JP7797483B2 - イオン交換に関するシステム及び方法 - Google Patents

Description

本開示は、概して、イオン交換に関するシステム及び方法に関する。より具体的には、本開示は、処理流体がイオン交換容器内の複数の点で同時に注入され、汚染物質及び／又は汚染された処理流体がイオン交換媒体若しくは吸着剤全体に均一に分配されることを可能にする、イオン交換に関するシステム及び方法に関する。

イオン交換処理は、概して、有機ポリマー基材、又は粒状化された無機化合物から作製され、次いでカラム内に設置されるビーズ形態樹脂（「媒体」）を使用することによって、流体から汚染物質を精製又は還元するために使用される。汚染された流体は、典型的には、カラム内の媒体を通って垂直に流れ、処理用入口及び出口を通って出入りする。基本的な形態において、イオン交換は、典型的には、固体粒子と液相との間のイオンの交換を伴い、この作用は、多種多様な既知の処理過程及び装置を利用することによって達成され得る。典型的なイオン交換カラム設計は、媒体容量の利用を最大化し、媒体カラム内のあらゆるデッドスペースを最小限に抑えることに焦点を当てており、含有されるイオン交換又は吸着媒体は、取り扱われている流体との接触が不十分となる。当該技術分野において既知のイオン交換アプローチは、流体分配器及びカラムの設計に焦点を当てている。一例として、フラクタル分配は、分配オリフィスを中心分配開口部から同じ距離に設置することによって流体の均一な流れを生成し、分配器全体にわたるより一定の圧力降下を可能にする。カラム構成に対する改善は、現在、取り扱われる流体が上から下、又は下から上のいずれかでカラムを通って垂直に流れる際に、狭く、画定された反応フロントを生成するために使用される。より均一な樹脂ビーズの使用はまた、これらの望ましい液圧流動特性を高めることができる。現在、イオン交換装置及び処理速度は、流体が、カラムを通って出口に垂直に流れる必要がある、従来の流体入口構成及び媒体効率によって制限される。しかしながら、高放射性廃棄物廃液の取り扱いに関して、カラム交換頻度は、媒体容量の枯渇ではなく、カラム内の総活性によって決定されるため、媒体容量の最大利用が望ましくない場合がある。これは、概して、カラム交換時に、媒体は、非常に不均一であり、入口に近い媒体は放射性汚染物質で飽和され、出口に向かう媒体は効果的に使用されないことを意味する。実際、媒体容量の最大利用は、水素緩和、温度制御、並びに将来の貯蔵及び廃棄に関する問題を引き起こす可能性のあるカラムの小領域内の活性濃度につながるため、不利である。当該技術分野で必要とされるのは、処理効率を高めるために、イオン交換媒体を通る取り扱い可能な流体のより良好な分配を提供するシステム及び方法、並びにタイムリーな格納及び放射線防護を確実にするための堅牢な、可動式又は固定式の、迅速に展開可能な、モジュール化可能なシステムである。本明細書に開示されるシステム及び方法は、核廃棄物用途に限定されず、固体基材全体にわたる元素又は化合物の均一な分配が必要とされる他の用途に関して有用であり得る。

処理流体がイオン交換容器内の複数の点で同時に注入され、汚染物質及び／又は汚染された処理流体がイオン交換媒体全体に均一に分配されることを可能にする、イオン交換のためのシステム及び方法が本明細書において開示される。これらのシステム及び方法は、固定式、可動式、及びモジュール式の実施形態のうちの１つ以上において実装され得る。

本明細書に開示されたシステム、方法、処理過程、及び装置のより完全な理解は、添付の例示的な図に関連して考慮されるとき、詳細な説明を参照することによって導き出され得る。図において、類似の参照数は、図全体にわたる類似要素又は作用を指す。

容器及びシールドを含む、完全なイオン交換（ＩＸ）アセンブリの実施形態を示す。 シールドの実施形態を示す。 環状容器の実施形態を示す。 環状容器の実施形態の上面図を示す。 図４の実施形態のセクションＡ－Ａの図を示す。 環状容器の実施形態の正面図を図示する。 図６の実施形態のセクションＢ－Ｂの図を示す。 シェルを除去した状態の環状容器の実施形態の等角図を示す。 ＩＸアセンブリの実施形態の正面図を示す。 図９の実施形態のセクションＤ－Ｄの図を示す。 標準容器の実施形態を示す。 異なるタイプの容器を直列に（充填により）使用する例示的な処理過程の実施形態を示す。 線形行列の容器上の例示的なモジュール式実施形態を示す。 ２つの図１３のモジュールの容器が並列に動作する例示的な実施形態を示す。 ２つの図１３のモジュールが並列に動作する例示的な実施形態を示す。 ２つの図１３のモジュールが直列に動作する例示的な実施形態を示す。 例示的な可動式実施形態の正面図を示す。 例示的な可動式実施形態の上面図を示す。 例示的なバーストディスクを示す。 例示的な触媒再結合器を示す。 図１のＩＸアセンブリに触媒再結合器が取り付けられた実施形態を示す。

図中の要素及び作用は、単純化のために例解されており、必ずしも任意の特定の順序又は実施形態に従ってレンダリングされているわけではない。

本発明の任意の実施形態が詳細に説明される前に、本発明は、以下の説明において記載されるか、又は添付の図面に例解される構成要素の構築及び配置の詳細にその用途を限定しないことを理解されるものとする。本発明は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実践されるか、又は実行することができる。開示された実施形態が適用され得る多くの異なる及び代替的な構成、デバイス、及び技術が存在することに留意されたい。実施形態の全範囲は、以下に説明される実施例に限定されない。

以下の開示では、本明細書に開示されるシステム、方法、処理過程、及び／又は装置を実践するための様々な実施形態を示す添付の図面を参照する。他の実施形態が利用されてもよく、構造的及び機能的変更が、本開示の範囲から逸脱することなくなされ得ることが理解されるものとする。
概要

本明細書に開示されるシステム及び方法は、高放射性廃棄物及び他のタイプの流体の取り扱いにおける従来のイオン交換容器設計（本明細書では標準容器と称される）の欠点を克服する。標準容器では、汚染された処理流体は、画定された、狭い、質量移動ゾーンで入口から出口まで容器を垂直に流れる。本明細書に開示されたシステム及び方法では、処理流体（いくつかの実施形態では、汚染水、廃水、又は流入水とも称される）は、イオン交換容器内の複数の点で同時に注入され、処理流体及び／又は処理流体中の汚染物質がイオン交換媒体全体に均等に拡散することを可能にし、それにより、容器内の汚染物質のより均一な分配を生成する。

