Brevet FR2548818A1 — publié le 19850111

Procédé pour la fixation de krypton radioactif et dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. La présente invention concerne un procédé pour la fixation de krypton radioactif par incorporation des ions de krypton dans un métal d'enrobage pulvérisé en produisant, entre une électrode de pulvérisation contenant le métal d'enrobage à pulvériser et une électrode d'enrobage, un plasma de krypton à partir duquel les ions positifs de krypton sont déviés à grande vitesse sur l'électrode de pulvérisation pour la pulvérisation du métal d'enrobage qui se dépose en enrobant des ions de krypton sur l'électrode d'enrobage; l'invention con10 cerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. D'après la demande de brevet allemand DE-OS 31 02 636 et la publication "Kf K-Nachrichten", 14 ème année, 2/82, pages 10915 115, on connait des procédés pour la fixation de krypton radioactif et également des dispositifs pour la mise en oeuvre de ces procédés Dans le volume annulaire entre un cylindre extérieur en métal, qui est branché comme une électrode d'enrobage, et un cylindre intérieur métallique ou un barreau métallique placé concentriquement et qui est branché comme une électrode de pulvérisation et se compose d'un métal d'enrobage, par exemple du titane, se trouve du krypton gazeux sous une pression d'environ 1,33 Pa Dans ce volume annulaire est produit un plasma avec décharge à effluves Une haute tension négative de pulvérisation, de 2 à 4 k V, est 10 appliquée au cylindre intérieur et une tension négative d'enrobage de seulement quelques centaines de volts est appliquée au cylindre extérieur Sous l'effet de la haute tension de pulvérisation, les ions positifs de krypton sont déplacés à grande vitesse du plasma de décharge vers l'électrode de pulvérisation Lors de l'impact sur l'électrode de pulvérisation, des atomes métalliques sont expulsés lesquels se déposent sur la face intérieure du cylindre extérieur ou bien de l'électrode d'enrobage Lors de cette pulvérisation du métal d'enrobage sur l'électrode d'enrobage, une grande partie des ions de 20 krypton est enrobée Après fixation du krypton radioactif ou bien après consommation de l'électrode de pulvérisation, l'ensemble constitué par les cylindres est fermé sous la forme d'un déchet radioactif susceptible d'être évacué. Un inconvénient consiste en ce que, avec le procédé connu et avec le dispositif connu pour la mise en oeuvre du procédé, on doit utiliser des matières premières métalliques additionnelles très coûteuses pour l'électrode de pulvérisation, ces matières étant transférées dans les lieux de stockage final et occupant dans ceux-ci un volume de stockage supplémentaire. La présente invention a en conséquence pour but de perfectionner le procédé de fixation de krypton radioactif défini dans le premier paragraphe de manière qu'on puisse éviter d'utiliser des matière premières additionnelles pour le métal d'enrobage dans l'électrode de pulvérisation En outre l'invention permet d'obtenir un dispositif approprié pour la mise en oeuvre de ce procédé. Le problème est résolu en ce que l'électrode de pulvérisation et l'électrode d'enrobage sont tout d'abord placées dans une solution de produit de fission à partir de laquelle au moins un métal d'enrobage radioactif est ensuite séparé directement sur l'électrode de pulvérisation et ensuite l'électrode de pulvérisation, chargée du métal d'enrobage radioactif ou des 10 métaux d'enrobage radioactifs, et l'électrode d'enrobage sont placées dans une atmosphère de krypton radioactif et ensuite, pour l'enrobage des ions de krypton dans le métal d'enrobage radioactif ou dans les métaux d'enrobage radioactifs, un plasma est produit et le métal d'enrobage radioactif ou les métaux d'enrobage radioactifs sont pulvérisés sur léllectrode d'enrobage. Le perfectionnement conforme à l'invention prévoit que, a la place d'une électrode finale de pulvérisation à base d'un métal 20 d'enrobage additionnel et non radioactif, on produit initialement