Brevet FR2479537A1 — publié le 19811002

-1 - 2479537 Procédé pour le démontage des barres combustibles des réacteurs nucléaires, épuisées La présente invention concerne un procédé pour le démontage des barres combustibles des réacteurs nucléaires, épuisées, gainées avec un alliage à base de zirconium en vue du retraitement des combustibles nucléaires. Les barres combus- tibles gainées de zirconium sont utilisées normalement dans les réacteurs à eau légère. Après leur combustion dans le réacteur nucléaire elles sont retraitées après en avoir effectué le stockage transitoire afin d'éliminer une grande partie de leur radio-activité. Ce traitement commence par un démontage mécani- que des éléments combustibles ou des barres combustibles, il se poursuit par une dissolution chimique du combustible nucléaire ainsi que des produits de fission contenus et par la récupéra- tion chimique de la matière précieuse dissoute. Le démontage mécanique des barres combustibles ou des éléments combustibles est effectué avec ce qu'on appelle des grappins. Le temps d'activité de ces grappins est naturel- lement limité, de sorte que leur sensibilité aux incidents limite souvent la capacité de passage pour toute la ligne de retraitement. Il se pose par conséquent le problème de trouver pour ce stade de démontage avant le retraitement proprement dit, un procédé particulièrement simple qui s'effectue sans systèmes sensibles de grappins et qui ne joue pratiquement aucun rôle dans les phénomènes d'usure. La solution à ce problème repose selon la présente invention dans un procédé qui est caractérisé par les stades élémentaires suivants: a) Mise en place des éléments combustibles dans un four étanche aux gaz. b) Chauffage de ces éléments combustibles à 3000 - 4000Co c) Addition d'hydrogène jusqu'à obtention de - 2 - l'hydrogénation complète d'un bout à l'autre des tubes-gaines. d) Refroidissement des éléments combustibles. e) Introduction des éléments combustibles, y compris toute la partie structurelle hydrogénée, dans un outil à pilon- nage ou à percussion. f) Séparation des parties du combustible nucléaire d'avec la grenaille métallique pulvérisée et d'avec les hydru- res de zirconium en utilisant la différence de masses ou par voie chimique en dissolvant le combustible. g) Traitement poussé de la grenaille métallique par déshydrogénation pour avoir une poudre de zirconium ou de dioxyde de zirconium pouvant être compactée. h) Réutilisation de l'hydrogène récupéré en le recyclant dans le stade c) du procédés Ce procédé permettant d'hydrogéner le zirconium par absorption de l'hydrogène et de le rendre ainsi cassant tire parti de cette propriété du zirconium qui par ailleurs n'est pas souhaitée. Ce phénomène, qui doit soigneusement être évité lors de la fabrication des éléments combustibles et dans le fonctionnement du réacteur, est alors utilisé pour le démon- tage. Selon ce procédé il faut surtout faire attention à ce qu'une hydrogénation complète du constituant zirconium de l'élé- ment combustible, que ce soient les tubes-gaines, que ce soient les supports d'écartement, soit réalisée. Bien entendu avant ce processus les pièces de tête et les pièces de base des éléments combustibles, qui sont normalement constituées en acier inoxy- dable ou en un alliage chrome-nickel, sont à enlever de façon connue. Ensuite les éléments combustibles sont chauffés dans un four étanche aux gaz à 300 - 40000, puis l'atmosphère du four est remplacée par de l'hydrogène gazeux. Pour accélérer le processus d'hydrogénation il est avantageux d'augmenter la pression interne du four. Après le refroidissement des éléments combustibles, ceux-ci sont enlevés du four et-introduits dans un outil à pilonnage ou à percussion. Etant donné que pour les tubes- gaines etce en alliage de zirconium, hydrogénés, déjà les déformations les plus faibles entraînent la rupture, il en résulte que le démontage des barres combustibles dans ces outils à pilonnage et à percussion s'effectue sans grosses dépenses d'énergie. Ces outils à pilonnage et à percussion sont avanta- geusement fermés d'une façon étanche aux poussières, vers l'extérieur, de sorte qu'aucune particule radio-active ne par- vient dans l'environnement. En outre il est avantageux qu'une atmosphère inerte y règne, ce qui fait qu'une inflammation des poussières d'hydrure de zirconium peut être exclue en toute s reté. Une fois ce processus de démontage terminé les frac- tions de combustible nucléaire sont séparées de la grenaille métallique pulvérisée en utilisant la différence de masses, par exemple selon le procédé par flottation, et sont amenées au traitement chimique. La grenaille métallique par contre est ramenée dans un four à vide, o elle est chauffée à 4000C ou à des températures plus élevées, et l'hydrogène libéré est séparé par aspiration. Après ce processus de déshydrogénation, la grenaille est constituée par de la poudre de zirconium ou de dioxyde de zirconium, qui peut être également retraitée comme le combustible nucléaire et ré-utiliséeou bien peut être éliminée sous forme de déchet. L'hydrogène libéré par le processus de déshydrogéna- tion est recyclé avantageusement dans le stade c) du procédé, de sorte que la consommation efficace en hydrogène dans ce procédé n'est que très faible. Etant donné, comme on l'a dit, que les parties en zirconium hydrogénées à fond sont très cassantes, lusure dans les outils à pilonnage et à percussion est également très faible, de sorte que la sensibilité de ces outils aux incidents est particulièrement faible et leur surveillance ne soulève même aucune difficulté. REVE1DICATION 1 Procédé pour le démontage des barres combustibles de réacteur nucléaire, épuisées, gainées avec un alliage à base de zirconium en vue du retraitement des combustibles nucléai- res, caractérisé par les stades élémentaires suivants: a) Mise en place des éléments combustibles dans un four étanche aux gaz. b) Chauffage de ces éléments combustibles à 300 - 400uC. c) Addition d'hydrogène jusqu'à l'obtention de l'hydro- génation complète d'un bout à l'autre des tubes-gaines, d) Refroidissement des éléments combustibles. e) Introduction des éléments combustibles, y compris toute la partie structurelle hydrogénée, dans un outil à pilon- nage ou à percussion. f) Séparation des parties du combustible nucléaire d'avec la grenaille métallique pulvérisée et d'avec les hydru- res de zirconium en utilisant la différence de masses, ou par voie chimique en dissolvant le combustible. g) Traitement poussé de la-grenaille métallique par déshydrogénation pour avoir une poudre de zirconium ou de dioxyde de zirconium pouvant 9tre compactée. h) Réutilisation de l'hydrogène récupéré en le recy- clant dans le stade c) du procédé0 - 4 -