Brevet FR2556490A1 — publié le 19850614

Procédé de stockage d'éléments combustibles épuisés. L'invention se rapport à un procédé de stockage d'é- léments combustibles épuisés. Les éléments combustibles ser- vent dans des réacteurs nucléaires comme support des éléments combustibles nucléaires. Lors du fonctionnement dans le coeur du réacteur, on n'utilise qu'une proportion relativement faible de la quan- tité de combustible nucléaire contenue dans les éléments combustibles. La raison en sont les produits de fission, qui se créent lors de la fission nucléaire, qui agissent au moins partiellement comme poisons de neutrons et qui dimi- nuent la réactivité. En général, la consommation du combus- tible nucléaire, qui est obtenue dans le réacteur nucléaire, c'est-à-dire la proportion de nucléides décomposés en pro- duits de fission par la fission nucléaire, ne représente que de 3 à 4 % environ du poids de la quantité du combustible nucléaire introduite dans le coeur du réacteur. La plus gran- de partie du combustible nucléaire reste donc non utilisée et peut être récupérée. En raison de leur radioactivité, les éléments combus- tibles épuisés doivent être mis, après avoir été enlevés du coeur du réacteur, dans des zones de stockage protégeant du rayonnement dans lesquelles la radioactivité décroît peu à peu. Le stockage doit s'effectuer de manière à exclure toute cri- ticité dans la zone de stockage. Ceci peut s'effectuer par une dis- position géonmétrique convenable des éléments combustibles. Des zones de 2 2556490 stodkagedestinée à la réception d'éléments combustibles épuisés, en vue le la d;croissance de leur première activité de rayonnement, se trouvent directement dans l'installation à réacteur nucléai- re. A la suite de ce stockage, les éléments combustibles sont aptes au retraitement. Pour transporter des éléments combustibles à l'installation de retraitement ou à d'autres zones de stockage en amont du retraitement, des transports dans des récipients de transport spéciauxjacceptés par les autorités, sont nécessaires, ces récipients devant être tels que toute atteinte à l'environnement par rayonnement ou par de la matière radioactive qui sort soit impossible, aussi bien pendant le transport qu'en cas d'accident toujours possible durant le transport. Comme zones de stockage pour la décroissance de l'ac- tivité, qui sont destinées aux éléments combustibles nucléaires après qu'ils ont été enlevés du coeur du réacteur, il est connu d'utiliser des piscines d'eau. Mais dans ces piscines d'eau aussi, il faut exclure,par une disposition spatiale appropriée des éléments combustibles toute possibilité d'at- teindre la criticité par accumulation d'éléments combusti- bles. L'invention vise un stockage sGr des éléments combusti- bles épuisés;même en cas d'incidents, dans lesquels la dis- position prise pour empêcher la criticité est détruite et dans lesquels on doit redouter d'arriver à la criticité par accumulation d'éléments combustibles. L'invention a donc pour objet un procédé de stockage d'éléments combustibles épuisés d'un réacteur nucléaire, ca- ractérisé en ce qu'il consiste à immerger les éléments com- bustibles épuisés dans une solution ou dans une émulsion ou dans un bain fondu d'une substance absorbant les neutrons et se fixant au moins à la surface des éléments combustibles, ou à les pulvériser ou à les arroser d'une telle solution ou émulsion ou masse fondue. La substance absorbant des neu- trons empêche toute criticitépar quelque accumulation et dis- position d'éléments combustibles épuisés que ce soit. La quantité de la substance qui se dépose est déterminée essen- tiellement par la concentration de la substance dans la so- lution ou dans l'émulsion, et par la durée de traitement des éléments combustibles (durée d'immersion, durée de la pulvé- risation). Un avantage essentiel des mesures suivant l'invention est que,même en cas d'incident, dans lequel un bassin de stockage empli de solution ou d'émulsion ou de masse fondue serait détruit, il ne se pose aucun problème du point de vue de la technique de sécurité avec les éléments combustibles pour ce qui concerne la criticité, car, même - après le déversement du liquide, il reste à la surface des éléments combustibles une quantité de la substance absorbant les neutrons telle qu'elle empêche d'atteindre la criticité. De préférence, le procédé consiste à: - enlever les éléments combustibles de la solutionjde l'émulsion ou de la masse fondueaprès dépôt de la substance, et à les sécher ou à les refroidir pour solidifier la masse fondue; - revêtir les éléments combustibles sèchés d'une cou- che hydrofuge; - utiliser une solution d'acétylacétonate de gadolinium; immerger des éléments combustibles graphitiques dans une solution d'acétate de gadolinium; - porter la solution d'acétate de gadolinium au point d'ébullition et à refroidir, ensemble avec la solution, les éléments combustibles se trouvant dans la solution pour faire pénétrer davantage la solution dans le graphite des éléments combustibles; - envelopper les éléments combustibles d'une feuille de matière plastique> qui contient une substance absorbant des neutrons. Il est prévu de sécher les éléments combustibles après le dépôt de la substance ou de laisser la masse fondue se soli- difier sur les éléments combustibles, la substance déposée qui absorbe des neutrons restant à la surface en y adhérant Les éléments combustibles en graphite conviennent no- tamment au traitement mentionné. Lors de l'immersion des élé- ments combustibles ou lorsqu'ils sont pulvérisés ou arrosés, la substance absorbant des neutrons reste, non seulement à la surface des éléments combustibles en y adhérant, mais pénètre également dans des pores du graphite et remplit ceux- ci après le séchage de la solution de l'émulsion ou