Brevet FR2458879A1 — publié le 19810102

L'invention concerne une colonne, en particu- lier une colonne d'extraction pour matières de fission et/ou matières premières, avec une géométrie de sécurité et un débit élevé. Dans l'industrie nucléaire, particulièrement au cours du retraitement des éléments combustibles brûlés, on effectue la purification de l'uranium et du plutonium par extraction liquide-liquide. Suivant la teneur des solutions en U-235 et plutonium, on ne doit pas dépasser un certain diamètre des colonnes cylindriques utilisées, pour des raisons de divergence. Cette restriction limite par conséquent le débit des colonnes d'extraction. Dans les grandes instalations, on doit donc disposer en parallèle plusieurs lignes d'extraction (une ligne comportant par exemple 3 à 6 colonnes) ce qui entra ne des investissements élevés. Augmenter ou doubler le débit des colonnes, comme il serait souhaitable, n'économiserait pas seulement le coût de lignes d'extractionsupplémentaires, mais aussi l'espace de production, qui est particulièrement coûteux par exemple dans le cas d'installations de retraitement, par suite de l'épais blindage en béton nécessaire à la protection de l'environnement. Il a déjà été proposé d'effectuer un empoison- nement hétérogène de la colonne avec du hafnium-métal (Reaktor- tagung Dt 8.eldorff 1976). Selon ce procédé, les plateaux perforés de la colonne doivent être constitués par de la tôle d'hafnium d'environ 2,5 mm d'épaisseur. Cette proposition est cependant liée à une série d'inconvénients. Ainsi, la géométrie de la colonne ne permet pas un agrandissement notable, le débit ne peut donc pas être doublé. De plus, une corrosion de tension n'est pas à exclure, étant donné que la colonne est en acier inoxydable et que des attaques locales peuvent se produire. De plus, l'épais- seur des plateaux perforés doit être souvent contrôlée, car l'augmentation de cette épaisseur entre en compte pour le calcul de l'absorption, et augmente la divergence. L'invention a, en conséquence, pour but de réaliser une colonne d'extraction pour matières de fission et/ ou brutes, avec une géométrie de sécurité et un débit plus élevé, qui ne présente pas les inconvénients cités plus haut, 2.- mais permet l'obtention d'un débit nettement plus élevé, sans qu'apparaissent des problèmes de corrosion. A cet effet, l'invention est caractérisée en ce que sont disposées dans la colonne, sur toute sa longueur, une ou plusieurs baguettes munies d'un poison à neutrons. On dispose de préférence une ou plusieurs baguettes dans la colonne en position centrale, les colonnes autres que colonnes d'extraction, comme celles de rectification ou de lavage, pouvant être munies de baguettes de la même manière, et pouvant encore comporter des inserts comme par exemple des plateaux ou des matériaux de remplissage. On emploie de préférence une baguette d'absorption à neutrons centrale unique. La figure représente schématiquement un 1-5 exemple de réalisation de la colonne selon l'invention. Dans la colonne 1 munie de conduites d'arrivée et d'évacuation pour les différents liquides, par exemple l'agent d'extraction et la solution à extraire, est disposée une baguette 2, qui présente au niveau du pied 3 et de la tête 4 de la colonne 1, un diamètre plus élevé, correspondant à la ferme extérieure de la colonne 1. A ces endroits de la colonne, plus larges de diamètre, on peut également incorporer des baguettes supplémentaires. La baguette 2, disposée dans ce cas de façon centrale, est constituée par une gaine 5, dont l'inté- rieur 6 est rempli de poison à neutrons. La colonne comporte en outre des plateaux perforés 7. On dispose de préférence au centre de la colonne 1 une baguette creuse centrale 2 de la même matière que la colonne elle-m4me, remplie de poison à neutrons. Ce tube central rempli de poison à neutrons, et fermé de tous c8tés, peut être élargi à volonté, de sorte que le diamètre de la colonne peut être également élargi pratiquement à volonté, de sorte que l'on peut avoir une section de surface nettement plus élevée, et donc il en va de même pour le débit. Dans la purification de l'uranium naturel on connatt déjà des diamètres de colonne d'un mètre (sans baguette centrale) et l'on peut désormais les utiliser (avec baguette centrale) également pour l'uranium enrichi et le plutonium. La corrosion de tension est exclue grâce au matériau unique de la colonne. Pour indiquer qu'il ne peut pas sortir de la baguette 2 du 3.