Brevet FR2499296A1 — publié le 19820806

Procédé et appareillage pour le démantèlement des élements combustibles de reacteurs nucléaires Les éléments combustibles des réacteurs nucléaires sont, aénéralement, constitués de faisceaux de tubes fermés contenant le combustible (en général de l'oxyde d'uranium en riche). Pour former les faisceaux, les tubes sont assemblés dans des grilles associées å chaque extrémité à une plaque massive, la tëte et le pied, qui les empëche de sortir des grilles et qui est aussi utilisée pour la manutention, le positionnement et la fixation dans les réacteurs. Dans chaque faisceau, un certain nombre de tubes restent ouverts et sont vides ; ils sont utilisés a deux fins 1) servir de passage aux barres de contrôle du réacteur ; 2) solidariser les plaques d'extrémités tgte et pied avec le faisceau de tubes. A cet effet les tubes vides traversent lesdites plaques de part en part et en sont rendus solidai res par soudage ou autre. Pour démanteler un élément combus tible, c'est-a-dire en séparer les constituants, il est donc nécessaire de couper les tubes vides d'assemblage. Les tubes remplis d'oxyde d'uranium peuvent alors ëtre retirés des grilles par simple traction. Ces opérations de démantèlement sont pratiquées à différentes fins et selon les techniques utilisées pour séparer les tubes des plaques de t8te, on agit å partir de l'extérieur des tubes lu - par sciage des tubes d'assemblage au ras des ttes tes 20 - par cisaillage -des tubes d'assemblage par une machine spéciale prenant l'ensemble du faisceau. Le premier procédé demande une installation spéciale, fort onéreuse en raison de la nature du travail sur pièces radioactives et il a l'inconvenient majeur de produire de la limaille de sciage, elle-mAme radio-active qu'il est nécessaire de confiner et d'éliminer. Cette opération est particulièrement délicate dans le cas de travail effectué sous eau pour assurer la protection biologique des opérateurs. Ce matériel est cependant plus réduit que celui nécessité par le cisaillage de l'ensemble du faisceau. Le second procédé est généralement adopté dans les usines de retraitement utilisant des machines de cisaillage qui servent non seulement pour le cisaillage de têtes, mais également pour la coupe en tronçons de faible longueur des tubes combustibles en vue de 1'extraction chimique de.l1UO2 et de produits de fis sinon. Il présente des difficultés dues à la nécessité d'évacuer les tétes cisaillées. La séparation de la tête par les procédés actuellement utilisés n'est donc pas sans inconvénients. L'invention se propose d'effectuer cette opération par un procédé suivant lequel les tubes sont attaqués par l'intérieur. belon l'invention un outillage est introduit dans chacun des tubes guides de barre de contrôle et coupe le tube juste sous la partie inférieure de la tata0 La coupe du tube peut être obtenue par un cisaillage à la molette à la manière d'un coupe tube classique ou par saignée à l'aide d'un outil coupant du type outil à aléser. Cette dernière méthode a l'inconvénient de produire des copeaux de métal qui devront être éliminé ; par contre, elle peut être pratiquée avec un outil classique fixé sur une tête k aléser pour produire la rotation et l'avance de l'outil. La tête à aléser peut être multiple pour couper plusieurs tubes en même temps. L'invention sera maintenant décrite en se référant au dessin annexé dans lequel t - la figure 1 est une coupe en élévation d'un élément combus tible classique pour réacteur nucléaire - la figure 2 est une coupe en élévation d'un outil mis en place k l'interieur d'un tube à découper - la figure 3 est une vue en coupe selon III-III de la figure 2 - la figure 4 est une vue en coupe d'un tube et de l'outil en fin d'opération. Comme il est bien connu, un élément combustible pour réacteur nucléaire, schématiquement représenté à la figure 1, se compose d'un faisceau de tubes 1 fermis à leurs extrémités et contenant de l'oxyde d'uranium, et qui sont maintenus ensemble à l'aide de grilles 2 qu'ils traversent et dans lesquelles ils sont retenus par des moyens convenables. Cet ensemble est assujetti à des plaques de tête 3 et de pied 4 au moyen de tubes vides et ouverts 5, qui traversent k la fois les plaques et l.s