用于放射性污染建筑物表、浅层的微波去污方法及装置

技术领域

本发明涉及放射性去污领域，尤其是用于放射性污染建筑物表、浅层的微波去污方法及装置。

背景技术

在各类核设施退役过程中，建筑物表面去污是一项重要工作，是实现放射性废物最小化的有效途径之一，对建筑物浅层进行高效、彻底、可控的去污，不仅可以减少二次废物产生量，而且可以显著降低退役工作人员的内外受照射剂量。

国内核设施(建筑物)多为钢筋混凝土结构，少数为砖混结构，浅层敷素水泥层，最外层刷白灰处理。早期核设施由于设计、运行、管理等方面经验不足，建筑结构表面基本未做防水处理，加之运行期间不可避免的跑冒滴漏、以及载带放射性核素的灰尘飞扬、吸附扩散，导致建筑物浅层被沾污，且放射性核素不止停留在表面，而是通过扩散机制进入到建筑物浅层。通过对某研究堆退役建筑物混凝土墙体污染测量和取样分析发现，绝大多数污染深度在3mm以内，多数为1mm左右。对于此类浅层污染建筑，无法通过真空吸尘、高压水冲洗、可剥离膜粘附等手段进行去污，行业内常采用机械方法进行浅层剥离去污，例如，采用机械琢磨、人工剥离、喷砂喷丸等；

目前正在研究中的还有激光浅层爆破去污等方式。机械琢磨、人工剥离等去污方式技术难度低，操作简单，效果明显，但是需要较多人工投入，且需着重考虑放射性粉尘、气溶胶的内照射防护等问题；喷砂喷丸技术将引入少量二次废物；激光浅层爆破技术难度高，且需要较大的资金投入。综上所述，对于放射性污染建筑物浅层的去污需求，急需研发一种低成本高效率，操作简单，去污效率高，粉尘逸散少的新型去污技术。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供用于放射性污染建筑物表、浅层的微波去污方法及装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

用于放射性污染建筑物表、浅层的微波去污装置，包括驱动小车，设置在驱动小车上的升降架，位于升降架顶部的微波去污机构，微波去污机构包括硬质金属后壳、微波发生器、柔性喇叭口、塑料密封盖，塑料密封盖设置在硬质金属后壳内与硬质金属后壳围成密封腔体，所述微波发生器安装在密封腔体内，柔性喇叭口靠近微波发生器的微波输出端，柔性喇叭口的端口朝向放射性污染建筑物表面。

进一步，所述微波去污机构的尾部连接配重块，硬质金属后壳上贯穿与微波发生器连接的电源线。

进一步，所述塑料密封盖采用PVC或聚四氟乙烯材料。

进一步，所述柔性喇叭口采用用于反射、屏蔽逸散的微波的柔性材料。

进一步，所述升降架为三级伸缩杆。

进一步，所述微波发生器发射800MHz-30GHz的微波，微波为连续波或脉冲波。

用于放射性污染建筑物表、浅层的微波去污方法，包括如下步骤：

S1、去污施工前，若污染建筑物表面刷有油漆，首先向油漆面喷洒脱漆剂，将油漆层去除，若建筑物表面无油漆，可直接开始S2步骤；

S2、去污施工前，对污染建筑物表面进行喷水操作，喷水量为20-200g/㎡，喷水后等待2-4小时，保持污染建筑物表面的湿度；

S3、驱动小车控制整个设备靠近污染建筑物表面，微波去污机构的柔性喇叭口贴近污染建筑物表面，启动微波发生器，微波发生器对污染建筑物表面的混凝土浅层进行剥离处理；

S4、去污完成后，使用吸尘器或清洁湿巾对微波去污装置表面进行去污，使整机表面无污染。

本发明的有益效果为：该设备根据微波辐照可以降低混凝土等建材的力学性能这一基本原理，使用高能微波对混凝土墙壁、地面等进行照射，可在墙面浅层制造微观爆裂，使浅层形成微观裂纹，这是微波去污的基础。微波可使水分快速受热气化，形成水蒸气，混凝土浅层空腔内的水蒸气快速气化，可在局部形成微观爆破作用，将已经产生裂纹的浅层彻底击碎，从而将墙壁浅层连同污染核素一并剥离下来，实现去污目的。微波破碎去污技术对混凝土、白灰墙、水泥地等疏松多孔材质具有较好剥离效果，该设备对污染建筑物表面的去污效果好，投入的人工成本低，可以应用于大面积厂房的去污工作，相较于人工剥离，微波破碎去污具有高效快速的特点。

