填され得る。チューブ１８０、１８２内の鉛玉を支持するために、中間プレート１５４内の開口１７６、１７８上に適切なカバー、格子、またはメッシュなどが提供され得る。

【0066】

上述したように、イオン交換プロセスは大量の熱を発生させるので、イオン交換容器が十分に高い温度で動作するように構築されることだけでなく、十分な冷却が提供されることも確実にすることが重要である。このことは、特に、液体塩廃棄物からのＣｓの除去のためのＣＳＴ媒体を使用するイオン交換に当てはまることができるが、他のイオン交換媒体に関しても当てはまる。さらに、イオン交換中に発生された高温度は、イオン交換容器の中心線に沿って非常に高いことがあり、「過度中心線温度（excessive centerline temperature）」として知られる条件がある。これに関連して、後で論じられるように、イオン交換容器１５０の実施形態は、好ましくは、中央イオン交換媒体を移動または除去する冷却コアを備え、対流空気冷却を促進することができる。注目すべきことに、冷却コアなしのイオン交換容器１５０の実施形態の熱分析は、能動的冷却がない場合、ＣＳＴ媒体を使用するイオン交換が１０００°Ｆ（５３７．８℃）を超える中心線温度を発生し得ることを実証した。この温度は、貯蔵中に増大することがある。しかしながら、イオン交換容器１５０の中心を効果的に除去し、冷却コアを提供することにより、ホットスポットが除去され得る。さらに、対流空気流は、イオン交換容器１５０の実施形態の温度が動作と貯蔵との両方の際に非常に低くなるように促進される。

【0067】

イオン交換容器１５０の一実施形態の冷却コアは、好ましくは、基部１６０を通り、ベントシールドスタック（vent shield stack）２３８を通り、内殻１９４を通り、開口１５５を通り、プレートカバー１７０を通り、上方室１６４を通り、最終的に開口１６６およびプレートカバー１６８を通ってイオン交換容器１５０から出る経路に沿って、対流空気流を可能にする。これに関連して、基部１６０は、好ましくは、空気が基部１６０を通過するための少なくとも１つの入口２４０を備える。入口２４０は、好ましくは、基部１６０の外側周囲面からベントシールドスタック２３８へ延びている水平通路を備えることができる。一実施形態では、入口２４０はベントシールドスタック２３８の下で終端し得るが、他の実施形態では、入口２４０は基部１６０にわたって直径方向に延びることができる。さらに他の実施形態では、複数の入口２４０が提供され得る。図１３に示されるように、たとえば、イオン交換容器１５０の例示された実施形態は２つの入口２４０を備えることができる。

【0068】

好ましい実施形態では、基部１６０は、複数の金属プレートを備えることができる。例示されるように、たとえば、基部１６０は、６つのプレート２４２、２４４、２４６、２４８、２５０、および２５２を備えることができる。プレート２４２〜５２は、同心の積み重ねられた構成で配置され、（たとえば溶接によって）互いに適切に固定されて、イオン交換容器１５０のための円筒状支持構造を提供することができる。一実施形態では、基部１６０は、プレート２４２〜５２が一緒に積み重ねられた場合、約１０インチ（約２５．４ｃｍ）の高さであり得る。

【0069】

より具体的には、プレート２４２は、好ましくは円形の形状であり、炭素鋼で形成され得る。一実施形態では、プレート２４２は、約２インチ（約５．０８ｃｍ）の厚さである。プレート２４６〜５２は、やはり円形の形状であり、炭素鋼で形成され得る。一実施形態では、プレート２４６〜５０は各々、約２インチ（約５．０８ｃｍ）の厚さであり、プレート２５２は、約１インチ（約２．５４ｃｍ）の厚さである。しかしながら、当業者は、イオン交換容器１５０のための必要とされるまたは所望される支持および遮蔽体に基づいて、基部１６０を備えるプレートのための適切な寸法を選択することができる。

