用于处理升华物质的装置和方法 本发明涉及用于处理升华物质的装置，具体地涉及凝华和收集已升华提纯的六氟化铀(UF6)的装置。
目前，当制造UF6时或再处理经辐射的铀燃料时，处理循环中一个常用的步骤是使从蒸气相中将UF6气体凝华成固体，然后通过在增压下加热而转变成液体。目前所使用的装置采用较大的热交换容器，其具有许多内部管子和冷却管套，例如乙二醇冷却剂可泵入其中并且藉由许多固定到管子上的挡板而使UF6在其周围走迂回路线。在管子外部UF6冷凝，当热交换器的内部空间被冷凝的UF6充满而堵住UF6气体进一步通过时，处理过程停止。尽管如此，由于装置和处理方法的特性，热交换器可能在其整体空间被冷凝气体充满之前早已堵塞以使其它UF6不能通过，从而导致处理过程失效。
然后，通过由阀密封热交换器、采用热的热交换流体加热内容物以及使热交换容器中的升华的UF6压力升至2巴以上而使冷凝UF6气体转换成液态，这样UF6液化，并且最终作为UF6成品流出以便贮藏，或者进入下一再处理铀的加工步骤中。
目前设备的另一个缺点是，制造热交换器需要许多焊接点，但热循环疲劳而会使焊缝容易发生机械事故。焊接缺陷会引起冷却剂的污染，而需要对冷却剂本身进行处理并且其费用极高。
目前装置的另一个明显缺点是乙二醇热传递液体需要复杂而昂贵的自身处理和再循环辅助设备。
GB-A-1 381 892揭示了一种用于使可升化物质凝华的方法和装置。该装置和方法从总体上来说涉及对物质地凝华，这种物质在常温和常压下通常是固态的，并且在相对较高的温度下可升华。这篇文献主要涉及防止已凝华的蒸气聚集在凝华容器的内壁上，即通过在容器中设置有气孔的内壁，气体可从中通过以防止已凝华的物质沉积于其上。
本发明的一个目的在于提供一种一般来说用于UF6的处理设备，其运作和制造成本明显降低并且不具有上述现有设备所存在的运作堵塞问题。本发明进一步的目的在于提供一种一般用于UF6处理的装置，它几乎没有现有设备中易发生疲劳事故的焊接。
根据本发明的第一方面，提供一种用于通过使升华气态物质的凝华成为固体并随后收集和液化所述已凝华物质的装置，该装置包括：
用于将冷却剂液体输送到处理容器装置中的装置；
用于将所述升华物质输送到所述容器中的装置；
用于使所述冷却剂液体与所述升华物质直接接触并混合的装置，以将所述升华物质的温度减小到其结露点；
所述容器装置包括一下罐部分，固体凝华物质落入其中；
所述容器装置还包括至少在所述罐部分的加热装置；
阀装置可使所述容器装置密封以使所述容器装置中压力升高；
管子装置，在靠近所述罐部分下端的一个位置上具有：一第一端，以便浸入由所述凝华物质液化反应所产生的液体中，以及远离所述第一端伸出所述容器外部并且连接到装置上的一第二端，以容纳所述液化物质；以及
所述管子装置具有可控制所述液化物质排出的装置。
根据本发明的第二个方面，提供了一种用来通过使升华气态物质凝华成为固体并随后收集和液化所述凝华物质的方法，所述方法包括如下步骤：
通过与处理容器装置中的冷却流体的直接混合而将升华物质冷却到一低于所述升华物质的结露点以下的温度，以使所述升华物质凝华成固体；
使所述固体沉积并收集在所述处理容器装置的收集罐部；
加热所述容器装置中的所述凝华物质并且使所述容器中的压力升高，所述加热和所述压力升高的混合作用使所述处理容器装置中的所述凝华物质液化。
升华气体可以是UF6，但也可以包括广泛的化学领域中的其它适当气体。例如，这些气体包括四氟化锆、五氧化磷、萘和碘。
当用于生产几乎无放射性的新纯UF6流时，本发明是特别有益的。
当处理容器装置中发生凝华时，物质可形成颗粒而落入收集罐部，且其高度逐渐升高，而不会发生象现有装置中那样的堵塞。
