Brevet FR2237280A1 — publié le 19750207

La présente invention est relative à une méthode destinée à extraire le combustible nucléaire d'éléments combustibles nucléaires gainés. De manière à pouvoir retraiter le combustible épuisé, il est d'abord nécessaire de retirer les pastilles combustibles de 11 enveloppe ou gaine qui les contient. Cette opération n'est ni simple ni rapide du fait que le combustible épuise est fortement radioactif et duit être manipulé à distance. En outre, le jeu diamétral entre le diamètre extérieur de la pastille et le dian@@ tre intérieur de l'enveloppe est relativement faible, de l'ordre de 0,2 mm â l'assemblage.En conséquence, il existe ne grande probabilité que les pastilles soient bloquées à l'intérieur da 11enveloppe, éliminant de ce fait une technique d'extraction normale consistant par exemple à pousser les pastilles hors de llenveloppe. Ce problème du blocage des pastilles à l'intérieur de l'enveloppe est en outre aggravé par le fonctionnement du réacteur qui provoque une déformation locale et un rétrécissement de l'enveloppe ainsi qu'une dilatation diamétrale éventuelle des pastilles combustibles.Ensemble, ces effets dus au fonctionnement du réacteur réduisent le jeu déjà faible existant entre les pastilles et l'enveloppe et rendent l'extraction du combustible encore plus difficile. Actuellement, les pastilles combustibles sont extraites des éléments combustibles suivant une méthode qui consiste à découper transversalement un élément combustible el un certain nombre de courtes sections. Les sections découpées de l'élément combustible sont-ensuite placées clans une solution qui provoque -la dissolution de l'enveloppe métallique. Bien qu'elle soit efficace, cette méthode présente un certain nombre d'inconvénients.Un des inconvénients est que les pastilles combustibles sont fortement endommagées par ce procédé d'extraction et nécessitent donc-un traitement supplémentaire avant réut-ilisation. Un autre inconvénient est que des quanti;tés relativement importantes de poussière de combustible radioactif sont engendrées, ces quantités importantes de poussière devant être spécialement traitées pour un recyclage. Le but principal de la présente invention est de promouvoir une méthode et un appareil pour extraire le combustible de barres combustibles d'une manière simple, mais efficace qui laisse les pastilles combustIbles intactes. A cet, effet, @@@ présente invention réside en une méthode pour extraire le combustible nucléaire d'un élément combustible nucléaire gainé, suivant laquelle l'enveloppe de l'élément combustible est fendue simultanément le long de deux génératrices opposées de l'enveloppe, les portions ainsi obtenues de ladite enveloppe sont séparées et le combustible est extrait dudit élément, caractérisée en ce que des rayons laser sont localisés de part et d'autre dudit élément combustible et en ce que ledit élé- ment combustible est ddplacé axialement par rapport auxdits rayons laser. Dans une des réalisations, une source unique de rayon laser est utilisée pour engendrer deux rayons laser qui découpent simuiw tanément ltenveloppe de l'élément combustible suivant deux génératrices diamétralement opposées. De manière cl améliorer ltopé- ration de découpage, de l'oxygène peut être dirigé sur les points de localisation de chaque rayon laser. On n'utilise aucun outil de coupe mécanique, éliminant de ce fait les problèmes associés à celui-ci. Il est également évident que la méthode énoncée ci-dessus convient particulièrement bien pour traiter les éléments combustibles épuisés fortement radioactifs qui doivent être manipulés à distance. Dans une application semblable, le dispositif de production. du rayon laser ainsi que l'équipement et les commandes associés peuvent être disposés à l'extérieur d'une cellule chaude contenant les éléments combustibles, ce qui fiat que l'enveloppe peut être découpée sans contamination de l'appareil de découpage. