Brevet FR2533351A1 — publié le 19840323

-l- 1.- " Procédé pbur la réduction à l'tétat pulvérulent d'acier ferritique irradié " l'invention concerne un procédé pour la ré- duction à l'état pulvérulent d'acier ferritique irradié, Les barres de combustibles pour les réacteurs nucléaires sont préparées en remplissant des gaines métal- liques cylindriques avec des boulettes de combustible nu- cléaire Quand l'activité du combustible a diminué jusqu'au point oh la barre combustible a cessé d'être efficace, cette barre est retirée du réacteur et le combustible est séparé de la gaine pour retraitement De nombreux procédés ont été proposés pour séparer le combustible de la gaine, comprenant la dissolution de la gaine dans l'acide sulfu- rique ou du métal fondu, la fusion de la gaine, la disso- lution simultanée de la gaine et du noyau et le cisaillage simultané et la dissolution du noyau. Le brevet U S 3 726 956 décrit la dissolu- tion de la gaine à combustible en tungstène ou en molybdène dans une solution d'hypochlorite de sodium à des tempéra- tures de 50 à 100 0. le brevet U S 3 885 774 décrit la séparation magnétique du combustible et de la gaine. La technique courante de retraitement utilise un procédé de cisaillage et de lixiviation Dans ce procé- dé? une machine à cisailler est alimentée en barres de com- bustible individuelles et ces barres sont coupées en morceaux 2.- de 75 mmn Ces morceaux sont ensuite transportés dans une cuve de lixiviation chimique oh de l'acide nitrique chaud est remis continuellement en circulation sur les segments cisaillés, dissolvant ainsi le combustible Les coques de la gaine sont retirées pour lavage, inspection, et relixi- viation si tout le combustible n'a pas été dissous La sé- paration du combustible des gaines par dissolution prend deux à quatre heures pour les oxydes combustibles et envi- ron 24 heures pour les métaux combustibles Toutes les so- lutions utilisées pour laver ou lixivier les gaines sont ajoutées à la solution de combustible pour une séparation ultérieure. Alors que le procédé de cisaillage et lixivia- tion a été utilisé avec succès dans le retraitement du com- bustible des réacteurs à eau légère, son application au retraitement des combustibles des réacteurs rapides, ferti- les, à métal liquide est compliquée par les taux élevés d'émission de chaleur de décomposition, qui nécessitent un refroidissement, l'évacuation des gaz de fission, la diffi- culté qui résulte de la teneur en fines particules du noyau et des gaines au cours du cisaillage, et la présence de métaux liquides refroidissants tels que le sodium, qui peu- vent provoquer une réaction violente avec l'acide nitrique. En conséquence, l'invention a pour objet un procédé pour la réduction à l'état pulvérulent d'acier fer- ritique irradié, qui comprend l'introduction de ces aciers dans une solution d'acide sulfamique, d'un composé bisul- faté ou d'un mélange de ces produits. Les gaines en acier ferritique peuvent être réduites en poudre en quelques minutes seulement Comme l'acier ferritique est ferro-magnétique, la séparation du combustible peut être effectuée facilement en utilisant un aimant Le procédé de l'invention supprime la nécessité de cisailler les barres combustibles et, de plus, il éli- mine tout sodium résiduel qui pourrait être présent avant 3. l'introduction de l'acide nitriques l' a figure unique annexée illustre en une vue latérale partiellement coupée, une barre i de combus- tible nucléaire, constituée par des boulettes 2 de combus- tible nucléaire, placés dans une gaine d'acier ferritique 3, entourée d'un enroulement facultatif de fil métallique 4. Bien que le procédé deÀl'invention puisse être appliqué à l'acier ferritique qui a été utilisé dans une application à peu près quelconque, il convient particu- lièrement pour réduire à l'état pulvérulent les gaines en acier ferritique des barres de combustible nucléaire Ces barres ont généralement une longueur de 3,65 m'-et un dia- mètre de 6,35 mm avec une gaine dé-0,38 me L O combustible" -utilisé est habituellement un mélange de plutonium et d 'oxy- de d'uranium Les aciers ferritiques constituent un type particulier d'acier, de composition variable,: normalement 12 + 2 % en poids de chrome, 0,6 + 2 '% de nickel, 0,2 + 0,15 de carbone, 0,6 + 0,3 % de manganèse,-1 + 0,6 % de molybdèn-e 0,4 + 0,2 % de silicium, 0,3 + 0,2 % de vanadium, 0,5 + 0,5 % de tungstène, le reste étant du fer -:-Les barres de combus- tible sont généralement faites en remplissant les gaines. cylindriques avec des boulettes de combustible Après quelques mois de séjour dans un réacteur nucléaire, les gaines deviennent irradiées,-ce qui les rend solubles dans la solution chimique utilisée suivant l'invention O Pour dissoudre ou réduire à l'état pulvérulent une'barre de com bustible, cette barre est placée dans une cuve de réaction - qui est, de préférence, chauffée et agitée au moyen d'ultra- sons Une solution d'eau avec des agents chimiques est ajou- tée d'une façon contr 8 lée, par pulvérisation par exemple, pour qu'elle réagisse avec le sodium qui se présenterait et ensuite, la solution supplémentaire est ajoutée jusqu'à' ce que les barres soient submergées la solution est de préférence maintenue entre 40 et 90 00. Comme les solutions diluées nécessitent plus 4.