一旦处理容器装置的收集罐部装有所需量的固体UF6颗粒时，可关闭容器、加热，关闭容器中所产生的压力升高可使固体UF6液化，然后流入单独的存储容器中以便将来使用，或者根据需要进一步加工处理。
另外，通过使加压的惰性气体进入可使容器加压，惰性气体也可推动液体排出容器。
冷却液可以是一种液化气体、如氮气。
较佳地，处理容器还在其上端还具有第一横截面积减小部，通过可在其中进行混合的体积减小部分，可加强进入的升华气体与冷的冷却液的混合，并因此而冷却。
较佳地，容器还包括用于加热其外部的装置和将热量从所述容器壁引到其内部的装置，从而加热固体UF6以促使进行更有效的液化。加热装置可以是通过感应加热的，并且可包括一个或多个绕在容器周围的感应加热线圈，该容器例如可用镍合金制成。导热装置可包括挡条，挡条可伸过容器内部，并与容器壁以及容器内所装的固体UF6接触。
以下根据加工处理UF6来作描述。然而，根据需要也可处理其它化学物质。
例如，冷或液化惰性流体可包括氮气、氩气、氦气、氖气、氪气、氧气或其它适当的可液化气体中选出的至少一种。
处理容器还可包括在其底端的横截面积减小的第二部分，并低于收集罐部，导管可伸入其中。导管的另一端可伸到容器上部高于UF6最终停留的高处。导管可在处理容器内部或外部经过。固体UF6通过在压力条件下转换成液体而从容器中排出。同现有处理过程一样，关闭容器并用外部加热装置使其温度升高。当固体UF6开始升华时，容器中的压力逐渐增加到2巴以上，在该压力条件下，固体UF6熔融并且在大约75℃形成液体。一旦所有UF6液化，在连接到第二或底部横截面积减小部分的导管上的阀打开，容器中高于UF6液体高度的UF6气体压力迫使液体流出容器进入存储容器以备使用，或在UF6是从再处理的辐射燃料中凝华出来的情况下再进入再一处理步骤。因而，在本发明中，没有机械泵或任何类似装置，只有相当简单的阀以打开和关闭导管和控制流量。
在容器内固体被加热和升华而不是被液化时，连接到第二横截面积减小部分上的导管也可起到一用于惰性气体的入口的作用。
用于将液化惰性气体引入容器中的装置可以是一适当的导管和喷射喷口。
用于使UF6进入容器的装置可以是适当尺寸的导管。
当UF6是新制造的时，其可以基本上纯净形态进入容器。当UF6气体是从辐射燃料的再处理中生成时，其可在进入容器之前与惰性携带气体混合以控制放热反应。
在主容器上部的第一横截面积减小部分将引起直接混合，所以可使UF6气体快速冷却并成为固体。液化惰性气体较佳地可以喷射方式进入容器，即通过设置在面积减小部分中的一个喷嘴进入。
所有进入和排出容器的导管都可设有阀装置，这样容器可与外部和其它相关的工厂或设备相密封关闭。
在UF6已经冷却和固化之后，用于抽取惰性气体的装置可以是容器壁中的另一导管。一旦UF6已经由液化惰性气体冷却，其可转换成“雪状”固体物质，其可停留于处理容器底部收集罐部内。开始时，进入的液氮温度例如约为77°K，进入的UF6温度约为305°K、一旦UF6凝华，氮的温度将上升到约135°K，在该温度下液氮气化，但固体UF6颗粒实际具有零蒸气压力，因此，固体UF6颗粒沉积在容器底部。然而，用于气氮的排出导管较佳地具有一过滤器以捕获小的UF6颗粒，这些颗粒由气体流夹带并带出导管。较佳地，过滤器置于一基本上垂直的导管段上方并且具有外部加热装置，这样任何捕获到的UF6与处理容器中的大量固体UF6同时熔化，并且自然向下排入容器。该过滤器可以是，例如一烧结的镍粉过滤器。
由于液氮或氩成本非常低，一旦气化了的液化气体已经排出容器并经过任何适用的过滤系统和除气器而将由任何原因造成的杂质去除后，都可以通到大气中，而不象现有技术采用乙二醇处理那样需要随后的再循环或处理，因而使本发明的装置明显地更经济和易于操作。