本明細書に開示されるシステム及び方法の目的は、標準容器を使用してイオン交換媒体又は吸着剤の最大限の利用を求める従来のアプローチとは対照的に、環状容器を使用してイオン交換媒体中の汚染物質の均一な分配である。このアプローチは、特に高放射性処理流体を伴い、発熱及びその後の冷却対策をより良好に制御することを可能にする。

環状容器に入る処理流体は、環状容器の高さ全体に分配され得、処理流体中の汚染物質が媒体内で均等に分配されることを可能にし、それによりホットスポットを回避する。環状構成は、中央の自然対流冷却チャネル、及び環状容器とシールドとの間の自然対流冷却チャネルを利用することを通して、より良好な熱放散性を可能にする。

いくつかの実施形態では、イオン交換媒体の代わりに吸着材、吸収剤、及び吸着剤が使用され得る。吸着及びイオン交換に関する考察では、２つの化学処理過程は、微妙な違いを有する、しかしながら、本開示の目的のために、これらの用語は、互換的に使用される。本開示では、核廃棄物計画に関するイオン交換の実施形態について考察するが、システム及び方法は、イオン交換処理過程を必要とする任意の用途に関して有用であり得る。
容器の実施形態

図１は、シールド２００及び環状容器３００を備える完全なイオン交換（ＩＸ）アセンブリ１００の実施形態を示す。いくつかの実施形態では、空の容器３００は、約１６４０ｋｇの重量があってもよい。いくつかの実施形態では、シールド２００は、約８８２９ｋｇの重量があってもよい。これらの列挙された重量は、単なる実施形態であり、空の容器３００及びシールド２００に関する他の重量の可能性もある。いくつかの実施形態では、シールド２００及び容器３００は、円筒形状であり、容器３００は、中空の内部を有し得る。いくつかの実施形態では、シールド２００及び容器３００は、卵形又は楕円形の断面を有する楕円形の円筒であり得、容器３００は、中空の内部を有し得る。以下の図は、ミリメートル単位の測定値を示す。これらの測定値は、示された実施形態に特有のものであり、他の実施形態に関しては他の値が存在し得る。

図２は、シールド２００の実施形態を示す。シールド２００は、ＩＸ容器３００（図３）を吊り上げ、かつ吊り下げるためのラグ２０５を上部に備える。リフティングラグ２１０は、ＩＸアセンブリ１００（図１）が処理中に所定の位置に静止することを可能にする。１つ以上の吐出入口２１５は、シールド２００の基部の周囲に位置付けられ得る。示された実施形態は、少なくとも６つの等間隔に、サイズ決定された吐出入口２１５を備える。いくつかの実施形態では、吐出入口２１５の量及び間隔は、示された実施形態とは異なってもよい。いくつかの実施形態では、１つ以上の吐出口は、粉塵放出を防止するために、マイクロメートルフィルタなどのフィルタを備え得る。これらのフィルタは、放射性処理流体を処理する実施形態のために、放射性粉塵放出を防止することが可能であり得る。

いくつかの実施形態では、シールド２００は、鋳造鉛金属から形成される。鉛金属は、放射性シールドに有益な特定の特性を有するため、必要なときに、シールド特性用に広く使用される。いくつかの実施形態では、周囲の放射線照射線量率を許容可能な限界まで低減するために十分な材料厚さが使用される場合、他の材料（例えば、散弾、劣化ウラン、鋼板、及び／又はコンクリート）が放射性流体のイオン交換処理中のシールドのために使用され得る。放射性シールド要件に関するいくつかの実施形態では、シールドに使用される材料は、材料からの熱放散性、放射線障害に対する耐性、放射線レベルの低下中の特性、具体化されたシステム及び方法に対して必要とされる重量及び厚さ、シールドの耐久性、多用途の可能性、業界の入手可能性、材料のコスト、並びに特定の実施形態に関して必要とされる物理的一貫性などの特徴に依存する。いくつかの非核の実施形態では、シールド２００は、処理流体中に放射性核種が存在しないにもかかわらず使用され得る。シールド材料及び厚さは、実施形態間で異なり得る。いくつかの実施形態では、同じ本質的なシールド設計が、標準容器及び環状容器に使用され得る。

図３は、環状容器３００の実施形態を示す。示される容器３００は、その基部に１つ以上の内側吐出入口３８０を有する内部構成要素を取り囲むシェル３０５を備える。いくつかの実施形態では、シェル３０５内の１つ以上の吐出入口３８０の位置は、シールド２００（図２）内の１つ以上の吐出入口２１５（図２）と相関する。１つ以上の吐出入口チャネル３８０は、空気が内部吐出チャネルに入ることを可能にし、１つ以上の吐出入口２１５（図２）は、空気が容器とシールドとの間の内部吐出チャネル及び外部吐出チャネルの両方に入ることを可能にし、以下により詳細に開示される。

図４は、環状容器３００の実施形態の上面図を示す。示される容器３００の実施形態は、出口３１０、入口３１５、吐出口３１７、内側チャネル吐出出口３２０ａ、ｂ、充填ポート３２５ａ、ｂ、シールドキャップ３３０、及び脱水管３３５を含む。いくつかの実施形態では、容器３００（図３）のシールドキャップ３３０及び上部３０１は、シールドを提供するために、鋳造鉛金属で構成され得る。放射性核種からのシールドを提供することができる任意のシールド材料が使用されてもよく、例としては、限定されるものではないが、鋼、劣化ウラン、及びコンクリート、又はこれらの組み合わせが挙げられる。いくつかの実施形態では、吐出口３１７を使用して、水素を吐出してもよい。いくつかの実施形態では、吐出口３１７は、放射性崩壊中に生成される熱などの、熱を冷却及び放熱するために使用され得る。いくつかの実施形態では、脱水管３３５は、容器が排気されると、遊離水を除去するために使用される。遊離水は、本質的に、容器によって処理された処理流体であり、更なる処理のために別の容器又は処理過程に進行し得るか、又は全体的な処理過程における流入水の１つ以上の特性及び処理段階に応じて、処理レジームの終わりにおける「清潔な」水であり得る。