- de temps, la solution utilisée pour réduire à l'état pulvé- rulent l'acier ferritique irradié doit 9 tre aussi concen- trée que possible, de préférence à au moins 95 % Les pro- duits chimiques utilisés dans la solution sont l'acide sul- famique, un bisulfate ou un mélange des deux Bien qu'un bisulfate de métal alcalin ou alcalino-terreux, ou un com- posé qui produise un bisulfate dans la solution, puisse être utilisé, le bisulfate préféré est le bisulfate de so- dium Il est préférable d'utiliser des proportions égales d'acide sulfamique et de bisulfate car ce rapport parait être le plus efficace La solution agira seulement sur un acier ferritique et semble ne pas avoir d'effet sur les aciers austénitiques ni sur les aciers à haute teneur en nickel Et aussi 1 la solution est relativement inefficace sur l'acier ferritique qui n'a pas été irradié La disso- lution dans la solution s'opère très rapidement, habituels, / lement en quelques minutes Si la solution est utilisée pour réduire à l'état pulvérulent des barres de combustible nucléaire, l'acier ferritique réduit à l'état pulvérulent est ensuite séparé des boulettes de combustible nucléaire Cela peut être effectué en tamisant les boulettes, laissant en arriè- re les gaines en acier ferritique pulvérisé, ou par d'au- tres méthodes, mais le procédé le plus avantageux consiste à retirer les gaines en acier ferritique réduites à l'état pulvérulent au moyen d'un aimant. L'invention sera mieux comprise en se réfé- rant à l'exemple décrit ci-après: EXEMPLE - Trois types d'acier ferritique, numérotés 1, 2 et 3, ont été utilisés, ayant les compositions suivan- tes: ee//. 5.- Acier Composition en poids pour cent ferriti- gue N Pe Cr Ni C Mo Mn Si V W 1 solde 12 0,6 0,2 1 0,6 0,4 0,3 0,5 2 " 10,5 0,5 0,05 6 0,5 093 0,4 - 3 " 11 0,96 0,13 0,9 0,8 09,4 0,2 - Des échantillons des trois aciers ferritiques ont été préparés, sous la forme de gaines de 4,6 mm de dia - mètre extérieur, 4,2 mm de diamètre intérieur et 22,8 mm de longueur, et sous la forme de feuilles de 4096 mm de long, 25 mm de large et 0,75 mm d'épaisseur, Ces gaines et feuilles ont été irradiées sous un flux de 3 x 1022 neutrons par cm 2, et placées, pour la décontamination alpha, dans un bain agité ai moyen d'ultra-sons contenant une solution d'environ deux grammes d'une solution aqueuse à 95 % deun mélange de 50 pour cent d'acide sulfamique et 50 pour cent de bisulfate de sodium, vendue par Turco Products sous la désignation de "Turco 4 306-D" T Le bain était à une tempé- rature entre 45 et 950 C Dix minutes après, la solution était changée pour assurer le nettoyage, et à ce moment, les différentes proportions de désintégration des trois aciers ont été notées Un examen de tous les échantillons a montré que les échantillons d'acier ferritique n O 2 ont tous été réduits à l'état pulvérulent L'acier ferritique no 3 a montré une perte de poids d'environ 30 % et l'acier ferritique n O I une perte de poids de 20 % environ La so- lution comportait une bouillie concentrée de poudre. 6.- REVENDICATIONS 1. Procédé pour la réduction en poudre d'acier ferritique irradié, caractérisé en ce que cet acier est placé dans une solution d'acide sulfamique, d'un com- posé bisulfaté ou de mélanges des deux. 2. Procédé suivant la revendication 1, ca- ractérisé en ce que la solution est un mélange de 50 f d'acide sulfamique et 50 % de bisulfate de sodium. 3. Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'acier est une gaine de bar- re de combustible d'un réacteur nucléaire. 4. Procédé suivant l'une quelconque des re- vendications 1 à 3, caractérisé en ce que la solution est une solution aqueuse, saturée, à au moins 95 %. 5 Procédé suivant l'une quelconque des re- vendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'acier ferriti- que irradié réduit à l'état pulvérulent est séparé de la solution par tamisage ou avec un aimant. 6. Procédé suivant l'une quelconque des re- vendications 1 à 5, caractérisé en ce que la solution est agitée au moyen de vibrations ultra-soniques. 7. Procédé suivant l'une quelconque des re- vendications 1 à 6, caractérisé en ce que la solution est chauffée à une température de 40 à 90 00.