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui va suivre et aux dessins annexes qui sont relatifs à une réalisation donnée à titre d'exemple seulement. Sur ces dessins La figure 1 est une vue d'ensemble en perspective de l'appa- reil faisant usage des principes de la présente invention, La figure 2 est une vue de face, partiellement en coupe, de la partie constituant la table d'entralnement, La figure 3 est une vue latérale de la table d'entraînement de la figure 2, La figure 4 est une vue en élévation de la partie constituant la table de c@argement de l'appareil montre a la figure 1, La figure 5 est une vue d'une coupe de la table de chargement de la figure 4, pratiquée suivant la ligne V-V de cette même figure, La figure 6 est une vue en élévation do la partie constituant la table?d'évacuation de l'appareil représenté à la figure I, La figure 7 est une vue en plan de la table d'évacuation de- la figure 6, La figure 8 est une représentation scièmatique d'une méthode de fractionnement en deux d'un rayon laser unique,telle que prévue par l'invention et, La figure 8 est une représentation scîrèriatique d'une autre méthode de fractionnement d'un rayon laser unique, telle que prévue par l t invention. L'appareil tel que montré à la figure 1 est conçu pour amener un élément combustible surune table de chargement 10, d'où il est poussé bans mi appareil d1 entraînement monté sur une table d'entraînement 40. L'élément combustible est ensuite simultanément fendu le long de deux génératrices diamétralement eppo- sées, par des rayons laser produits par mi système de découpage 80.L'élément combustible fendu est alors entraîné sur une table a1 évacuation 100 où ltenveloppe de-l'élément combustible est séparée, provoquant: la libération du combustible-nucléaire qu' elle-contlent. il faut noter que les éléments combustibles gainés possèdent typiquement des bouchons d'extrémité soudés à chacune des extrémités de l'enveloppe et que ces bouclions dtextréI}Iité doivent être tranchés pour que les pastilles de combustible puissent être extraites et ce, en plus du découpage de l'enveloppe.Le découpage des bouclions d'exdtrémité peut se faire au moyen d'un rayon laser et fait partie de la mise en oeuvre de l'invention. Par exemple, l'élément combustible peut etre mis en rOtatiOn après avoir été poussé dans l'appareil d'entraînement, grlce à quoi un des bouchons d'extrémité est découpé par les rayons laser et peut à nouveau être mis en rotation après découpage latéral de ltenve- loppe le long de deux génératrices diamétralement opposées grace à quoi le second bouchon d'extrémité est découpé. Les figures 4 et 5 illustrent un certain nombre de caractéristiques préférées de la table de chargement 10. La longueur de la surface horizontale de la table est telle que cette dernière peut recevoir un élément combustible sur toute sa longueur. Donc, dans l'exemple montré, la table 10 a une longueur de 4 mètres.La hauteur de lavable 10 n'est pas critique conte c'est le cas pour les tables voisines 40* 80 et 100. La llauteur peut donc êtrc choisie pour qute-lle soit compatible avec des impératifs tels que les conditions requises pour un fonctionnement manuel,-le logemeii d'un équipement électrique et pneumatique -d'appoint, l'espace disponible, les conditions requises pour un fonctionnement à distance, ainsi que d'autres considérations. Une piste 11 en forme de V est montée rigidement sur ' e dessus de la table 10, sur toute sa longueur. La piste 11 en forme de V sert à positionner l'élément combustible en vue du découpage de l' enveloppe. Des moyens pneumatiques comprenant- un cylindre 12 et un piston 13 sont disposés å l'une des extré-mitc'-'-. de la piste 11. Le fonctionnement des moyens pneumatiques fait (3 q le piston 13 pousse l'élément combustible le long de la piste 15 dans l'appareil d'entraînement monté sur la table 40. Une plate-forme de chargement 14 est montée, avec une cer- taine inclinaison, sur la table 10 de la manière montrée à la figure 5. La plate-forme 14 permet de stocker provisoirement un certain nombre d'éléments combustibles non encore découpés. Dans l'exemple donné, environ cent éléments combustibles non découpés peuvent être stockés ensemble sur la plate-forme 14. Des dispositifs