図５は、図４の実施形態のセクションＡ－Ａの図を示す。セクションＡ－Ａは、容器３００の下向きの長さの垂直断面である。いくつかの実施形態では、容器３００の上部３０１内の充填ポート３２５ａ、ｂは、イオン交換媒体の追加を可能にする。充填ポート３２５ａ、ｂは、使用中に処理過程をシールドするためのプラグと嵌合されてもよい。プラグは、いくつかの実施形態では、鉛金属、又は放射性核種からのシールドを提供することができる任意の材料を含み得る。シールドキャップ３３０は、入口３１５（図３及び図４）、出口３１０（図３及び図４）、吐出口３１７、及び脱水管３３５を覆い、シールドする。シェル３０５は、内部構成要素を取り囲み、いくつかの追加のシールドを提供する。いくつかの実施形態では、吐出口３１７の内径は、２５ｍｍである。いくつかの実施形態では、内側シェル３０７及び外側シェル３０６の壁は、１０ｍｍの厚さであり、外側シェル３０６の外径は、６６０ｍｍであり、内側シェル３０７の内径は、３００ｍｍである。いくつかの実施形態では、他の測定値は、吐出口３１７、外側シェル３０６の壁、外側シェル３０６の外径、及び内側シェル３０７の内径に使用され得る。垂直軸は、容器３００を通って中央に画定される。

示された実施形態では、内側シェル３０７と外側シェル３０６との間に位置付けられるのは、それぞれ、２つ以上の均等に（垂直に及び放射状に）分配された入口ヘッダ３５０及び出口ヘッダ３５５である。ヘッダ３５０及び３５５は、いくつかの実施形態では、ノズルが、リングの内部及び外部の少なくとも１つ上に均等に分配された状態のリング形状である。ノズルを有するヘッダ３５０及び３５５は、処理流体を、容器３００内に含まれるイオン交換媒体に均一に分配する役割を果たす。いくつかの実施形態では、詳細Ｃに示されるように、１つ以上の入口及び／又は出口ノズルは、軸流のため端部上にウェッジワイヤスクリーンを備え得る。示された実施形態では、５つのヘッダ３５０及び３５５は、３つの入口ヘッダ３５０及び２つの出口ヘッダ３５５が交互である状態で、容器３００の内部の高さに沿って均等に分配される。いくつかの実施形態では、媒体充填高さは、１２００ｍｍであり、これは、０．３ｍ３の総体積を可能にする。いくつかの実施形態では、他の測定値及び体積が、使用されてもよい。

図６は、環状容器３００の実施形態の正面図を示す。いくつかの実施形態では、シェル３０５の高さは、１４００ｍｍである。いくつかの実施形態では、他の測定値が使用されてもよい。断面Ｂ－Ｂは、容器３００を横切って水平に切断される。図７は、図６の実施形態のセクションＢ－Ｂの図を示す。示された実施形態では、入口ヘッダ３５０の外部に１２の均等に分配された入口ノズル３５１、及び内側ヘッダ３５０の内部に８つの均等に分配された入口ノズル３５１が存在する。図５の説明に記載されるように、いくつかの実施形態では、入口ヘッダ３５０及び出口ヘッダ３５５（図５）は、容器３００（図５）の長さに沿って交互になり得る。他の構成も可能である。

図８は、内部構成要素をより明確に示すためにシェル３０５（図３）を除去した状態の環状容器３００の実施形態の等角図を示す。示された実施形態は、図７に記載されるように、交互のノズル３５１を有する入口ヘッダ３５０及びノズル３５６を有する出口ヘッダ３５５を示す。垂直軸は、容器３００を通って中央に画定される。

図９は、ＩＸアセンブリ１００の正面図を示す。セクションＤ－Ｄは、ＩＸアセンブリ１００の中心を下向きに垂直に切断する。図１０は、図９の実施形態のセクションＤ－Ｄの図を示す。示された実施形態では、ＩＸアセンブリ１００は、環状容器３００（図６）を備える。いくつかの実施形態では、ＩＸアセンブリ１００の全体の高さは、２４０７ｍｍである。いくつかの実施形態では、シールド２００の測定値は、以下の通りである：高さは、１９６５ｍｍであり、全体の厚さは、１５０ｍｍであり、壁の間の厚さは、１２６ｍｍであり、外側壁２０１の厚さは、１２ｍｍであり、内側壁２０２の厚さは、１２ｍｍであり、外側壁２０１の外径は、１０００ｍｍであり、内側壁２０２の内径は、７００ｍｍである。これらの測定値は、他の実施形態において変化し得る。示された実施形態では、外側吐出チャネル４１５は、シールド２００の内側壁２０２と、基部から上部の外側チャネル吐出出口４１０に１つ以上の吐出入口２１５を接続するシェル３０５との間に位置する。内側吐出チャネル４２０は、示された実施形態では、ＩＸアセンブリ１００の内部に位置付けられ、ＩＸアセンブリ１００の上部の吐出出口３２０ａ、ｂに吐出する。

図１１は、標準容器４００の実施形態を示す。標準容器は、当該技術分野で既知である。示された実施形態は、環状容器と同様の外側構成要素を備える。標準容器４００の内部は、吐出チャネルを含まない。示された標準容器４００は、容器４００の基部の近くに位置付けられたノズル３５８を有する単一のヘッダ３５７を備える。示された実施形態では、ノズル３５８は、垂直に配向される。これらの容器４００は、吸着剤、又は１つ以上のフィルタ、管フィルタ、若しくはフィルタ材料で充填され得る。いくつかの実施形態では、ホットスポットのリスクが低減されるか又は排除されるとき、例えば、処理流体の活性が低いか又は無視できるとき、標準容器４００が、好ましい場合がある。いくつかの実施形態では、環状容器及び標準容器は、処理過程の異なる段階で同じ処理過程において実装され得る。

いくつかの実施形態では、標準容器４００（図１０）又は環状容器３００（図５）は、イオン交換媒体ではなく、１つ以上のフィルタで充填され得る。これらのタイプの容器は、フィルタ容器と称される。いくつかの実施形態において、環状フィルタ容器の環状ゾーンは、管状マイクロフィルタのビームを備え得る。かかる実施形態では、処理流体は、管の上部を通って供給され得る。いくつかの実施形態では、フィルタ材料は、非放射線感受性金属又はセラミック材料を含み得る。

