Brevet FR2257983A1 — publié le 19750808

La présente invention a trait à un procédé pour la réduction en tronçons de barres ou de tubes d'un faisceau et, notamment de crayon d'un faisceau d'élément combustible nucléaire. Un élement combustible nucléaire de ce type est constitué par deux extrémités inertes et par un faisceau de crayons emplis de combustible nucléaire, par-exemple, de pastilles d'oxydes de métaux fissibles ou fertiles : oxyde d'uranium, oxyde de thorium etc... les crayons sont maintenus à des distances de valeurs prédéterminées à l'aide de grilles servant d'entretoises latérales. L'élément est aussi entretoisé longitudinalement au moyen de tiges fixées aux extrémités inertes, éventuellement à l'aide d'écrour. Après avoir séjourné dans un réacteur nucléaire le combustible doit être purifié en le dissolvant dans un bain, généralement à base d'acide nitrique. Il faut, en conséquenee, couper les crayons en tronçons d'une longueur habituellement de l'ordre de 20 à 30 millimètres. Â cet effet, on débite le faisceau dans une cisaille de type conventionnel, installée à l'intérieur d'une cellule de protection biologique, et comprenant une contre-lame fixe, un serre-flanc actionné au moyen d'un premier vérin et une lame actionnée au moyen d'un second vérin. Pour des éléments usuels formés de 50 à 400 crayons, le premier et le second vérins sont susceptibles de poussées de l'ordre de 50 tonnes et de 250 tonnes. Ces vérins sont fixés à une paroi de la cellule et à ltextérieur de celleci, de manière à être protégés contre les radiations ionisantes en provenance de la cellule. Le serre-flanc sert à presser le faisceau sur la contre-lame, faisant ain Si entrer en contact les crayons les uns avec les autres. Ces crayons sont ensuite- coupés au moyen de la lame que pousse le deuxième vérin. On peut envoyer, de cette manière, dans le bain d'acide nitrique, de 2.000 à 5.oOO grammes de tronçons toutes les 20 à 30 secondes. La cisaille ci-dessus décrite présente toutefois des inconvénients. Tout d'abord les crayons sont les uns contre les autres et la lame, en coupant, appuie les crayons en train d'être coupés contre ceux qui vont l'être.~I1 peut y avoir, au début d'une coupe, 20 couches de crayons, ce qui représente un- matelas élastique peu favorable au cisaillage correct. r.- plus, la lame et le serre-flanc sont animés de mouvements alternatifs, avec les inconvénients bien connus qui en résultent : chocs, secousses, faible cadence et gros encombrement de la cisaille et des vérins ..... Ces vérins sont d'autant plus encombrants qu'ils doivent exercer les fortes poussées susmentionnées afin de permettre de traiter un faisceau entier. De plus, les vérins étant disposés à ltextérieur de la cellule, il faut pratiquer des ouvertures dans la paroi de la cellule, pour être en mesure d'actionner la lame et le serre-flanc. On doit boucher ces ouvertures avec des dispositifs de protection couteux. Il est également long de démonter les vérins qui sont très près de la cellule émettant des radiations ionisantes, en observant toutes les règles de sécurité. au cours des essais, on s'est enfin aperçu que les efforts importants et les chocs exercés sur les crayons avaient l'inconvénient de projeter une quantité notable de poussière de combustible nucléaire. Cette poussière contamine la cellule, et l'on risque de perdre une quantité non négligeable de combustible nucléaire. Or, ce combustible est coûteux, particulièrement lorsqu'il est enrichi en uranium 235. La présente invention vise à pallier ces inconvénients. Elle a pour objet un procédé pour la réduction en tronçons de barres ou de tubes d'un faisceau et, notamment, de crayons d'un faisceau d'élément combustible nucléaire. Ce procédé est essentiellement caractérisé en ce que les crayons sont tout d'abord libérés du faisceau, qu'au moins un de ces crayons est-ensuite prélevé dans le faisceau, puis subit des avances par à pas, tout en étant serré et immobilisé