une électrode de pulvérisation par séparation d'un métal d'enrobage radioactif à partir d'une solution de produit de fission, auquel cas on peut utiliser cormme matière support d'électrode un métal peu coûteux et en faible quantité, et ensuite le krypton est fixé dans le métal d'enrobage au moyen du métal d'enrobage radioactif lors de la production d'un plasma de krypton, par pulvérisation du métal d'enrobage radioactif sur l'électrode d'enrobage. Grâce au perfectionnement conforme à l'invention, il est possible d'utiliser directement comme métaux d'enrobage, d'une manière simple et efficace, des métaux radioactifs obtenus par traitement d'un produit de fission En utilisant ces métaux radioactifs pour 1 fixation de krypton, on peut économiser dans le lieu de stockage un i Jolume important et coûteux d'une part du fait que les métaux radioactifs d'enrobage n'ont plus besoin d'être amenés en un lieu d'évacuation des déchets radioactifs et d'autre part du fait que des matières premières additionnelles pour l'électrode de pulvérisation ne sont plus nécessaires et ne parviennent également plus au lieu d'évacua5 tion des déchets radioactifs. Selon d'autres particularités du procédé conforme à l'invention: a) comme métal d'enrobage, on sépare du palladium radioactif 10 de la solution de produit de fission et le fixe sur l'électrode de pulvérisation. b) comme métal d'enrobage, on sépare du molybdène radioactif de la solution de produit de fission et on le fixe sur l'électrode de pulvérisation. c) comme métaux d'enrobage, on sépare du palladium radioactif et du molybdène radioactif de la solution de produit de fission et on les fixe sur l'électrode de pulvérisation. d) comme métaux d'enrobage, on sépare du zirconium, du niobium, du technecium, du ruthénium ou du rhodium radioactifs 20 ou bien une combinaison quelconque desdits métaux avec ou sans palladium radioactif et/ou molybdène radioactif et on les fixe sur l'électrode de pulvérisation. e) comme métaux d'enrobage, on dépose en plus ou séparément sur l'électrode de pulvérisation des alliages métalliques radio25 actifs. f) les métaux d'enrobage sont séparés de la solution de produit de fission et déposés sur l'électrode de pulvérisation par voie électrochimique (électrolytique). g) le plasma est produit d'une manière connue par décharge 30 gazeuse dans l'atmosphère de krypton. Le procédé conforme à l'invention permet de former l'électrode de pulvérisation à partir de plusieurs métaux d'enrobage ou alliages de métaux d'enrobage, les métaux et les alliages métalliques pouvant également être contaminés Par rapport à l'art antérieur, il n'est plus nécessaire d'utiliser des métaux purs (radioactifs) La séparation du métal d'enrobage de la solution de produit de fission peut être effectuée d'une manière simple par voie électrochimique ou électrolytique. La production du plasma nécessaire pour la fixation du krypton peut être effectuée d'une manière connue par décharge gazeuse dans une atmosphere de krypton. Un dispositif avantageux pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention comprend un récipient formé d'un cylindre métallique extérieur constituant une premiere électrode et d'un cylindre métallique intérieur disposé concentriquement au premier et formant une seconde électrode et il est prévu entre les deux cylindres un volume annulaire servant à recevoir 15 la solution de produit de fission, l'atmosphère de krypton et le plasma. Selon d'autres particularités du dispositif conforme à l'invention: 1) le cylindre extérieur et le cylindre intérieur sont en acier ou autre métal approprié pour l=évacuation des déchets radioactifs ou bien en un alliage métallique approprié pour l'évacuation des déchets radioactifs. 2) le cylindre extérieur est agencé et peut être branché comme électrode d'enrobage et le cylindre intérieur est agencé et peut être branché comme électrode de pulvérisation. 3) une tension négative de 2 à 3 k TV peut être appliquée à l'électrode de pulvérisation et une tension négative de seule30 ment quelques centaines de volts peut être appliquée à l'électrode d'enrobage. 