構成及びサイズ決定
イオン交換容器（又はカラム）は、拡張可能であり得る。以下の表１は、いくつかの実施形態では、いくつかのサイズ決定の自由度及びそれらの潜在的な影響を示す。

いくつかの実施形態では、容器の構成、サイズ、及び放射能装填は、線量流量、温度、放射性ガス管理、操作性（容器の対処）、クラッタ（フットプリント）、貯蔵（使用済み容器の総数）、及び長期廃棄物包装（フィルタリング材料）のうちの１つ以上の間の妥協点であり得る。容器のサイズ及び構成は、処理流体の特性、並びにスループット要件、フットプリント、及び他の因子などの他の現場の因子に応じて変化し得る。

放射性用途
本明細書に開示されたシステム及び方法のいくつかの実施形態は、放射性廃棄物流体を処理するために使用され得る。当該技術分野において既知のイオン交換容器構成（標準容器）では、放射性同位体を含む処理流体が容器を通過する際、放射能は、流入水において濃縮し、イオン交換部位がイオン交換媒体上で飽和するにつれて、容器をゆっくりと下向きに（又は上向きに）進行する。高放射性廃棄物を取り扱うとき、容器に対する活性限界は、迅速に到達し、吸収された放射能の大部分は、イオン交換媒体の大部分に、もしある場合でも、ほとんど活性がない状態で、容器への入力の非常に近くで濃縮される。それにより、消耗した容器は、不均一であり、水素修復及び局所的な熱加熱の発現の両方を複雑にし、消耗したイオン交換媒体の安全な貯蔵及び対処を損なう。

高放射性廃棄物流体を処理するための用途において、イオン交換容器によって取り扱うことができる廃棄物流体の量は、概して、イオン交換媒体の容量に依存するのではなく、容器内に濃縮した放射能の総量に依存するため、イオン交換媒体の容量を最大とすることは、典型的には、所望されない。安全に捕捉することができる活性の量は、放射性崩壊からの発熱と、イオン交換媒体内の水の放射線分解に起因して生成された水素との組み合わせに起因して制限される。効率的な冷却を有し、十分な水素修復を得るために、活性のより均一な分配が取得され、活性が濃縮されるイオン交換容器内に「ホットスポット」が存在しないことが不可欠である。ホットスポットは、消耗したイオン交換容器の安全性及び対処を著しく損なう可能性があり、及びシールドを損ない、それによって、特定の場所において従来の安全制限よりも高い線量率につながり得る。本明細書に開示された環状容器システム及び方法は、熱放散性及び均一な装填の増加を通して、これらの懸念を低減／排除する。

放射性汚染物質を伴う取り扱い処理過程に関して、汚染物質の環境への放出を防止し、破損が発生した場合に環境及び人員を保護するために、追加のシールド及び漏出防止措置が、装置に組み込まれ得る。例えば、モジュール化された実施形態では、モジュール間の処理ラインは、二次的な格納庫及び漏出検出システムを含み得る。処理モジュールは、追加のシールド、冗長バルブ及び計装、漏出検出システム、緊急シャットダウン、並びに水素／可燃性ガス吐出システムを含み得る。

他の処理用途
イオン交換樹脂、吸着材、又は他の粒状材料（イオン交換媒体）全体にわたる汚染物質の均一な分配は、様々な用途において利用され得る。均一性及び不均一性（均一及び不均一）は、空間又は容器内の物質の画一性に関連する化学において使用される既知の概念である。均一である材料は、組成又は特性（すなわち、色、形状、サイズ、重量、高さ、分配、テクスチャ、温度、放射能など）において一様であり、不均一である材料は、これらの性質のうちの１つ（又はそれ以上）において明らかに一様でない。

例示的な用途は、ゼオライト又は他の基材全体の触媒金属（例えば、白金、ニッケルなど）の均一な装填であってもよい。これは、通常、基材が触媒の溶液と物理的に混合され、流体が排出され、次いで最終生成物が脱水されるバッチ操作を使用して実施される。本明細書に開示されるシステム及び方法の適用により、この製造処理過程が、より少ない機械的動作（例えば、混合動作なし）で、より短い期間で、より小さい容器において実施されることが可能になり得る。混合を排除することはまた、製品の消耗を最小限に抑え、廃棄物を低減させ、生成され得る粒子を除去するための洗浄の必要性を排除する。

充填による容器タイプ
以下に列挙された容器のタイプは、例にすぎず、制限することを意図するものではない。容器は、考えられるイオン交換媒体又はフィルタ材料で装填され得る。処理流体及び／又は処理流体中の標的同位体の特性は、イオン交換材料又はフィルタ材料のタイプ、必要とされ得る容器の数、処理の順序、及び特定の処理過程のレイアウト（直列／並列）を決定し得る。

イオン交換容器は、任意のタイプの吸着剤又はイオン交換媒体で充填され得、ＩＸシステムは、異なる吸着剤又はイオン交換媒体を直列に有する２つ以上の容器を使用するときに、多くの異なる汚染物質を除去するように動作可能である。いくつかの実施形態では、１つ以上の容器は、１つ以上の固体除去フィルタ、限外濾過、及び／若しくは他の濾過システムと直列並びに／又は並列に使用されてもよい。加えて、いくつかの実施形態では、処理流体は、直列及び／又は並列において、１つ以上の容器を通って処理される前に、逆浸透などの前処理を通って進行し得る。

図１２は、容器が直列に使用され得る、例示的な実施形態を示す。示された実施形態では、容器の各々は、異なる特定の要素を捕捉するように動作可能である。示された実施形態では、処理流体は、任意選択的に、いくつかの実施形態において、塩基又は酸を使用してタンク４１５内でｐＨを調整され得る。ｐＨは、特定の処理流体に対して同位体除去を最大化するために、広範囲にわたって調整され得る。いくつかの実施形態では、１つ以上の吸着剤は、６～８のｐＨで最適に動作し得る。次いで、処理流体は、１つ以上の濾過ステップ４２０を通って、次いで、Ｃｓ／Ｓｒ ＩＸ ４２５、Ｉ ＩＸ ４３０、Ｓｂ ＩＸ ４３５、及びＲｕ ＩＸ ４４０を通って進行し得る。いくつかの実施形態では、処理流体は、処理過程から出る前に、最終的な化学的な調節のためにタンク４４５を通って進行し得る。
容器の数