automatiques appropriés d'alimentation, tels que ceux désignés par les repères 15, 16 et 17 peuvent être prévus de manière qu'un élément combustible soit sélectionné parmi ceux stockés sur la plate-forme 14 et dirigé vers la piste il au moment voulu. L'appareil d'entrainement monté sur la table d'entraînement 40 est montré en détail aux figures 2 et 3. Sur ces figures, on peut voir qu'une technique d entraînerlent relativement simple peut être utilisée. Un jeu 41 et un jeu 42 de galets espacés axialement sont montés sur la table. Chacun des jeux de galets comprend lui-meme deux jeux de galets espacés axialement. On utilise donc au total quatre jeux de galets. Un galet de chacun des jeux 41 et 42, c'est-dire le galet 43 pour le jeu 41 et le galet 44 pour le jeu 42, est entrainé par un moteur 45 qui est commun aux deux galets d'entraînement. Cet agencement assure une variation nulle des vitesses relatives dt entraînement des deux jeux de galets 41 et 42.L'utilisation de quatre jeux de galets espacés axialement permet soit au jeu 41, soit au jeu 42 de mais tenir fermement un élément combustible entraîné à travers ceux-ci, sans l'assistance de l'autre jeu. En plus, cet agencement permet au dispositif de découpage par rayons laser d'être disposé entre les jeux de galets 41 et 42, de manière à découper l'élément combustible e sur toute sa longueur, alors que ledit élément combustible est supporté entièrement. Des dispositifs repères 47 et 48 servent donc à positionner le dispositif de découpage par rayons laser décrit ci-après. Un système 80 de découpage par rayons laser est montré à la figure 1. On peut utiliser toute source convenable 81 de rayon laser et toute source d'énergie 95 de puissance suffisante, par exemple un laser au C02 de 250 Watts avec un diviseur de rayon 50/50. Dans la réalisation illustrée, la source de rayon laser 81 est montée transversalement par rapport à l'axe de l'e: ment combustible lorsque celui-ci est entraîné par l'appareil d'entraînement. Ce procédé de montage permet de fractionner le rayon laser qui est émis par la source 81 et de le localiser sur- deux côtés de l'élément combustible avec un minimum de complication. Le rayon laser unique émis par la source 81, se propage a ltintérieur d'un condtiit 82 de faible longueur, qui est disposé dans Itaxe de la source 81. Un dispositif 83 de fractionnement de rayon, tel qu'un prisme réfléchissant, un miroir à réflexion partielle ou système semblable, est prévu à la sortie du conduit 82. Comme son nom l'indique, le dispositif 83 de fractionnement de rayon divise le rayon laser unique émis par la source 81 en deux rayons laser, chacun deux ayant approximativement la moitie de la puissance du rayon -laser initial. Un premier de ces deux rayons laser est dirigé à travers un conduit horizontal 84, puis est dirigé verticalement par un miroir 85 à réflexion totale, a travers un conduit vertical 86. Il est ensuite dirigé à nouveau horizontalement par un autre miroir 87 à réflexion totale, à travers un conduit 88. Une lentille de localisation S9 est prévue à la sortie du conduit 88. La lentille cte localisation 89 estavantageusement conçue pour localiser l'énergie du premier rayon laser d'un côté de lteaveloppe de l'élément combustible, de manière qu'il découpe laditeenveloppe sans provoquer de dommage, ou du moins très peu, au combustible nucléaire contenu dans ledit élément combustible. -Le second des deux rayons laser obtenus par fractionnement du rayon unique délivré Inr la source 81 est- dirigé, de manière appropriée, à travers un conduit 90, puis dévié de 90 par un miroir réfléchissant 91 et dirigé à-travers un conduit 92 et est enfin localisé par une lentille 93 sur l'autre coté de l'enveloppe. Dans exemple représenté, les deux points de localisation sont diamétralement opposés par rapport à l'enveloppe, de manière à obtenir l'extraction du combustible nucléaire en séparant les deux moitiés de l'enveloppe découpée. Bien que n' apparaissant pas sur les dessins., on peut avoir recours à un gaz pour accélérer l'opération de découpage. En supposant que l'enveloppe