附图说明

图1为本发明微波去污装置的结构示意图；

图2为本发明微波去污机构的结构示意图。

具体实施方式

如图1，图2所示，用于放射性污染建筑物表、浅层的微波去污装置，包括驱动小车1，设置在驱动小车1上的升降架2，位于升降架2顶部的微波去污机构，升降架2优选为三级伸缩杆，微波去污机构包括硬质金属后壳3、微波发生器4、柔性喇叭口5、塑料密封盖6，塑料密封盖6设置在硬质金属后壳3内与硬质金属后壳3围成密封腔体7，微波发生器4安装在密封腔体7内，柔性喇叭口5靠近微波发生器4的微波输出端，柔性喇叭口5的端口朝向放射性污染建筑物8表面。

进一步，微波去污机构的尾部连接配重块9，配重块9保持微波去污机构的整体平衡，使得柔性喇叭口5的端口正向贴合放射性污染建筑物8表面。另外，硬质金属后壳3上贯穿与微波发生器4连接的电源线10，方便微波发生器4接电。

为实现微波去污装置的移动，装置以驱动小车1作为载体，驱动小车1正面装配了控制系统11，驱动小车1内部有电源连接线和其他辅助装置，驱动小车1内的设备采用风冷降温，气流入口装有空气过滤器和风机，将经过过滤的洁净空气吹入小车内，保证内部正压，防治灰尘进入；微波去污装置以三级伸缩杆来实现微波发生器在垂直方向的移动。

本发明需要将微波发生器4置于开放空间中，对墙壁、地面等面状建筑进行照射。有可能发生微波逸散，逸散的微波不仅对工作人员造成伤害，而且会造成能量的损失与浪费，甚至发生能量不集中而无法将建材破碎的现象。为了防治微波逸散，特设计硬质金属后壳3。

硬质金属后壳3采用硬质金属，首选不锈钢，硬质金属后壳3呈方碗状，硬质金属后壳3上安装有供线缆穿出同时保证密封的贯穿件，硬质金属后壳3具有以下优点：①防止掉落的物体损伤微波发生器；②金属可阻断微波，可防止微波向后方逸散；③金属质地，防沾污性能好，易于清洗；④金属材质易于散热。微波发生器4置于硬质金属后壳3内部，使用塑料密封盖6将腔体密封，塑料密封盖6选用PVC或聚四氟乙烯材料，塑料密封盖6与硬质金属后壳3共同组成密封腔体，密封的腔体可保证微波发生器4不会被飞扬的放射性尘土污染，易于清洁，整体可水洗，并且，此材质的密封盖不会阻断微波，可使微波透过而衰减很小；使用含铅橡胶、含硼高分子材料或含金属丝网的柔性材料制成柔性喇叭口5，柔性喇叭口5连接在硬质金属后壳3的开口端，用以反射、屏蔽逸散的微波，获得能量集中、逸散率低的微波束，提高效率同时保护人员健康。

另外，当装载更大功率的微波发生器时，需考虑散热问题，散热采用风冷模式，冷却风入口加装空气净化装置，以确保微波发生腔内不受污染。

本发明的控制参数如下：频率：本发明使用800MHz-30GHz的微波；微波发射模式：本发明可选择连续波或脉冲波，脉冲持续时间、脉冲间隔可调；工作距离：15-30cm(即柔性围裙状喇叭口的高度)；功率密度：0.5-24kw/㎡。

进一步，用于放射性污染建筑物表、浅层的微波去污方法，包括如下步骤：

S1、去污施工前，若污染建筑物表面刷有油漆，首先向油漆面喷洒脱漆剂，将油漆层去除；若建筑物表面无油漆，可直接开始S2步骤。

S2、去污施工前，对污染建筑物表面进行喷水操作，喷水量为20-200g/㎡，喷水后等待2-4小时，保持污染建筑物表面的湿度；更佳优选的，可以提前24小时开始，控制待去污区域(房间内)空气湿度大于90％，持续12-18h。喷水工序不是必要选项，少部分施工情况，可直接进行步骤S3，根据实际施工情况而定。