- poison à neutron par dissolution, il est intéressant d'incorporer à la baguette 2 un indicateur de fuite, qui donne l'alarme aus- sit8t qu'un fluide s'infiltre. On peut éviter ainsi de coûteux contr8les. Comme matière absorbant les neutrons, on peut utiliser par exemple du carbure de bore (B 4C) sous forme de poudre compacte ou de tablettes, du cadmium-métal également sous forme d'alliages, ou de l'oxyde de gadolinium (Gd203) et d'autres terres rares (Dy2O3, Sm203 etc...). Le plus avantageux est le carbure de bore bon marché; on ne nécessite que dans de rares cas des sections d'absorption plus élevées du matériau pour les neutrons. Le tube de la baguette centrale est constitué par le même matériau que la colonne avec une épaisseur de paroi égale ou inférieure, il est rempli par exemple de poudre de B4C et soudé de façon étanche. Ce tube central sert par exemple simultanément au soutien des plateaux perforés qui sont disposés sur toute la hauteur de la colonne environ tous les 5 cm. L'espace élargi de décantation, au pied et à la tête de la colonne peut être également équipé pour éviter la divergence par des baguettes absorbant les neutrons d'une épaisseur proportionnellement plus élevée. On nécessite des agrandissements de cet ordre (zones de stabilisation) afin de garder la limite de phase, importante pour la commande de la colonne, libre de floculation. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples décrits ci-après EXEMPLE 1 - Pour une solution de nitrate d'uranyl, avec un enrichissement de 4 % en U235, le diamètre de sécurité de la colonne est de 38,5 cm. Afin de pouvoir doubler le débit d'une colonne quelconque, la surface de passage double est nécessaire. Le diamètre de sécurité de la colonne, 38,5 cm, correspond à une surface de passage de 1164 cm. Une surface double de 2328 cm2 peut 6tre atteinte si le diamètre de la colonne est agrandi à environ 58 cm, et la baguette centrale d'absorption des neutrons a un diamètre de 19,5 cm et elle est remplie par exemple de carbure de bore en poudre. Le diamètre de la colonne, de 58 cm, correspond alors a une surface de passage de 2642 cm, qui est diminuée d'environ 300 cm2 par la baguette centrale d'absorption, de sorte qu'il reste une surface de passage de - 2458879 4.- 2342 cm2, ce qui permet sensiblement de doubler le débit. Si l'on élargit au niveau des limites de phases, à la tête ou au pied de la colonne, la surface de passage d'en- viron 3 fois, comme c'est habituel, alors les extrémités de colonne ont un diamètre de 56 cm. La baguette d'absorption peut alors être constituée par une pièce dont les extrémités les plus épaisses sont toujours plus minces que le diamètre intérieur de la colonne. EXEMPLE 2 - Pour des solutions de nitrate de plutonium, le diamètre de sécurité de la colonne est de 15 cm. Pour doubler le débit il faut une surface de passage double. Une colonne de 15 cm de diamètre possède une surface de passage de 177 cm 2 de sorte que pour doubler le débit, il faut une surface de passage de 354 cm. Avec une baguette centrale d'absorption (remplie de B4C), une colonne a lesmesures suivantes pour un débit double: - diamètre de la colonne = 22, 5 cm avec S = 398 cm2 - diamètre de la baguette: 7,5 cm avec S = 44 cm à B4C - d'o une surface de passage libre de S = 354 cm Les extrémités de colonne élargies ont un diamètre de 37 cm, les extrémités de la baguette d'absorption ont un diamètre de 22 cm. 5.- REVENDICATIONS. 1.- Colonne d'extraction, pour matières de fission ou de traitement de matières brûlés, avec une géométrie de sécurité et un débit élevé, caractérisée en ce que sur toute la longueur de la colonne (1) sont disposées une ou plusieurs baguettes (2) munies d'un poison à neutrons. 2.- Colonne selon la revendication 1, caracté- risée en ce que les baguettes (2) sont disposées dans la colonne en position centrale. 3.- Colonne selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les baguettes (2) sont constituées par une gaine (5) dont l'intérieur (6) est rempli d'un poison à neutrons. 4.- Colonne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la gaine (5) de la baguette (2) est constituée par le même matériau que la colonne (1). 5.- Colonne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les baguettes (2) sont munies d'un indicateur de fuite. 6.- Colonne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les baguettes (2) sont élargies aux deux extrémités de telle façon, que la sécurité de divergence soit assurée même dans les zones de stabilisation élargies de la colonne. 7.- Colonne selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'on emploie seule- ment une baguette (2) unique disposée de façon centrale.