【0070】

プレート２４２とは異なり、プレート２４６〜５２は各々、好ましくは、一実施形態では円形の形状とされ得る中央開口を画定することができる。プレート２４６〜５２の中央開口は同じ直径を有し、その直径は内殻１９４の内径と実質的に等しいことが好ましい。したがって、プレート２４６〜５２が一緒に積み重ねられたとき、中央開口は、プレート２４４上に穴２５４を形成する。穴２５４の深さは、プレート２４６〜５２の厚さによって画定され得る。

【0071】

好ましい実施形態では、プレート２４２および２４６〜５２は、実質的に等しい外径を有することができる。たとえば、これらのプレートの外径は約５５インチ（約１３９．７ｃｍ）であり得る。いずれにしても、プレート２４２および２４６〜５２の外径は、好ましくは、下方遮蔽体２１６の外径より大きい。上に説明されたように、これはさらに、イオン交換容器１５０の安定性、移送の容易さ、より低い重心に寄与することができる。

【0072】

しかしながら、図１１および図１５に示すように、プレート２４４は、好ましくは、プレート２４２および２４６〜５２の外径より若干小さい外径を有することができる。一実施形態では、たとえば、プレート２４４の外径は、約５３インチ（約１３４．６２ｃｍ）とすることができる。したがって、プレート２４２〜５２が一緒に積み重ねられたとき、基部１６０は周囲溝２５６を画定することができる。空気は、溝２５６でイオン交換容器１５０の冷却コアに入ることができ、したがって、一実施形態では、スクリーン２５８が、たとえば、虫またはデブリなどの侵入を防止するために溝２５６に取り付けられてよい。スクリーン２５８は、環状の形状であり基部１６０の周囲に延びることができ、たとえば、５メッシュステンレス鋼で形成され得る。

【0073】

例示された実施形態では、基部１６０における入口２４０は、プレート２４２、２４４、および２４６によって画定され得る。より具体的には、図１５に示されるように、プレート２４４は、実質的に円形の形状であり得るが、それを通して画定された少なくとも１つのスロット２６０を有することができる。一実施形態では、スロット２６０は、概ね四角形の形状であって半円形の末端部２６２を有することができるが、スロット２６０は、他の実施形態では任意の適切な形状を取ることができる。たとえば、スロット２６０の幅は、入口２４０を通る必要とされるまたは所望される空気流の量に応じて変化し得ることは理解されよう。スロット２６０は、好ましくは、プレート２４４の周辺縁部から半径方向に延び、プレート２４４の中心の手前で終端することができる。これに関連して、スロット２６０の長さは、好ましくは、プレート２４６〜５２によって画定された穴２５４の下となる位置でスロット２６０が終端するように画定される。

【0074】

ここで、２つのスロット２６０は、プレート２４４が、長方形部分２６８によって連結された第１の半部分２６４および第２の半部分２６６を備えることができるように、プレート２４４において画定される。しかしながら、他の実施形態では、単一スロット２６０または２つより多いスロット２６０が提供されてもよい。いずれにしても、スロット２６０はプレート２４４の厚さを貫通して延びるので、プレート２４２、２４４、および２４６が一緒に積み重ねられたとき、入口２４０が画定される。

【0075】

複数の金属プレートから基部１６０を構築することが基部１６０の製造を促進できることは理解されよう。さらに、他の実施形態では、基部１６０は、６つより少ないまたは多いプレートを備えてもよい。実際、基部１６０は、単一の金属プレートを備えてよく、そのプレートは円形の形状でありその中に少なくとも１つの入口２４０を有することが企図される。