entre ces avances, un tronçon étant détaché par cisaillement du crayon, lorsque celui-ci est serré et immobilisé. Comme on le voit, il ne s'agit plus de couper un faisceau entier mais bien un crayon isolé, ou quelques nappes de crayons superposées, qui sont en trop faible nombre pour former un matelas élastique, et permettent un cisaillage correct. Les efforts et les chocs exercés sur les crayons sont réduits, ainsi que la quantité de combustible nucléaire projeté. Il en résulte une moindre contamination de la cellule, et une moindre perte de combustible nucléaire. La réduction des efforts exercés permet aussi d'avoir recours à une cisaille rotative, avec les avantages bien connus qui en résultent marche régulière, cadence élevée et fable encombrement de la cisaille etc ... Le dissolveur peut être alimenté régulièrement par petites quantités de tronçons; les ouvertures nécessaires peuvent être réduites à un simple trou dans une paroi de la cellule; la cisaille est constituée par des pièces peu volumineuses, et faciles à démonter à distance. Mais l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre de quelques-uns de ses modes de réalisation, pris à titre d'exemples, et représentés sur le dessin schématique annexé. Sur ce dessin - La figure 1 est une vue en cplan de la cisaille associée à un maga sin rotatif - La figure 2 est une vue en élévation du dispositif de la figure 1 avec parties coupées selon la ligne II-II de la figure 1; - La figure 3 est une vue en coupe du magasin selon la ligne III-III dela figure 1; et - La figure 4 représente un élément combustible nucléaire. Sur les figures 1 et 2 du dessin, on voit une cisaille rotative 1 associée à un magasin 2, cette cisaille et ce magasin étant situés à l'inté- rieur d'une cellule 3 de protection biologique. La cisaille comprend un carter 4 fermé à sa partie supérieure 4a et percé, à sa partie inférieure 4b, d'une ouverture 5 communiquant avec un réceptacle ou un appareil de dissolution (non représenté). Dans le carter1 avantageusement en acier inoxydable, est monté à rotation une roue 6 munie d'une ou de plusieurs lames 7, par exemple quatre, comme-représenté sur le dessin, et de cames 8 en nombre identique.De plus, on a fixé au carter une contre-lame 9 avantageusement en acier dur, servant à supporter une ou plusieurs barres 10. Â l'intérieur de ce carter est enfin monté à coulissement, à l'aide de moyens appropriés 71, un serre-flanc 12, avantageusement en acier dur, susceptible de coopérer avec les lames 7, avec la contre-lame 9 et aussi avec les cames 8, par exemple au moyen d'un galet 13, afin d'être en mesure de serrer les barres 10. La roue 6 est entraînée en rotation à l'aide d'un groupe moteur 14 pouvant inclure, comme représenté sur le dessin, un moteur hydraulique 15 extérieur à la cellule 3, une transmission 16 et un pignon 17 monté à rotation dans le carter, la roue 6 étant alors dentée et engrenant avec le pignon. Les parties supérieure et inférieure 4a et 4b du carter sont avantageusement constituées par un couvercle et par un corps présentant un plan 4c de joint horizontal. Ce couvercle et ce corps sont rendus solidaires à l'aide d'organes appropriés, par exemple à l'aide d'étriers 20 et de tiges filetées 21. On-peut alors aisément démonter la cisaille, lorsque le pignon 17 et les moyens Il de coulissement du serre-flanc sont fixés au couvercle 4a, la roue 6 et la contre-lame -9 étant alors fixés au corps 4b. Il suffit de venir, avec un manipulateur, desserrer les tiges filetées 21, d'enlever les étriers 20 et de soulever le couvercle 4a. Ceci est particulièrement facile à effectuer lorsque la transmission 16 comprend des arbres 16a reliés entre eux avec des Joints universels 16b. Il convient alors de noter qu'un trou étroit 3a suffit à faire passer la transmission à travers la paroi de la cellule 3 de protection biologique. Comme on l'a mentionné ci-dessus, la cisaille est associée à un magasin rotatif 2 (figures 1 