Brevet FR2053228A1 — publié le 19710416

La présente invention concerne un procédé pour la préparation de mélanges de substances combustibles et de surrégénération nucléaires, de dioxyde d'uranium et dioxyde de plutonium. On sait que, des mélanges d'oxydes des éléments uranium et plutonium sont employés comme combustible nucléaire selon leur composition,par exemple dans des réacteurs de puissance ou à surrégénération. Les éléments combustibles de ces réacteurs contiennent le mélange d'oxydes principalement sous la forme de pastilles frittées. Pour des raisons de physique dee réacteurs, une répartition parfaitement homogène dee composants du mélange d'oxydes, entre eux, est d'une importance particulière. Au moyen de l'autoradiographie, de l'emploi de microsondes, de l'utilisation de la technique des rayons X ainsi que d'autree méthodes de meeure, il est poesible de vérifier la micro-homogénéité et le degré de la formation de cristaux mixtee des composants oxydes. On connaît plusieurs méthodes pour produire dee mélanges de dioxyde d'uranium et de dioxyde de plutonium d'une micro-homogénéité suffisante. On peut, par exemple, mélanger in timoment les deux composants du mélange par précipitation simultanée chimique par voie humide. Un inconvénient, dane ce procédé dit de co-précipltation, est la forte limitation de la quantité de matériau que l'on peut encore manipuler de façon ebre du point de vue du caractère critique. D'après l'expérience, la qualité du produit co-précipité varie et, en outre, il faut presque tou jours concasser le produit. On connaît en outre le moyen pour mélanger préalablement les composants de poudres d'oxydes puis les moudre conjointement. En général, le mélange finement moulu eet préalablement comprimé et, après une granulation subséquente, il est comprimé et fritté. De même, la compression préalable, la granulation, la compression et le frittage, sans mouture préalable des poudres d'oxydes, sont un moyen connu. Souvent les poudres d'oxydes m4- langées à sec font l'objet d'une compression et d'un frittage préalablee, puise d'une granulation, puis elles sont comprimées et frittées en les paetillee désirées. Bien que ces variantes décrites permettent d'obtenir des conditions d'homogénéité tout à fait Sa- tiefaisantes, un inconvénient est toutefois constitué par les nombreux processus opératoires, améliorant le produit, qui sont nécessaires à cet effet, et qui comportent aussi une importante dépense de sécurité. les mêmes inconvénients se présentent pour la transformation d'un mélange d'oxydes, plastifié par voie humide, en corps frittés. De plue, la micro-homogénéité obtenue par cette méthode n'est pas satisfaisante dans bien des cae. I1 a maintenant été constaté que des poudres d'oxydes aptes au frittage, spécialement préparées, peuvent Outre bien mélangées à sec, suivant des procédés de mélange connus en soi, sans processus opératoires supplémentaires. Ainsi lee mélangee peuvent être directement comprimés et frittés en les pastilles désirées, d'une bonne micro-homogénéité, sans processus opératoires supplémentaires améliorant le produit et eane addi tione iacilitant la compression. Le procédé de l'invention est caractérisé en ce qu'on emploie comme composants à mélanger des poudres ayant une tendance particulièrement faible à l'auto-agglo- mération, et une bonne capacité d'écoulement. Des poudres d'oxydes très iinement divisées qui ee s'agglomèrent pas et s'écoulent bien ee sont révélées particulièrement appropriées.