【0076】

空気が１または複数の入口２４０を通って基部１６０に入った後、上述されてように、それはベントシールドスタック２３８に遭遇することができる。一実施形態では、ベントシールドスタック２３８は、それを通して画定された空気通路を有する単一の金属円筒を備えることができる。しかしながら、好ましい実施形態では、基部１６０と同様に、ベントシールドスタック２３８は、同心の積み重ねられた構成で配置された複数のプレートを備えることができる。示されるように、ベントシールドスタック２３８は、１１個のそのようなプレートを備えることができるが、他の実施形態では、この数より少ないまたは多いプレートが提供されてもよい。ベントシールドスタック２３８のプレートは、好ましくは、炭素鋼で形成され、一実施形態では、各々が約１インチ（約２．５４ｃｍ）の厚さである。さらに、ベントシールドスタック２３８のプレートは、円形の形状であり、実質的に寸法が等しく、内殻１９４の内径より若干小さい直径を有してもよい。したがって、ベントシールドスタック２３８のプレートは、（プレート２４４上で）穴２５４に受け入れられることができ、内殻１９４内へ上方に延びることができる、円筒状構造を形成してもよい。

【0077】

入口２４０に入る空気が内殻１９４内へ上方に進むことを可能にするために、少なくとも１つの放射状スロット２７０が、ベントシールドスタック２３８の板の各々において画定され得る。図９および図１１〜１４に示されるように、スロット２７０は一実施形態では角度的にオフセットされ得るが、これは必須とされない。たとえば、ベントシールドスタック２３８のプレートは、好ましくは、スロット２７０が角度的にオフセットされ得るが、少なくとも部分的に重なる。したがって、空気は、１つのプレートから次のプレートへと階段状にベントシールドスタック２３８のプレート間を上方に流れることができる。したがって、ベントシールドスタック２３８は、内殻１９４の下に追加の遮蔽体を提供すると共に、入口２４０に入る空気がベントシールドスタック２３８の各プレートを通って内殻１９４内に入ることを可能にすることができる。

【0078】

最後に、イオン交換容器１５０の一実施形態は、以下のおおよその仕様を有することができる。容器の全体の高さは約１４３インチ（約３６３．２２ｃｍ）とすることができ、その外径は約５５インチ（約１３９．７ｃｍ）とすることができる。イオン交換媒体空洞高さは約１０８インチ（約２７４．３２ｃｍ）とすることができ、イオン交換媒体床高さは約９６インチ（約２４３．８４ｃｍ）とすることができる。イオン交換媒体空洞容積は、約１００，０００ｉｎ³（約１６３８７０６．４ｃｍ³）とすることができ、充填されたイオン交換媒体の容積は、媒体空洞容積より２から５％少なくなり得る。上方遮蔽体２１４は約５．４４インチ（約１３．８１７６）の厚さとすることができ、下方遮蔽体２１６は約６．９４インチ（約１７．６２７６）の厚さとすることができる。また、（イオン交換および鉛玉を除く）容器の空の重さは、約５１６８８ｌｂｓ（約２３４４５ｋｇ）とすることができる。容器の最大動作容量は、約６１７１７ｌｂｓ（約２７９９４ｋｇ）（水を除いて約６０５０２ｌｂｓ（約２７４４３ｋｇ））とすることができる。さらに、容器の設計動作圧力は、約１．３７ＭＰａ（１９９ＰＳＩＧ）とすることができる。容器の設計動作温度は、６６℃（１５０．８°Ｆ）とすることができる。

【0079】

本発明の実施形態は、高レベルの特定の放射線核種を有する放射性液体の処置のためのプロセスおよび方法を提供する。本発明の１または複数の好ましい実施形態が上に説明されているが、本発明の任意およびすべての等価な実現形態が本発明の範囲および趣旨に含まれることは理解されたい。実施形態は、単に例として提示されており、本発明に対する限定としては意図されていない。したがって、本発明は修正がされ得るのでこれらの実施形態に限定されないことは、当業者には理解されよう。したがって、任意およびすべてのそのような実施形態が、本発明の範囲および趣旨の範囲内に入るように本発明に含まれることが企図される。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】