de l'élément combustible soit fabriquée en matériau pyrophorique, un gaz tel que 1' oxygène peut être dirigé sur les points de loc%'lisation de chacun des rayons laser, de manière a augmenter la vitesse d'enlèvement du matériau de base. Les détails d'un procédé susceptible de réaliser cette mise en oeuvre apparaissent tout naturellement à un spécialiste de ce domaine de la technique et ne sont donc pas donnés ici. Comme on peut le voir à la figure 7, la table d'évacuation 100 est constituée par un transporteur ayant une trémie 102 montée à sa partie inférieure-. Une pluralité de rouleaux 101 sont montés transversalement par rapport à l'axe longitudinal de la table et par conséquent, transversalement par rapport a l'axe longitudinal de l'élément combustible, de manière à ce qu'ils tournent prati quement sans frottement. De ce fait, la partie de l'élément combustible quittant les rayons laser, et par la suite l'élément combustible tout entier, est entraîné ou transporté sur les rouleaux 101.Lorsque l' élément combustible se trouve sur la table d'évacuation 100, son enveloppe découpée longitudinalement peut être manuellement ou automatiquement séparée en deux moitiés. A ce moment, le combustible nucléaire contenu dans lt enveloppe tombe, ou peut être facilement extrait. La trémie 102 est disposée sous la table 100 pour recueillir le combustible extrait et le diriger vers un point central, de manière qu'il soit convenablement stocké. Les parois de fond 103 de la trémie 102 sont inclinées à cet effet. Une ouverture 104 est prévue au point de rencontre des deux parois inclinées 103, endessous de laquelle on peut placer un bac de récupération non représenté. Les parois de fond 103 peuvent etre équipées de dispositifs vibrants 105 pour faciliter le déplacement du combustible vers l'ouverture 104. Les figures 8 ot 9 représentent schématiquement deux des nombreux agencements possibles pour le fractionnement d'un rayon laser unique on deux rayons et la localisation des rayons résultants en deux points opposés du tube à découper. A la figure 8, le rayon laser unique est fractionné par un miroir semi réfléchissant 120 tandis qu'a la figure 7, le rayon laser unique est fractionné par un prisme réfléchissant 121. Dans un cas comme dans 11 autre, les changements subséquents de la direction des rayons laser sont obtenus par des miroirs 122 à réflexion -totale et la localisation est assurée par des lentilles t23. -Il faut noter que tout l'appareil tel que prévu par la présente invention est entièrement logé clans une enceinte, de manière à éviter une contamination éventuelle de l'atmosphere par des particules radioactives. Lt enceinte peut également être raccordée å un dispositif d'aspiration ou d'évacuation qui comporte des filtres absolus pour piéger les poussières radioactives qui peuvent résulter de ltopératXon de découpage de l'élément combustible lors du déroulement du processus d'extraction du conibusfible. De la description qui précède, considérée en liaison avec les dessins, il est évident que la présente invention met en oeuvre un procédé et un appareil qui permettent une extraction facile et rapide des pastilles de combustible d'un élément combustible gainé, en utilisant un rayon laser pour découper ltenveloppe de deux cotés-à la fois. REVENDICATIONS 1. Méthode pour ltextraction du combustible nucléaire d'un élément combustible nucléaire gainé,suivant laquelle l'enveloppe de l'élément combustible est simultanément découpée le long de deux génératrices diamétralement opposées de ladite enveloppe, les parties de ladite enveloppe ainsi obtenues sont séparées et le combustible est extrait dudit élément, caractérisée en ce que des rayons laser sont localisé-s de part et d'autre dudit élément combustible et en ce que l'élément combustible est déplacé axialement par rapport auxdit-s rayons laser. 2. Méthode suivant la revendication 1, caractérisée en ce que, pour procéder i l'enlèvement de l'un ou l'autre des bouchons d'extrémité dudit élément combustible nucléaire, on fait tourner ledit élément, tandis que les rayons laser sont dirigés sur. l'enveloppe, Qu voisinage immédiat desdits bouchons d'extrémité. 