à cet effet. De telles poudres sont réalisables dans la qualité désirés, par décomposition thermique de produits de précipitation cristallins0 Une poudre de dioxyde d'uranium très finement divisée qui ne s'agglomère pae peut être produite, par exemple, à partir du produit de précipitation cristallin carbonate d'ammonium et d'uranyle, appelé CÂU. De même, la décomposition thermique du diuranate d'ammonium (DUA), lequel est précipité à partir d'une eolution de nitrate d'uranyle, soit par un mélange ammoniac/air, soit au moyen d'urée, conduit à une poudre de dioxyde d'uranium, qui convient bien au mélange à sec avec la poudre de dioxyde de plutonium, de sorte qu'il en résulte une bonne micro-homogénéité dans le corps fritté. Les propriétés correspondantes doivent aussi hêtre présentées par la poudre de dioxyde de plutonium, surtout si sa proportion est supérieure à environ 2 % en poids dans le mélange. Par la décompdsition thermique de l'oxalate de plutonium cristallin, on parvient également à obtenir une poudre d'oxyde finement divisée qui ne s'agglomère pas. les avantages de ce procédé, qui sont dus aux qualités décrites des poudres d'oxydes, sont les sui vante A) Production simple de combustibles mixtes par mélange à sec, compression et frittage exempts d'agents liants et lubrifianbb sans processus opératoires supplémentaires. B) Manipulation de quantités de matière relativement grandes. C) Dépense de sécurité relativement minime (du fait de l'absence de modérateurs dans le procédé). D) Bonne micro-homogénéité dio xyde d'uranium - dioxyde de plutonium. Exemple 1 : Poudre de dioxyde Densité apparente : 1,5 g/am3 d'uranium : (composant A ) Angle (naturel) de déversement : 300 Grosseur des particules : plus petite que 30)'m Forme des particules : cristalline Teneur en H20 : 0,1 % en poids Poudre de dioxyde de plutonium : (composant B ) Densité apparente : l,4 g/cm3 Angle de déversement : 250 Grosseur des particules : plus petite que 20 Forme des particules : cristalline Teneur en H20 : 0,05 % en poids Les deux composants en poudre, ayant les propriétés décrites, sont mélangés à sec euivant un rapport en poids Â/3 = 4 : 1, pendant 30 minutes, dans un mélangeur centrifuge, puie comprimés en corps moulés homogènes et encore traités pour en faire des pastilles frittées. BsemDle 2 Poudre de dioxyde Densité apparente : 1,3 g/cm3 d'uranium (composant A ) Angle de déversement : 380 Grosseur des particules : plus petite 45 m (y compris les agglomérats secon daires) Forme des particules : cristalline avec des agglomérats secondaires occasion- nele) Teneur en 1120 : 0,15 % en poids Poudre de dioxyde de Densité apparente : 1,5 g/cm3 plutonium : (composant B) Angle de déversement 4 200 Grosseur des particules : plus petite que 20 m Forme des particules : cristalline Teneur en H20 : 0,05 % en poids Les deux composants en poudre sont mélangés à sec suivant un rapport en poids A/ B = 50 : 1, pendant 40 minutes,dans un mélangeur centrifuge, puis encore traités, comme décrit dans l'exemple 1. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICÂTIONS 10) Procédé pour la préparation de combustibles mixtes de dioxyde d'uranium et de dioxyde de plutonium, par mélange à sec des deux poudres céramiques aptes au frittage, et compression subséquente en corps moulés, sans addition de liant, procédé caractérisé en ce qu'on emploie comme composants à mélanger des poudres ayant une tendance particulièrement faible à l'auto-agglomération, et une bonne capacité d'écoulement 20) Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on prépare les poudres par décomposition thermique de produits de précipitation cristallins. 30) Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'angle naturel de déversement des poudres est inférieur à 400. 4 ) Procédé conforme selon l'une quelconques des revendications 1 et 2, caractérisé par ce que les poudres peuvent passer à travers un tamis d'une ouverture de maille $ 45 )cm. 50) Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on prépare le dioxyde d'uranium approprié par décomposition thermi quevies carbonate d'ammonium et d'uranyle. 60) Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on prépare le dioxyde d'uranium approprié par décomposition thermique du diuranate d'ammonium. 70) Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on prépare réalise le dioxyde de plutonium par décomposition thermique de l'oxalate de plutonium.