et 3), avantageusement en tôle d'acier inoxydable ~soudée mécaniquement. Ce magasin est constitué par un support fixe 22 sur lequel sont montés, en vue de leur rotation et de leur pivotement reEyectif-, - par exemple à l'aide de cylincres 23 et d'un axe 24 -, un chargeur 25 et une table 26 susceptibles de recevoir une ou plusieurs barres 10. Â bet effet, le chargeur 25, avantageusement en tole d'acier inoxydable soudée mécaniquement, est creusé de rainures 25a, 25b, 25c, assez larges pour recevoir les barres 10\. Deux de ces rainurés, par ex emple 25a et 25b comme représenté sur le dessin, coopèrent respectivement avec la table 26 et avec l'ensemble de la contre-lame 9 et du serre flanc 12. Un groupe d'entraînement (non représenté) permet d'amener aussi les rainures 25c, 25a ou 25b, 25c en regard de la table et de l'ensemble 9-12. De plus, un dispositif d'avance 27 permet de faire progresser d'un pas de valeur prédéterminée, les barres 10 dans la rainure 25b. Comme repré senté sur le dessin, ce dispositif d'avance est par exemple, formé d'un groupe moteur 28, d'une ohaine 29 sans fin montée sur deux poulies ou deux pignons 30, 31, d'une transmission 32 reliant le groupe moteur au pignon 31 et enfin d'un poussoir 33 monté à coulissement sur des rails 34 et susceptible d'être engagé dans la rainure 25b, qui sert de coulis se au poussoir. On va maintenant exposer comment on peut réduire en tronçons, à l'aide de la cisaille ci-dessus décrite, des barres ou des tubes d'un faisceau et, plus particulièrement, des crayons formant un faisceau d'élément combustible nucléaire. Un élément 35 combustible nucléaire de ce type (figure 4) est constitué par deux extrémités inertes 36 solidaires d'un faisceau 37 de crayons 10, d'une longueur atteignant 4,50 mètres et d'un diamètre d'une dizaine de millimètres. Ces crayons, encore appelés aiguilles en raison de leur faible diamètre sont emplis de combustible nucléaire, généralement de pastilles d'oxydes de métaux fissibles ou fertiles : oxyde d'uranium, oxyde de thorium etc .... Pour maintenir les crayons à des distances de valeurs prédéterminées, on dispose. de place en place--des grilles 40 ser vant d'entretoises latérales.L'élément combustible nucléaire est aussi entretoisé longitudinalement au moyen de tiges (non représentées) fixées aux extrémités inertes 36, éventuellement à l'aide d'écrous Pour libérer les crayons du faisceau, on vient tout d'abord détacher les extrémités inertes, généralement à l'aide de disques abrasifs ou de scies 41 à ruban; mais on peut aussi éventuellement desserrer et enlever les écrous servant à fixer les tiges d'entretoisement aux extrémités inertes d'élément combustible. Il suffit ensuite de tirer, hors des grilles 40, les crayons 10 pour libérer ceux-ci. L'un de ces crayons est posé sur la table 26 qui est basculée autour de l'axe 24 (flèche F de la figure 3), afin de laisser le crayon descendre par gravité dans la rainure 25a. On fait ensuite tourner le chargeur 25 (flèche G), afin d'amener les rainures 25c et 25a à remplacer les rainures 25a et 25b en regard de la table 26 et de ltensemble 9-12. Le poussoir 33 permet alors en pénétrant dans la rainure 25a, et en entrant en contact avec une extrémité du crayon 10, d'engamer celui-ci (flèche R de la figure 1) entre la contre-lame 9 et le serre-flanc 12, et de faire dépasser l'autre extrémité du crayon, au-delà de cette contre-lame et de ce serre-flanc, d'une longueur égale à la valeur du pas.On déclenche ensuite le moteur hydraulique 14, de manière à entraîner la roue 6 en rotation (flèche J de la figure 2) et à faire entrer en contact l'une des cames 8 avec le galet 13, pressant ainsi le serre-flanc 12 et le crayon 10 sur la contre-lame 9. L'une des lames 7 vient trancher, au ras de cette contre-lame et du serre-flanc le crayon, dont l'extrémité dépassante tombe (flèche K de la figure 2) dans l'appareil de dissolution (non représenté). Cette extrémité est coupée d'une manière