4) l'électrode de pulvérisation est revêtue d'un métal d'enrobage et/ou d'un alliage de métal d'enrobage selon un des paragraphes (a) à (e) cidessus. 35 Le dispositif conforme à l'invention est avantageusement agencé de manière à pouvoir servir de récipient pour l'évacuation des déchets radioactifs immédiatement après la fixation du krypton ou l'épuisement du métal d'enrobage. Le dispositif conforme à l'invention sert dans un premier stade opératoire comme récipient d'électrolyse pour recevoir la solution de produit de fission servant d'électrolyte Le cylindre extérieur et le cylindre intérieur sont au cours de ce stade opératoire branchés comme des électrodes d'électro10 lyse Apres achèvement de la séparation électrochimique du métal d'enrobage sur l'électrode centrale de pulvérisation, le dispositif conforme à l'invention est utilisé dans les autres stades du procédé pour recevoir l'atmosphère de krypton, produire un plasma de décharge de krypton et pour la mise en 15 oeuvre du processus de fixation de krypton. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description d'un exemple de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention faite ci-après avec référence 20 aux dessins annexes dans lesquels: La figure 1 est une vue en perspective schématique d'un dispositif conforme à l'invention servant d'appareil d'électrolyse au début de la séparation 25 électrolytique du métal radioactif à partir d'une solution de produit de fission sur une électrode cylindrique intérieure pour former une électrode de pulvérisation; la figure 2 représente le dispositif conforme à l'invention de la figure 1 après 30 achèvement de la séparation électrolytique du métal; la figure 3 représente le dispositif conforme à l'invention des figures 1 et 2 en vue en perspective schématique, au cours de son utilisation comme dispositif de pulvérisation pour la 35 fixation de krypton, au début de l'enrobage du krypton dans un métal d'enrobage sur une électrode d'enrobage constituée par un cylindre extérieur; la figure 4 représente le dispositif de la figure 3 après achèvement de la pulvérisation avec fixation du krypton, et la figure 5 représente, en coupe verticale, le dispositif selon l'invention de la figure 4, complété par un dispositif de refroidissement et par des moyens pour l'évacuation des déchets radioactifs. Sur les dessins, on a représenté un dispositif se présentant essentiellement sous la forme d'un récipient 2 comportant un cylindre extérieur 4 et un cylindre intérieur 6 entre lesquels est formé un volume annulaire 8 Le cylindre extérieur et le cylindre intérieur sont branchés comme des électrodes. Le récipient comporte un fond 10 et il p Qeut être fermé au moyen d'un couvercle 12 (figure 5)b Sur les figures 1 et 2, le récipient 2 est utilisé comme appareil d'électrolyse et il contient dans son volume annulaire 8, comme électrolyte, une solution de produit de fission 14 à partir de laquelle, par application d'une tension (négative pour le cylindre intérieur et positive pour le cylindre extérieur) des métaux radioactifs d'enrobage sont déposes sur l'électrode 6 formant le cylindre intérieur, jusqu'à ce qu'on atteigne une couche de métal d'enrobage 16 suffisamment épaisse (figure 2) Le cylindre extérieur et le cylindre intérieur sont, par exemple, en acier. Sur la figure 1, le récipient 2 est représenté au début du processus d'électrolyse Il s'est déjà formé une mince couche de métal d'enrobage 16 sur le cylindre intérieur La figure 2 représente la condition finale dans laquelle la couche de métal d'enrobage 16 est complètement formée. 