3. Méthode suivant l'une des revendications 1 ou 2, caracté- risée en ce que des jets d'oxygène sont envoyés vers les points de localisation desdits rayons laser, augmentant de3 ce fait~ la vitesse de découpage desdits rayons laser. 4. Méthode suivant l'une des revendications I, 2 ou 3, caractérisée en ce qu'uîi rayon laser est fractionné en deux rayons et en ce que les rayons, ainsi Obtenus. sont dirigés sur l'enveloppe de part et d'autre de celle-ci. 5. Appareil pour la mise en oeuvre de la méthode suivant les revendications 1 à 4 et comprenant une assise et des moyens d'entraînement montés sur ladite assise, pour entraîner un élément combustible gainé à travers ceux-ci, caractérisé par au moins une source de rayon laser montée sur ladite assise, en alignement avec lesdits moyens d'entraînement, pour découper simultanément l'enveloppe dudit é ément combustible suivant au moins deux génératrices, quand ledit élément combustible défile devant la dite source de rayon laser en étant entraîné par lesdits moyens d'entraînement et par des moyens d'entraînement pour faire tourner ledit élément combustible gainé pour découper, à laide d'un rayon laser, des bouclions d'extrémité dudit bléent combustible gainé. 6. appareil suivant la. revendication Si, caractérisé par un miroir partiellement réflécyhissant disposé dans le trajet dudit rayon émis par -ladite, - source de rayon laser pour fractionner ledit rayon en deux rayons laser et par des miroirs. a, reflexion totale en combinaison avec des lentilles de localisation, respectivement disposés dans le trajet de chacun des deux rayons laser, pour diriger et localiser lesdits rayons sur des points localisés de part et d'autre dudit élément. 7. Appareil suivant la revendication 5, caractérisé par un prisme réfléchissant disposé dans le trajet dudit rayon laser émis par la source de rayon laser pour. fractionner ledit rayon en deux rayons laser et, par des miroirs à réflexion totale, en combinaison avec des lentilles de Iocalisation,disposés respectivement dans le trajet de chacun des deux rayons laser pour diriger -et localiser lesdits rayons laser sur des points sitùés de- part et d'autre dudit élément combustible. 8. Appareil suivant l'une kas revendications 5, 6 ou 7, caractérisé par des tables de chargement et d'évacuation disposées -dans le meme alignement, ladite table d'évacuation. comprenant une assise, une pluralité de rouleaux cylindriques chaque rouleau étant disposé transversalement par rapport a l'axe longitudinal de ladite table, lesdits roulcaux ronflant un transporteur peur les éléments combustibles découpés et. une trémie attachée - ladite table, en dessous desdits rouleaux, ladite trémie ayant des parois inclinées dirigées vers une ouverture centrale prévue à sa partie inférieure, jadite trémie servant à canaliser vers ladite ouverture, le combustible nucléaire qui est extrait du dit élément combustible découpé, quand les pièces longitudinalement découpées de l'enveloppe sont séparées. 9. -A.ppareil suivant la reyendication s, caractérisé en ce que ladite table de chargement comprend une assise, une piste en forme de V montée sur ladite assise, ladite piste en forme de V servan-t. å aligner un élément combustible disposé dans celle-ci, avec fesdits moyens d'entraînement en prévision du découpage par. rayons laser, un moyen pneumatique à piston monté sur ladite assise et aligné avec la dite piste pour. pousser ledit élément combustible dans lesdits moyens d'entraînement et une plate forme d'alimentation montée avec une inclinaison donnée sur la dite table de chargenent pour-am.ener -un élément combustible sur 1-adi-te table de chargement, la. dite- plate-forme-. d'alimentation comprenant une surface plane pour le stockage sur celle-ci d'un certain nombre d'éléments combustibles et des moyens pour commander la libération d'un seul élément com@ustible, permettant ainsi audit élEnent combustible libre de-rouler de ladit- plate-forme dans ladite piste en forme de sr montée sur ladite table de chargement.