nette, sans efforts ou sans chocs excessifs, étant donné que le crayon est pincé entre des pièces 9, 12, dures et peu élastiques. À toutes fins utiles, on rappelle que l'appareil de dissolution contient un bain, habituellement à base d'acide nitrique où le combustible nucléaire entre en solution. Lorsque la came 8 précitée ntest plus en contact avec le galet 13, le poussoir 33 fait à nouveau, avancer le crayon 10 d'une longueur égale à la valeur du pas, le galet 13 entre alors en contact avec la came suivante, dans le sens de la flèche J, provoquant ainsi le serrage du cra yon 10 entre le serre-flanc et la contre-lame. L'une des lames 7 vient ensuite détacher un tronçon du crayon 10. Comme on le voit, à une avance du crayon succède un serrage de celui-ci entre le serre-flanc et la contre-lame, et une coupe simultanée d'un tronçon dans le crayon. Une fois le crayon entièrement réduit en tronçons, on fait à nouvèau tourner le chargeur 25 dans le sens de la flèche G, de manière à amener les rainures 25b et 25c en regard de la table, et de l'ensemble du serreflanc et de la contre-lame. On opère ensuite comme précédemment. Il est d'ailleurs possible de charger non plus un seul crayon dans la rainure 25a du chargeur, , mais bien une nappe de crayons venant en contact par gravité. Cette nappe est découpée lorsque la rainure 25a est amenée en face de la contre-lame et du serre-flanc. Les tronçons tombent ainsi en plus grand nombre dans l'appareil de dissolution. De plus, les tronçons sont coupée d'une manière nette, sans efforts ou sans chocs excessifs, étant donné que tous les crayons de la nappe sont pincés entre des pièces 9, 12 dures et peu élastiques. Pour une nappe de 20 crayons, le dissolveur recevra, par exemple, 200 à 500 grammes de tronçons toutes les 2 secondes, alors qu'une cisaille conventionnelle fournit au dissolveur de 2.0û0 à 5.000 grammes toutes les 20 à 30 secondes. Il en résulte que le dissolveur est alimenté plus régulièrement avec la cisaille rotative qu'avec une cisaille conventionnelle. De plus, la roue 6 peut présenter un voile épais, afin de conférer à cette roue un moment d'inertie suffisant pour absorber les chocs dus à la coupe d'un crayon ou d'une nappe de crayons. Ces chocs sont, d'ailleurs, encore diminués, si l'on coupe les crayons de la nappe pendant que la roue 6 tourne d'un angle de valeur appropriée, au lieu de couper les crayons tous en même temps. On remarquera que, lorsque la roue tourne de cet angle, le galet 13 est continuellement en contact avec une came 8, pressant ainsi les crayons 10 sur la contre-lame 9, au moyen du serreflanc 12. Pour accroître lé nombre de tronçons tombant dans le dissolveur, on peut superposer plusieurs nappes, par exemple deux ou trois. Bien que les crayons ne soient plus serrés directement entre la lame et le serre-flanc, on s'est aperçu que les nappes étaient tranchées correc- tement, sans chocs notables et sans que les lames 7 exercent sur les crayons des efforts excessifs. Il est, en effet, probable que les nappes sont trop peu nombreuses pour former un matelas élastique. Les chocs et les efforts excessifs sont donc supprimés, que la cisaille rotative 1 serve à découper un crayon unique, une nappe de crayons, ou bien deux ou trois nappes superposées. On s'est également aperçu qu'il se produisait seulement une faible projection de poussière de combustible nucléaire; on évite ainsi, à la fois, de contaminer la cellule 3 de protection biologique et de perdre du combustible nucléaire en trop forte quantité. Bien entendu, les modes de réalisation ci-dessus décrits ne présentent aucun caractère limitatif et pourront recevoir toute modification constructive nécessaire,sans sortir, pour cela,du cadre de l'invention. À titre d'illustration de cette remarque, la roue 6 peut être pourvue de déflecteurs (non représentés) destinés à éviter de --contaminer la roue sous l'action des poussières de combustible nucléaire résultant de la coupe des