処理に使用される容器の数及びタイプは、フットプリント、処理実装形態のタイムライン、及び必要なスループットなどの他の現場固有の因子の中で、処理流体の特性（温度、水化学、汚染物質の濃度及びタイプ、体積など）、精製される全体的な活性、減衰時間、及び容器当たりの平均放射線装填を含むいくつの因子に依存する。

必要な容器の数はまた、現場の実装形態のタイムラインによって影響を受ける可能性がある。経時的に、放射性元素が減衰するため、処理過程が遅れて開始される場合、処理流体の全体的な活性が低下し、必要な容器の減少をもたらし得る。

フィルタ容器（又はカートリッジ）の使用又は数は、処理流体内の全体的な粒子活性、フィルタのタイプ、及びフィルタ容器当たりの最大減衰熱（活性蓄積によって駆動される）のうちの１つ以上に基づいて変化し得る。達成可能な粒子除染因子は、利用可能なフィルタの粒径分配及びカットオフ閾値に依存し得る。
固定式、可動式、及び／又はモジュール式システム

本明細書に開示されたシステム及び方法は、固定式、可動式、及び、モジュール式構成のうちの１つ以上において実装され得る。固定式構成は、１つ以上の容器が、現場において所定の位置に位置付けられ、固定される構成である。可動式構成は、１つ以上の容器が、可動式コンテナ内に、トレーラー上に、又は別様に、現場の周辺若しくはある現場から別の現場に移動可能に構成される構成である。モジュール式構成は、１つ以上の容器が、より簡単な輸送及び設定のために、モジュール式の「プラグアンドプレイ」構成で構成される構成である。現場は、単一のプロジェクトに対して１つを超える構成タイプを利用し得る。

モジュール性及び可動性は、特にＦｕｋｕｓｈｉｍａなどの事故に応答する、効果的で、効率的で、柔軟性があり、展開可能な水取り扱いシステムに対する重要な態様である。ＩＸシステムを含む、１つ以上の処理過程を１つ以上の別々のモジュール内に含めることで、適応性及びより良好な取り扱いのカスタマイズが可能になり、必要なモジュールのみを輸送して現場に持ち込むことが可能になり、それにより、輸送、設定、処理コスト、及び時間を低減する。いつでも、モジュールは、追加されるか、又は削除され得、現場の清浄化／処理への段階的なアプローチを可能にする。モジュールコンテナの例は、ＩＳＯ輸送コンテナであり、これは非常に可動性が高く、広く使用されている標準化されたコンテナであり、必要に応じて、トラック、鉄道、船舶、飛行機、及び他の従来の産業輸送媒体を含む既存のインフラストラクチャ上で、世界中の現場に迅速かつ容易に輸送することができる。標準的な出荷サイズは、簡単で、費用効果が大きい輸送のための容易な積層を可能にする、しかしながら、トレーラーによって取り付けられた構成、運転可能な構成、及びカスタムサイズの構成を含む他の形状及びサイズが可能である。モジュール性は、積層を含む、領域のトポグラフィによって必要とされるように、モジュールを任意の構成で設定することができるため、より簡単な設定も可能にする。モジュール性はまた、保守のための容易な取り替え、又は簡単な段階的撤退を可能にする。各モジュールは、任意の構成における任意のモジュール間の迅速かつ簡単な接続／切断のために標準サイズのクイック切断が装備され得る。モジュールは、直列、並列、又はこれらの組み合わせで動作し得る。並列動作は、大量の処理流体を処理することを可能にする。

本明細書に開示されたシステム及び方法は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれ、関連部分がいくつかの修正を伴って本明細書に複製される、２０１５年６月２４日に出願され、２０１８年５月２９日に発行され、優先日が２０１４年６月２４日である、米国特許第９，９８１，８６８号（米国特許出願第１４／７４８，５３５号）、表題「Ｍｏｂｉｌｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｈａｚａｒｄｏｕｓ ａｎｄ Ｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅ Ｉｓｏｔｏｐｅ Ｒｅｍｏｖａｌ」に開示されたシステム及び方法と組み合わせて動作し得る。

図１３は、容器５００のモジュール式線形行列の一実施例を示す。各容器５１０は、基部５０５上の固定位置に載る。示された実施形態では、基部は、単一の線形行列内に５つの容器５１０を収容するようにサイズ決定される、しかしながら、より多く又はより少ない容器５１０を有する他の実施形態が可能である。容器５１０のうちの１つ以上は、標準容器であり得る。容器５１０のうちの１つ以上は、環状容器であり得る。各容器５１０は、異なるイオン交換媒体若しくはフィルタで充填され得るか、又は１つ以上の容器５１０は、同じイオン交換媒体若しくはフィルタを含み得る。示された実施形態では、処理流体は、直列で容器５１０を通って進行し得、各容器入口７１５に入り、容器出口７１０を介して出る。

いくつかの実施形態では、処理は、図１４に示されるように、１つ以上の行列の間で並列に発生し得る。処理流体の流れは、容器５１０ａ上の入口７１５に入り、容器５１０ａ上の出口７１０を介して出て、入口７１５を介して容器５１０ｂに入り、出口７１０を介して容器５１０ｂを出ることを示す。２つの行列間の処理の流れの残りは、容器５１０ｃと５１０ｄとの間、容器５１０ｅと５１０ｆとの間、容器５１０ｇと５１０ｈとの間、及び容器５１０ｎと５１０ｚとの間で、同じ様式で発生する。示された実施形態は、各行列５００上に５つの容器５１０を示すが、より多く又はより少ない容器が可能である。いくつかの実施形態では、１つ以上の行列は、図１５に示されるように、並列に動作し得る。いくつかの実施形態では、図１６に示されるように、１つ以上の行列が、直列で動作し得る。流れは、図１５及び図１６において明瞭さのために一般的に示されるが、図１３と同様に入口及び出口を通って進行する。いくつかの実施形態では、処理流体は、異なる長さ、容器量、容器サイズ、及び容器タイプのうちの１つ以上を有する、１つ以上の行列５００の間を流れ得る。