35 Les figures 3 et 4 représentent alors le dispositif conforme à l'invention utilisé-comme dispositif de pulvérisation, la condition finale du dispositif étant la condition indiquée sur la figure 4 La couche de revêtement 16 du cylindre intérieur, formée du métal d'enrobage, est branchée comme électrode de pulvérisation Une tension négative de 2 à 3 k V est appliquée à cette électrode de pulvérisation Le cylindre extérieur 4 est branché comme électrode d'enrobage On y apptique une tension négative d'enrobage qui est seulement de quelques centaines de volts Dans le volume annulaire 8 existant entre le 10 cylindre extérieur 4 et l'électrode de pulvérisation 16, il existe maintenant une atmosphère de krypton 18, la pression du krypton étant d'environ 1,33 Pa Pour produire un plasma de krypton, on produit dans la volume annulaire 8 une décharge à effluves, dont les particularités de génération n'ont pas 15 été mises en évidence sur les dessins car une telle décharge à effluves dans un ensemble de cylindres du type indiqué est bien connue dans l'art antérieur. Sous l'effet de la haute tension négative de pulvérisation de 2 à 3 k V, des ions positifs de krypton sont accélérés du plasma de décharge vers l'électrode de pulvérisation 16, sur laquelle les ions de krypton viennent percuter à grande vitesse et provoquent progressivement une pulvérisation du métal d'enrobage. Le métal pulvérisé est reçu sur le côté intérieur de l'élec25 trode d'enrobage ou du cylindre extérieur 4 Une grande partie des ions de krypton arrivant sur l'électrode d'enrobage est incorporée à la couche 19 de métal radioactif d'enrobage en cours de croissance, et notamment sous la forme de très petites bulles 20, comme représenté schématiquement sur la figure 4. 30 Après achèvement de la fixation du krypton sur l'électrode d'enrobage 4, la majeure partie du métal d'enrobage 16 de l'électrode de pulvérisation est consommée, comme cela est également indiqué schématiquement sur la figure 4. Avec cette fixation du krypton par décharge à effluves et par pulvérisation de métal, il est possible d'obtenir des concen- trations allant jusqu'à 200 litres normalisés de krypton par litre de métal d'enrobage. Comme métal d'enrobage pour l'électrode de pulvérisation ou 5 le revêtement 16 de l'électrode intérieure 6, on choisit de préférence du palladium radioactif ou du molybdène radioactif provenant de la solution de produit de fission On peut cependant également choisir pour former l'électrode de pulvérisation d'autres métaux radioactifs de la solution de produit de 10 fission comme le zirconium, le niobium, du technecium, le ruthénium ou le rhodium ou une combinaison desdits métaux avec ou sans palladium radioactif et/ou molybdène radioactif. En outre il est également approprié d&utiliser des alliages de métaux radioactifs comme matières pour l'électrode de pull 5 vérisation. L'énergie électrique utilisée lors de la fixation du krypton par décharge à effluves et par pulvérisation de métal peut, si nécessaire, être évacuée en refroidissant à l'eau les électrodes cylindriques, notamment l'électrode cylindrique extérieure 4, comme indiqué schématiquement sur la figure 5, dans laquelle le cylindre extérieur 4 est entouré par une chemise de refroidissement par eau 22. La figure 5 représente le dispositif ou le récipient 2 apres achèvement de la fixation du krypton Le récipient peut alors être transporté directement à l'évacuation des déchets radioactifs, après que le couvercle 12 ait été mis en place sur les cylindres, en étant fixé par exemple par soudage. Revendications 1 Procédé pour la fixation de krypton radioactif par incorporation des ions de krypton dans un métal d'enrobage pulvérisé en produisant, entre une électrode de pulvérisation contenant le métal d'enrobage à pulvériser et une électrode d'enro5 bage, un plasma de krypton à partir duquel les ions positifs de krypton sont déviés à grande vitesse sur l'électrode de pulvérisation pour la pulvérisation du métal d'enrobage qui se dépose en enrobant des ions de krypton sur l'électrode d'enrobage, caractérisé en ce que l'électrode de pulvérisation et l'électrode d'enrobage sont tout d'abord placées dans une solution de produit de fission à partir de laquelle au moins un métal d'enrobage radioactif est ensuite séparé directement sur l'électrode de pulvérisation, en ce qu'ensuite l'électrode de pulvérisation, chargée du métal d'enrobage radioactif ou des métaux d'enrobage radioactifs, et l'électrode d'enrobage sont placées dans une atmosphère de krypton radioactif, et en ce qu'ensuite, pour l'enrobage des ions de krypton dans le 20 métal d'enrobage radioactif ou dans les métaux d'enrobage radioactifs, un plasma est produit et le métal d'enrobage radioactif ou les métaux d'enrobage radioactifs sont pulvérisés sur l'électrode d'enrobage. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, comme métal d'enrobage, on sépare du palladium radioactif de la solution de produit de fission et le fixe sur l'électrode de pulvérisation. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, comme métal d'enrobage, on sépare du molybdène radioactif de la solution de produit de fission et le fixe sur l'électrode de pulvérisation. 4 Procédé selon la revendication 1, if caractérisé en ce que, comme métaux d'enrobage, on sépare du palladium radioactif et du molybdène radioactif de la solution de produit de fission et on les fixe sur l'électrode de pulvérisation. Proc;dé selon la revendication 1 ou une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que, comme métaux i denrobage, on sépare de la solution de produit de fission du zirconium, du niobium, du technecium, du ruhénium ou du rhodium radioactifs ou bien une combinaison quelconque desdits métaux avec ou sans palladius radioactif et/ou molybdène radioactif et on les fixe sur éélectrode de pulvérisation. 6 Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, comrme_ metaux dcenrobage, on dépose en plus ou séparément, sur l'électrode de pulvérisation, des alliages métalliques radioactifs. 7 Procédé selon une quelconque des revendications i à 6, caractéri:sé en ce que les métaux d'enrobage sont séparés de la solution de produit de fission et déposés sur l'lélectrode de pulvérisation par voie iélectrochimique (électrolytique). 8 Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le plasma est produit d'une manière connue par décharge gazeuse dans l'atmosphère de krypton. 9 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon une 30 quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un récipient ( 2) formé d'un cylindre métallique extérieur ( 4) constituant une première électrode et d'un cylindre métallique intérieur ( 6) disposé concentriquement au premier et formant une seconde électrode 35 et, en ce qu'il est prévu entre les deux cylindres un volume 254 à 818 annulaire ( 8) servant à recevoir la solution de produit de fission ( 14), l'atmosphère de krypton ( 18) et le plasma. dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le cylindre extérieur et le cylindre intérieur sont en acier ou autre métal approprié pour l'évacuation des déchets radioactifs ou bien en un alliage métallique approprié pour l'évacuation des déchets radioactifs. 11 Dispositif selon l'une quelconque des revendication 9 et , caractérisé en ce que le cylindre extérieur ( 4) est agencé et peut être branché comme électrode d'enrobage et en ce que le cylindre intérieur ( 6) est agencé et peut être 15 branché comme électrode de pulvérisation. 12 Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'une tension négative de 2 à 3 k V est appliquée à l'électrode de pulvérisation ( 6) et en ce qu'une tension négative de seulement quelques centaines de volts est appliquée à l'électrode d'enrobage ( 4). 13 Dispositif selon une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que l'électrode de pulvérisation ( 6) est 25 revêtue d'un métal d'enrobage ( 16) et/ou d'un alliage de métal d'enrobage selon l'une des revendications 2 à 6. 14 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 et , caractérisé en ce que le récipient ( 2) est agencé pour servir de récipient d'électrolyse pour la solution de produit de fission ( 14) servant d'électrolyte pour assurer le revêtement de l'électrode de pulvérisation ( 6) avec le métal d'enrobage ( 16) et en ce que le cylindre extérieur ( 4) et le cylindre intérieur ( 6) peuvent être branchés comme électrodes d'électrolyse.