crayons. De plus, une trémie d'entrée (non représentée) pour les crayons, munie d'un organe d'étanchéité est pratiquée dans le carter 4 en regard de l'ensemble 9-12. R E V E N D I C A T I O E S 1. Procédé pour la réduction en tronçons de barres ou de tubes d'un faisceau et, notamment, de crayons d'un faisceau d'élément combustible nucléaire; ce procédé étant caractérisé en ce que les crayons sont tout d'abord libérés' du faisceau, qu'au moins un de ces crayons est ensuite prélevé dans le faisceau puis subit des avances pas à pas, tout en étant serré et immobilisé entre les avances, un tronçon étant détaché par cisaillement du crayon, lorsque celui-ci est serré et immobilisé. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les crayons, après avoir été libérés du faisceau sont amenés en contact les uns avec les autres selon aw moins une nappe, qu'ils sont serré et immobilisés puis coupés par groupes d'un petit nombre, 7 à 5 par exemple, la direction suivie par l'outil pendant la coupe étant à peu près perpendiculaire au plan de cette nappe. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que les crayons sont rangés, avant d'être coupés, selon au plus trois nappes superposées. 4. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que les crayons sont amenés les uns en contact avec les autres par gravité. 5. Procédé selon la revendication 1 pour un élément combustible nucléaire constitué par deux extrémités inertes solidaires d'un faisceau de crayons, ce faisceau étant entretoisé latéralement avec des grilles et longitudinalement au moyen de tiges fixées aux extrémités inertes; un tel procédé étant caractérisé en ce que les extrémités inertes sont détachées du faisceau et des tiges, les crayons étant ensuite tirés hors des grilles. 6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que les extrémités inertes sont détachées en sciant le faisceau et les tiges d'entretoisement longitudinal. 7. Procédé selon la revendication 5 pour un élément combustible entretoisé au moyen de tiges fixées aux extrémités inertes à l'aide d'écrous, ce procédé~étant caractérisé en ce que les écrous sont desserrés puis enlevés, avant de tirer les crayons hors des grilles servant à entretoiser latéralement le faisceau. 8. Appareillage destiné à l'application du procédé selon la revendication 1 caractérisé en- ce qu'il comprend une cisaille rotative associée à un magasin étalement rotatif et un dispositif d'avance permettant de faire progresser les barres d'un pas de valeur prédéterminé. 9. Appareillage destiné à l'application du procédé selon la revendication 6 caractériséen ce qu'il comprend au moins une scie à ruban servant à détacher les extrémités inertes, du faisceau et des tiges d'entretoisement longitudinal. 10. Appareillage destiné à l'application du procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il comprend au moins un disque abrasif ser vant à détacher les extrémités inertes du faisceau et des tiges d'entretoisement longitudinal. 11. Âppareillage selon la revendication 8 caractérisé en ce que la cisaille rotative est constituée par un carter, par une roue munie d'au moins une lame servant à couper les barres et de cames en nombre identique, et aussi par un serre-flanc 12 monté à coulissement dans le carter et susceptible de coopérer avec les lames, avec la contre-lame et avec les cames. 12. Appareillage selon les revendications 8 et 7i caractérisé en ce que le magasin associé à la cisaille est constitué par un support fixe, sur lequel sont montés, en vue de leur pivotement et de leur rotation respectifs une table et un chargeur creusé de rainures assez larges pour recevoir les barres, l'une de ces rainures coopérant avec la table, et une autre rainure, coopérant avec la contre-lame et avec le serre-flanc de la cisaille, servant de coulisse à un poussoir de dispositif d'avance. 13. Appareillage selon la revendication 11 caractérisé en ce que la roue de la cisaille présente un voile épais.