図１７及び図１８は、それぞれ、可動式コンテナ６００内の図１３の実施形態の正面図及び上面図を示す。容器の可動性、モジュール性、及び拡張性は、多数の処理能力及び構成を可能にする。例えば、モジュールは、１つ以上の容器又は容器のタイプを備え得、様々な数のモジュールは、単一のコンテナ、スキッド、又は他の可動式手段において動員され得る。
水素管理及び冷却

容器内の水素発生源は水であり、放射線分解が発生し、放射線分解加熱に起因して水が駆逐される際、水は減少量で存在することに留意することが重要である。これは、水素生成に起因するリスクが、処理の過程で低減する傾向があり、いくつかの実施形態では、容器及び／又は容器の内容物が調製され、貯蔵庫に輸送されるとき、処理の終了時にごく少量であり得ることを意味する。

水素の蓄積は、処理及び貯蔵中に発生する。処理中、処理流体が流れている場合、水素は、処理流体とともに容器から一掃される。処理過程がいずれかの理由で停止した場合、水素は、容器上に画定された吐出口経路を通って適切なシステム（以下で詳細に説明される、再結合器、希釈、及び放出）に吐出される必要がある。

消耗した、脱水容器の貯蔵中に、水素は、自然対流を使用して希釈され、（いくつかの実施形態では）吐出される。自然対流は、主に水素生成及び減衰熱に起因する放出されたガスと周囲空気との間の密度差によって駆動される。

いくつかの実施形態では、バーストディスクは、輸送の前に容器に追加され得る。バーストディスクは、ラプチャーディスク、圧力安全ディスク、バースティングディスク、又はバーストダイヤフラムとしても既知である。これらのデバイスは、過圧又は真空状態からシステムを保護する一回限りの圧力解放安全弁として作用する。バーストディスクは、所定の圧力で故障するように設計される。バーストディスクのいくつかの利点は、圧力リリーフバルブとは対照的に、耐漏出性、コストの低減、応答時間、サイズの制約、及びメンテナンスの容易さを含む。図１９は、バーストディスクの一実施例を示す。

いくつかの実施形態では、容器が使用されなくなるとき、内容物が脱水され、貯蔵庫に設置される。貯蔵庫では、水から放出された水素が、自然に希釈され、自然対流を使用して容器から大気に吐出される。自然対流の原理は、低圧差を利用することに基づくため、より高い抵抗を有するフィルタ／スクリーンを含むことは、任意の可燃性限界を下回って自然に吐出する能力を減少させる可能性がある。しかしながら、いくつかの実施形態では、輸送又は貯蔵のために、フィルタ／スクリーン（例として、ＮｕｃＦｉｌ（登録商標）又はＰｏｒａｌ（登録商標））を容器上の水素吐出口に追加してもよい。

いくつかの実施形態では、容器の内容物は、最終処分のために除去され、処理され、及び包装され得る。水素は可燃性限界未満で大気中に自然に吐出されるため、再結合器は、概して、不要であるとみなされる、しかしながら、いくつかの実施形態では、再結合器は、最終処分コンテナに追加され得る。図２０は、例示的な触媒再結合器を示す。いくつかの実施形態では、図２１に示されるように、市販の触媒再結合器が、充填ポート又は他の入口を通して、動作後及び乾燥後に容器に追加され得る。再結合は、容器オーバーパック又は二次的な格納庫に追加され得る。任意のタイプの再結合器が、使用され得る。図２１において、水素は、ＩＸアセンブリ１００上のＨ２吐出口３１７から吐出され、再結合器６０５に流れ込み得る。動作中、ポート３１０、３１５、及び３３５は、それぞれ、出口、入口、及び排水管である。貯蔵中、これらのポート３１０、３１５、及び３３５のうちの１つ以上は、空気入口として再度目的を果たし得る。

感知及び制御
処理過程全体を通してシステムを監視及び制御するために、１つ以上のセンサ及び器具が、使用され得る。センサ及び／又は器具の位置並びにタイプは、他の設計上の考慮事項の中でも、処理過程の規模並びに処理流体の化学的特性に依存し得る。センサのタイプは、とりわけ、接触センサ、非接触センサ、容量センサ、誘導センサ、３Ｄ撮像装置、光ファイバケーブル、カメラ、熱撮像装置、温度計、圧力センサ、放射線検出器、ＬＩＤＡＲ、及びマイクロフォンのうちの１つ以上を含み得る。いくつかの実施形態では、放射線シールドの有無にかかわらず、１つ以上の赤外線（ＩＲ）カメラが、システム内で使用され得る。

いくつかの実施形態は、１つ以上の撮像センサを備え得る。１つ以上の撮像センサは、とりわけ、３Ｄ撮像、２Ｄ距離センサ、カメラ（いくつかの実施形態では、ＩＲカメラ又は放射線シールドＩＲカメラなど）、熱撮像装置、及び放射線検出器のうちの１つ以上を含み得る。１つ以上の撮像センサは、遠隔オペレータに検査及び監視機能を提供するために使用され得る。１つ以上の撮像センサからの信号は、リアルタイムで表示され得、後のレビューのために記録され得、及び／又は動作記録のために記録され得る。任意の１つ以上のカメラは、固定タイプ又はパン－チルト－ズームタイプのうちの１つであり得る。オペレータは、パン、チルト、ズーム（ＰＴＺ）、フォーカス、及びライトなどの関連する制御特徴部を有するカメラを制御しながら、動作のための所望のカメラビューを選択及び管理し得る。一実施形態では、動作の適切な視覚的適用範囲は、カメラの量及び場所によって決定された、適切なカメラ適用範囲を通してカメラシステムによって可能にされ得る。

いくつかの実施形態では、センサは、処理過程全体にわたって材料の特性を追跡するためだけに追加される。いくつかの実施形態では、センサデータは、システムの動作を制御するために使用される。いくつかの実施形態は、センサ融合アルゴリズムを利用して、１つ以上の異なるタイプの１つ以上のセンサから取得されたデータを分析し得る。いくつかの実施形態では、センサデータは、人間のオペレータからの入力をほとんど又はまったく必要としない処理過程のために自動的に分析され、制御システムにおいて自動的に変化をもたらす。いくつかの実施形態では、センサデータ及び又は分析は、人間のオペレータが手動調整を実施するために表示される。