本发明装置的另一非常重要的优点是除了阀以外没有移动部分，因而免除了这方面的服务或维护。尤其重要的是，所处理的UF6是从辐射燃料中衍生出的，具有较高的放射性。而且，本发明的装置除了不具有需要维护的部件之外，容器结构还相当简单，因为其所具有的象现有技术装置的热交换器式结构中那样的焊缝相当少。因而，本发明装置的容器具有比现有技术容器更好的整体性并且发生疲劳破裂的可能更少。
为了更充分地理解本发明，以下结合附图对一个实例进行描述，其中：
图1示出了本发明装置的纵向剖面图；
图2示出了沿图1中线2-2的剖面图；
图3示出了图1中处理容器的主视图；
图4示出沿图3中箭头方向所示的容器的俯视图；
现参见各附图，图中相同的部件采用共同的标号表示。
下文所述的装置是以液化UF6为例的。然而，也可以类似方式处理其它化学物质。
根据本发明的此装置总的由标号10示出。该装置包括一存放和沉积容器12，该容器在其顶部具有一横截面积渐缩的第一部分14以及在其底部具有一横截面积渐缩的第二分部16(也称为“靴部”)。一导管18从靴部16伸过容器12的主体部分20，并且伸出容器主体部分20的上壁22。一使已气化的液体冷却剂逸出的通气管24也设置在上壁22上。通气口24还具有一过滤器26以捕获逸出气体流中所携带的固体UF6的小颗粒。横截面积缩小的第一部分14设有一入口管28以使气态UF6(或者基本纯净的或是与如氮气或氩气的稀释气体相混合)进入容器。与入口管28相对的是另一用来将如液体氮或氩的液态气体送到容器12中的管子30。另一管子32设置于容器上以使加压气体进入容器，这将在下文中介绍。一感应加热线圈34包围容器主体部分20的外部以使容器能够在外部被加热。布置成十字形的多个挡条36设置在主体部分20下部以将热量从容器的被感应加热壁引导到UF6上，这些UF6沉积在主体部分中并且包围挡条36(这将在下文中详细介绍)。
所有入口和出口管都设有适当的阀(未示)，这样任何输送或产品流动都可以任意地停止，并且如果需要的话还可关闭容器12。
在运作过程中，UF6气体经过管子28进入部分14，在该处与由管子30进入的液化气混合，体积缩小部分14使两种进入液体流紧密地混合。进入的UF6流由液体气冷却，而液化气自身气化，UF6固体化而形成一“雪状”固体，落入容器12的主体部分20并沉积在容器底部，围绕挡条36均匀堆高。主体部分20的上部分是一有效的未污染部分，它使UF6颗粒从经过出口管24和过滤器26逸出的气化冷却剂中凝华出来。在通到大气中之前，逸出气体还经过其它已知清洁设备(未示)。一旦容器中充满所需量的固体UF6，UF6输送管28、液体气管30和通气口24都关闭，并且由感应线圈34加热容器12。过滤器26也可具有其本身的加热装置(未示)。固体UF6在约75℃时升华，而使密封容器12中的压力上升并且一旦压力已上升到约2巴，UF6又成为液体，并且排到容器12底部而充满靴部16。通过挡条36热量被传递到沉积的固体UF6中，挡条36可传递来自感应被加热容器壁的热量。继续加热，直至所有UF6熔融并且排到容器12的底部。另外，容器12也可通过经过管子32进入的惰性气体而加压以在容器中建立起最小为约2巴的压力，其中UF6加热熔化而非原本的升华。此时，液体UF6因管子18上的阀(未示)打开而流出管子，液体UF6藉由容器中的气体压力而射出，并且还可得助于经管子32流过的其它惰性气体。管子18或是连接到存贮装置(未示)上，或者连接到处理设备上(未示)，这取决于所处理的UF6的种类以及如上所述的情况。