该操作的目的是因为由极性分子所组成的物质能较好地吸收微波，例如水是吸收微波最好的介质之一，介质吸收微波后，转化为自身热量，宏观上造成温度升高，混凝土中的少量水分可在快速吸热气化过程中，造成局部微小的正压与爆裂效应，进一步地造成混凝土表层裂纹与小规模爆裂崩落。

S3、驱动小车控制整个设备靠近污染建筑物表面，微波去污机构的柔性喇叭口贴近污染建筑物表面，启动微波发生器，微波发生器对污染建筑物表面的混凝土浅层进行剥离处理；

S4、去污完成后，使用吸尘器或清洁湿巾对微波去污装置表面进行去污，使整机表面无污染。

微波破碎去污技术用于建筑物浅层去污，相较于部分传统机械去污方法，具有以下明显优势：

1、二次废物量小

以水泥敷面混凝土墙壁为例，传统机械去污多采用风镐、电镐等机具将整个墙皮(厚度8-10mm)剥离。研究表明，放射性污染多分布在墙面1-3mm深度，且1mm深度占比更高。若采用微波破碎去污技术，可根据高频微波作用层浅，低频微波作用层深这一原理，控制微波破碎的深度，较为精准的控制剥离层厚度，从而降低二次废物量。

2、去污高效快速

行业内对于混凝土等材质建筑物的机械去污，现阶段并未实现大规模机械化作业，仍以人工操作为主，根据实际退役工程经验，能够熟练操作机具的工人破碎剥离速度可达3-5㎡/h，对于部分高密度的重混凝土结构，则速度更慢。调研表明，采用电功率为12kw的微波破碎去污设备，可实现对混凝土浅层10㎡/h左右的剥离速度(剥离厚度3mm)，若采用更大功率的微波破碎去污设备，速度可进一步提高，可以应用于大面积厂房的去污工作。相较于人工剥离，微波破碎去污具有高效快速的特点。

3、人员辐射防护与工业安全最优化

采用微波破碎去污技术，减少了工作人员现场工作时间和工作量，减少人员内外照射剂量。另一方面，由智能平台携带的微波破碎去污设备，可实现人员远距离视频操作，不仅大幅减少了人员剂量，更可应用于不适合人员进入的高剂量场所。采用微波破碎去污技术，减少了常规机械器具使用，(对于高处墙壁或天花板去污而言)减少了登高作业，可一定程度上提高退役作业的工业安全水平。

例如：在北京某老旧核设施的退役工程中，有实验室需对墙皮进行去污，选用微波去污装置进行墙皮剥离工作。微波频率设置为2.45GHz，去污工作开始前2小时，向每平方米墙皮喷水约150g，微波发生器距离墙皮15cm，微波发射采用连续波模式，围裙状喇叭口呈正方形，边长为50cm，密封腔微波发生器1台，微波发生器功率4kw，折算单位面积功率密度为16kw/㎡，微波去污装置在每个50cm见方的位置上工作3min，而后移动至相邻的区块。折算去污速率为5㎡/h，去污完成后，经统计，被剥离的墙皮多为白灰层以及少量水泥层，剥离厚度约为3mm。去污前，墙面污染水平总体保持在10Bq/cm

综上，该设备根据微波辐照可以降低混凝土等建材的力学性能这一基本原理，使用高能微波对混凝土墙壁、地面等进行照射，可在墙面浅层制造微观爆裂，使浅层形成微观裂纹，这是微波去污的基础。微波可使水分快速受热气化，形成水蒸气，混凝土浅层空腔内的水蒸气快速气化，可在局部形成微观爆破作用，将已经产生裂纹的浅层彻底击碎，从而将墙壁浅层连同污染核素一并剥离下来，实现去污目的。微波破碎去污技术对混凝土、白灰墙、水泥地等疏松多孔材质具有较好剥离效果，该设备对污染建筑物表面的去污效果好，投入的人工成本低，可以应用于大面积厂房的去污工作，相较于人工剥离，微波破碎去污具有高效快速的特点。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。