いくつかの実施形態では、適切なセンサは、処理の流れ、圧力、及び温度のうちの１つ以上、並びに１つ以上の重要な場所における活動レベル（線量）を含む、問題を早期に識別するために、１つ以上の重要な場所における処理過程状態を監視するために使用され得る。
対照

いくつかの実施形態では、制御システムは、限定するものではないが、活動レベル、温度、圧力、及び流量を含む、重要な処理過程及び施設データを捕捉し、記憶し、及び傾向を示すことができる。いくつかの実施形態では、データは、ほぼリアルタイムで、現場で処理され得る。いくつかの実施形態では、データ及び／又は処理された情報は、長期記憶のために遠隔地に送信され得る。いくつかの実施形態では、制御システムは、関連するシステム及び処理を制御するためにＨｕｍａｎ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ（ＨＭＩ）を有し得る。

一般用語及び解釈規約
特許請求の範囲又は明細書に記載の任意の方法は、別様に明示的に記載しない限り、ステップが特定の順序で実施されることを必要とすると解釈されるべきではない。また、方法は、別様に明示的に記載しない限り、任意の順序で列挙されたステップを実施するための支持を提供すると解釈されるべきである。

別個の実装形態の文脈内で説明された特定の特徴は、単一の実装形態で組み合わせて実装することもできる。逆に、単一の実装形態の文脈において説明された様々な特徴は、複数の実装形態において別個に、又は任意の好適なサブコンビネーションで実装することもできる。更に、特徴は、特定の組み合わせにおいて上で説明され得、初期にそのように特許請求され得るが、特許請求される組み合わせからの１つ以上の特徴は、組み合わせから削除することができ、特許請求された組み合わせは、サブコンビネーション又はサブコンビネーションの変形に方向付けられ得る。

この文書内で説明される例示的な構成は、実装され得るか、又は特許請求の範囲内にある全ての例を表すものではない。「例」という用語は、「一例、実例、又は例解として役立つ」ことを意味し、「好ましい」又は「他の例よりも有利である」ことを意味するものではないと解釈されるべきである。

「ｔｈｅ」、「ａ」、及び「ａｎ」などの冠詞は、単数形又は複数形を含意することができる。また、「又は」という単語が、先行する「いずれか」なしで使用されるとき（又は、「又は」が排他的であることを明確に意味することを示す他の同様の言語－例えば、ｘ又はｙのうちの１つのみなど）、包括的（例えば、「ｘ又はｙ」は、ｘ若しくはｙの一方又は両方を意味する）であると解釈されるべきである。

「及び／又は」という用語はまた、包括的（例えば、「ｘ及び／又はｙ」は、ｘ若しくはｙの一方又は両方を意味する）であると解釈されるべきである。「及び／又は」又は「又は」が３つ以上の項目のグループのための結合として使用される状況では、グループは、１つの項目だけ、全ての項目をともに、又は項目の任意の組み合わせ若しくは数を含むと解釈されるべきである。

「に基づく」という語句は、別様に明確に記載されない限り（例えば、所与の条件のみに基づく）、開放された一連の条件を指すと解釈されるべきである。例えば、所与の条件に基づくものとして説明されるステップは、列挙された条件及び１つ以上の列挙されていない条件に基づき得る。

有する（ｈａｖｅ）、有する（ｈａｖｉｎｇ）、含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）、及び含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）という用語は、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）及び含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）という用語の同義語であると解釈されるべきである。これらの用語の使用はまた、これらの用語が「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」又は「から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」によって取って代わられる、より狭い代替的な実装形態のための支持を開示し、提供するものとして理解されるべきである。

別様に示されない限り、明細書中で使用される（特許請求の範囲を除く）寸法、物理的特性などを表す全ての数字又は表現は、「およそ」という用語によって全ての実例において修正されると理解される。最低限でも、同等物の原則の特許請求の範囲への適用を制限する試みとしてではなく、「およそ」という用語によって修正された、本明細書又は特許請求の範囲内に記載された各数値パラメータは、記載された有効桁の数を考慮して、かつ通常の四捨五入法を適用することによって解釈されるべきである。

全ての開示された範囲は、任意のサブ範囲又は各範囲によって包含される任意の及び全ての個々の値を列挙する特許請求の範囲を包含し、特許請求の範囲に対する支持を提供することが理解される。例えば、記載された１～１０の範囲は、両端の値を含む、最小値１～最大値１０である任意の及び全てのサブ範囲又は個々の値を列挙する特許請求の範囲を含み、特許請求の範囲に対する支持を提供するとみなされるべきであり、すなわち、最小値１以上で始まり、最大値１０以下で終わる全てのサブ範囲（例えば、５．５～１０、２．３４～３．５６など）又は１～１０の任意の値（例えば、３、５．８、９．９９９４など）であり、これらの値は、単独で、又は最小値として（例えば、５．８以上）、又は最大値（例えば、９．９９９４以下）として表現することができる。

開示された全ての数値は、いずれの方向においても０－１００％で可変であると理解され、それにより、かかる値（単独又は最小又は最大のいずれか－例えば、＜値＞以上＜値＞以下）又はかかる値によって形成され得る任意の範囲若しくはサブ範囲を列挙する特許請求の範囲に対する支持を提供する。例えば、記載された数値の８は、０～１６（いずれかの方向で１００％）で変化し、範囲自体（例えば、０～１６）、範囲内の任意のサブ範囲（例えば、２～１２．５）、又は個々に表された範囲内の任意の個々の値（例えば、１５．２）、最小値として（例えば、少なくとも４．３）、又は最大値として（例えば、１２．４以下）を列挙する特許請求の範囲に対する支持を提供すると理解されたい。