grilles et qui servent au passage des barres de contrôle do la réaction. Lorsque l'oxyde d'uranium contenu dans un élément est épuisé, il convient de le démanteler pour récupérer l'oxyde d'uranium et éventuellement le retraiter. A cet effet il est nécessaire de procéder à la désolidarisation des tubes 5 et des plaques de tete et de pied, ce qui jusqu'^ä present s'opérait par cisaillage ou sciage par des outils extérieurs. L'invention a pour but un procédé et un appareillage à la fois plus simples et plus faciles å méttre en oeuvre. Ce procédé consiste essentiellement à attaquer le tube à partir de l'intërieur au moyen d'une molette ou d'un outil à fraiser, qui pénètre dans le tube à partir de l'ouverture de la plaque de tête ou de pied0 L'outillage représenté se compose d'un fourreau 6 dont l'alésage intérieur est excentré par rapport à l'axe 11, son diamètre extérieur correspond au diamètre intérieur des tubes 5 et sa longueur est telle que son extrémité corresponde exactement-au niveau de la face inférieure de la tête. Ce fourreau est muni d'un bras 7 permettant de le faire tourner à l'intérieur du tube, il porte-un outil du type molette 8 monté 'a 11 extrémité d'un axe 9 dont le diamètre extérieur correspond au diamètre intérieur du fourreau, le diamètre de la moletteétant quant à lui plus petit ou égal à celui du tube0 L'axe 9 porte également un bras extérieur 10 permettant de le faire tourner indépendamment du fourreau La mise en oeuvre s'effectue de la façon suivante La molette étant engagée dans le fourreau, celui-ci est mis en place dans le tube dans la position représente à la ligure 2. On agit. sur le bras 7 de manière à faire tourner la molette autour de l'axe du centre de rotation il du fourreau, ce qui assure l'avance progressive de la molette, la rotation de la molette sur elle-mme sur son axe 12 étant assurée par l'axe support 9 et son bras 100 Lentrainement du bras 7 peut se raire par tout moyen mécanique convenable, par exemple un système à étoile comme sur les tettes d'alésage, soit par un simple ressort assurant la pression de la molette sur le tube. Le déplacement de l'ensemble par rapport au tube peut se faire par une broche de machine-outilO La coupe peut se faire soit tube par tube avec positionnement automatique ou manuel, soit en coupant plusieurs tubes à la fois au moyen d'un tube à outils multiples, dont le nombre peut ëtre égal à celui des tubes de l'élément combustible. En fin de coupe le tube coupé présente un évasement 13 correspondant à l'angle de l'outil de coupe. Cet évasement peut être utilisé en plaçant l'outil à 180 de la position de début de coupe, figure 1, c'est-à-dire à la position représentée à la figure 4, pour transporter la plaque de tête. Pour la lâcher il suffit de ramener la molette et le fourreau dans leur position relative correspondant au début de coupe. REVLN1) ICAT IONS 1. Procédépour le démantèlement des éléments combustibles de réacteurs nucléaires, comprenant des plaques d'extrémité disposées parallèlement et liées l'une à l'autre par des tubes ouverts, vides, constituant les tubes de passage des barres de contre, et enserrant les tubes fermés emplis de matiere nucléaire, maintenus entre eux par une pluralité de grilles, qu traversent å la fois les tubes pleins et les tubes vides, et plus particulièrement pour le dégagement des extrémités de tubes ouverts qui traversent de part en part les plaques, carac reprisé par ceci que l'on engage à l'interieur du tube un outil de coupe (8) à axe de rotation (9) excentré par rapport à l'axe du tube, et que l'on entraîne cet outil à la fois en rotation sur luimême et en rotation autour de l'axe du tube. 2. Appareillage pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par ceci qutil comprend un fourreau à évidement cylindrique excentré dont la longueur correspond au moins à l'épaisseur d'une plaque, un outil de coupe à axe de diamètre correspDndant à l'évidement excentré du fourreau et passant au travers de celui-ci, et des moyens d'entrainement en rotation respectivement du fourreau-et de l'outil. 3. Outillage selon la revendication 2, caractérisé par ceci que l'outil est une molette. 4. Outillage selon la revendication 3, caractérisé par ceci que l'outil est une tête à aléser.