特許請求の範囲に列挙された用語は、広く使用されている一般的な辞書及び／又は関連する技術辞書における関連する見出語、当業者によって一般的に理解される意味などを参照することによって決定されるように、それらの通常の慣例的な意味を与えられるべきであり、これらのソースのいずれか１つ又は組み合わせによって付与された最も広い意味は、特許請求の範囲の用語（例えば、２つ以上の関連する辞書の見出語は、見出語の組み合わせの最も広い意味を提供するために組み合わせられるべきであるなど）に与えられるべきであることを理解しながら、以下の例外が認められる：（ａ）ある用語が、その通常の、かつ慣例的な意味よりも広範な様式において使用される場合、その用語は、その通常の、かつ慣例的な意味に加えて追加の広範な意味を与えられるべきであるか、又は（ｂ）ある用語が、「本文書で使用される際、意味するべきである」という語句、又は同様の言語（例えば、「本用語は、意味する」、「本用語は、のように定義される」「本開示の目的のために、本用語は、意味するべきである」など）が続く用語を列挙することによって、異なる意味を有するように明示的に定義されている場合。具体的な例の参照、「すなわち」の使用、「発明」という単語の使用などは、例外（ｂ）を引き合いに出すこと、又は別様に、列挙された特許請求の範囲の用語の範囲を制限することを意味するものではない。例外（ｂ）が適用される状況を除き、本文書内に含まれるいかなる内容も、特許請求の範囲の免責事項又は否認とみなされるべきではない。

特許請求の範囲内に列挙される主題は、本文書に記載されるか又は例解される任意の実装形態、特徴、又は特徴の組み合わせと同一ではなく、同一であると解釈されるべきではない。これは、特徴又は特徴の組み合わせの単一の実装形態のみが例解され、説明されている場合でも同じである。

上記に記載され、図において例解された実施形態は、例としてのみ提示され、本発明の概念及び原理を限定することを意図するものではない。そのため、添付の特許請求の範囲に記載の本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、要素並びにそれらの構成及び配置における様々な変更が可能であることが、当業者によって理解されるであろう。

Claims (12)

1. 汚染された流体を取り扱うためのイオン交換容器であって、
   間にチャンバを形成する、内側シェル壁と外側シェル壁とを備える、シェルと、
   イオン交換媒体又は吸着剤のうちの少なくとも１つを前記チャンバに分配するように構成された１つ以上の充填ポートと、
   前記チャンバ内で動作可能に構成された３つ以上の入口ヘッダであって、各入口ヘッダが、１つ以上の入口ノズルを備え、前記１つ以上の入口ノズルが、前記イオン交換媒体又は吸着剤のうちの少なくとも１つに、汚染された流体を均一に分配するように動作可能に構成されている、３つ以上の入口ヘッダと、
   前記チャンバ内で動作可能に構成された２つ以上の出口ヘッダであって、各出口ヘッダが、１つ以上の出口ノズルを備え、前記１つ以上の出口ノズルが、前記チャンバから流体を除去するように構成され、前記２つ以上の出口ヘッダ及び前記３つ以上の入口ヘッダが、前記イオン交換容器の長さに沿って均等に分配され、かつ、交互になる、２つ以上の出口ヘッダと、
   前記チャンバから水素を吐出するか、又は熱を放散することのうちの少なくとも１つを行うように構成された吐出口と、
   前記チャンバから過剰水を輸送するように構成された脱水システムと、
   前記内側シェル壁内の内側吐出チャネルと、
   鉛金属、鋼、又は劣化ウランのうちの少なくとも１つで構成されたシールドであって、前記シールドが、１つ以上のリフティングラグ及び１つ以上のシールド吐出入口を備える、シールドと、を備える、イオン交換容器。
2. 前記イオン交換容器及び前記シールドが、円筒形状である、請求項１に記載のイオン交換容器。
3. 前記シールドが、前記イオン交換容器の上に嵌合するように構成されている、請求項１に記載のイオン交換容器。
4. 出口吐出チャネルが、前記シールドと前記シェルとの間に形成されている、請求項３に記載のイオン交換容器。
5. 前記１つ以上のシェル吐出入口が、前記１つ以上のシールド吐出入口と相関する、請求項１に記載のイオン交換容器。
6. 前記イオン交換容器が、可動式処理スキッド内に含まれる、請求項１に記載のイオン交換容器。
7. 汚染された流体を取り扱うためのイオン交換システムであって、
   １つ以上のシールドであって、各々が、鉛金属、鋼、又は劣化ウランのうちの少なくとも１つで構成されており、前記１つ以上のシールドが各々、１つ以上のリフティングラグ及び１つ以上のシールド吐出入口を含む、１つ以上のシールドと、
   １つ以上のイオン交換容器と、を備え、前記１つ以上のイオン交換容器が各々、
   間にチャンバを形成する、内側シェル壁と外側シェル壁とを備える、シェルと、
   イオン交換媒体又は吸着剤のうちの少なくとも１つを前記チャンバに分配するように構成された１つ以上の充填ポートと、
   前記チャンバ内で動作可能に構成された３つ以上の入口ヘッダであって、各入口ヘッダが、１つ以上の入口ノズルを備え、前記１つ以上の入口ノズルが、前記イオン交換媒体又は吸着剤のうちの少なくとも１つに、汚染された流体を均一に分配するように動作可能に構成されている、３つ以上の入口ヘッダと、
   前記チャンバ内で動作可能に構成された２つ以上の出口ヘッダであって、各出口ヘッダが、１つ以上の出口ノズルを備え、前記１つ以上の出口ノズルが、前記チャンバから流体を除去するように構成され、前記２つ以上の出口ヘッダ及び前記３つ以上の入口ヘッダが、前記１つ以上のイオン交換容器の垂直軸に沿って均等に分配され、かつ、交互になる、２つ以上の出口ヘッダと、
   前記チャンバから水素を吐出するか、又は熱を放散することのうちの少なくとも１つを行うように構成された吐出口と、
   前記チャンバから過剰水を輸送するように構成された脱水システムと、
   前記内側シェル壁内の内側吐出チャネルと、を備える、イオン交換システム。
8. 前記１つ以上のイオン交換容器及び前記１つ以上のシールドが、円筒形状である、請求項７に記載のシステム。
9. 前記１つ以上のシールドが、前記１つ以上のイオン交換容器の上に嵌合するように構成されている、請求項７に記載のシステム。
10. 出口吐出チャネルが、前記１つ以上のシールドと前記シェルとの間に形成されている、請求項９に記載のシステム。
11. 前記１つ以上のシェル吐出入口が、前記１つ以上のシールド吐出入口と相関する、請求項７に記載のシステム。
12. 前記１つ以上のイオン交換容器が、可動式処理スキッド内に含まれる、請求項７に記載のシステム。