après la solidification de la masse fondue. La substance ainsi intro- duite augmente non seulement la sécurité lors du stockaae des éléments combustibles épuisés, mais diminue également dans une grande mesurede manière avantageuse le danger de tels éléments combustibles, en cas d'incidents lors du trans- port. Pour se protéger du fait que la substance absorbant des neutrons et qui adhère, puisse être enlevée par lavage, il est bon de revêtir les éléments combustibles sèchés d'une couche hydrofuge. Comme matière pour une telle couche, con- viennent, par exemple, des vernis, des résines, de la matiè- re plastique, des bitumes, etc... ou également des composés de gadoliniumqui ne sont pas solubles dans l'eau.notamment de l'acétylacétonate de gadolinium. Si les éléments combus- tibles sont plongés dans une solution d'acétylacétonate de gadolinium, les éléments combustibles séchés sont,même sans revêtement supplémentaire d'une couche de protection, insensibles à tout contact ultérieur avec de l'eau. Des éléments combustibles dans lesquels les matières combustibles nucléaires sont noyées dans du graphite, sont, après avoir été enlevés du réacteur nucléaire,de préférence immergés dans une solution aqueuse d'acétate de gadolinium. La pénétration de cette solution dans le graphite est favo- risée en traitant les éléments combustibles au point d'ébul- lition de la solution d'acétate de gadolinium et en refroi- dissant ensuite les éléments combustibles dans la solution. Quand on enrobe les éléments combustibles d'une feuil- le de matière plastique qui contient la substance absorbant les neutrons, on peut utiliser par exemple.comme substance absorbant des neutrons, les oxydes de l'europium, du gado- linium ou du cadmium. Par un dosage approprié de la substan- ce absorbant des neutrons, on peut utiliser de telles feuilles également pour enrober des éléments combustibles frais, à ti- tre de protection vis à vis de la criticité. Les feuilles sont enlevées de la surface des éléments combustibles avant la mise en oeuvre des éléments combustibles frais ou avant le retraitement des éléments combustibles épuisés. Les exemples suivants illustrent l'invention. Exemple 1 Pour des éléments combustibles épuisés à gaine mé- tallique, il est prévu une piscine de stockage remplie d'eau de refroidissement. A l'eau de refroidissement sont ajoutés un sel de gadolinium soluble dans l'eau, par exemple du ni- trate de gadolinium, du chlorure de gadolinium ou un sel semblable, ou d'autres sels solubles dans l'eau d'autres éléments chimiques absorbant des neutrons. Le dépôt du ga- dolinium sur la gaine métallique des éléments combustibles s'effectue par galvanoplastie par application d'un courant continu basse tension. La gaine des éléments combustibles forme la cathode. Sur la gaine, on dépose autant de gadolinium qu'il est nécessaire pour empêcher que les éléments combustibles ne parviennent à la criticité, mê- me en cas d'écoulement de l'eau de refroidissement dd à un incident. Exemle 2 Pour immerger des éléments combustibles épuisés ou pour y envoyer une pulvérisation, il est prévu un vernis à un constituant ou à plusieurs constituants, par exemple à base de résine époxyde, mélangé à de l'oxyde de gadoli- nium. L'oxyde de gadolinium est mélangé sous forme pulvé- rulente au vernis. 6 2556490 Exemple 3 Les éléments combustibles sont revêtus d'acétylacéto- nate de gadolinium par immersion dans une masse fondue ou dans une solution de cette substance ou par pulvérisation ou par arrosage. Après séchage du revêtement, les éléments com- bustibles sont hydrofuges. Exemple 4 Les éléments combustibles graphitiques épuisés sont in- troduits dans une masse fondue d'acétylacétonate de gadoli- nium ou dans une solution aqueuse d'acétate de gadolinium et sont chauffés dans la masse fondue ou dans la solution. Les gaz, par exemple de l'air, contenus dans les pores du graphite, sont ainsi expulsés dans une grande mesure. Lors du refroidissement ultérieur des éléments combustibles dans la masse fondue ou dans la solution, on recouvre non seulement la surface des éléments combustiblesmais la masse fondue ou la solution pénètre également dans les pores du graphite et les remplit en totalité ou en partie. Après avoir séchés les éléments combustibles, on a pu déceler dans le réacteur nuclaire,au microscope électronique par autoradio- graphie et au moyen d'une analyse d'activation des neutrons, un dépôt de la substance absorbant des neutrons dans des couches profondes des éléments combustibles graphitiques. La surface des éléments combustibles était recouverte d'une manière dense de cristalites d'acétate de gadoliniumdans le cas d'éléments combustibles qui avaient été immergés pendant quelques heures dans une solution aqueuse saturée chaude d'acétate de gadolinium refroidis et séchés. Si l'on chauffe des éléments combustibles graphitiques, traités par une solution d'acétate de gadoliniumau-dessus de 750 C environ, l'acétate de gadolinium se décompose. Il reste de l'oxyde de gadolinium;qui est insoluble dans l'eau et qui ne peut pas être enlevé du graphitemême à des températures élevées. L'oxyde de gadolinium est donc devenu partie intégrante des éléments combustibles épuisés 7 2556490 et n'est plus séparé des éléments combustibles même en cas d'incidents graves pendant un transport ou pendant le stockage des éléments combustibles, par exemple par action de l'eau ou de la température, ou en cas d'une rupture des éléments combustibles. Exemple 5 On est parvenu à des résultats comparables à ceux de l'exemple 4,en stockant des éléments combustibles graphitiques dans une solution aqueuse d'acétate de gadolinium à la tem- pérature ambiante et sous la pression atmosphérique. La quantité de substance absorbant des neutrons qui est absor- bée par l'élément combustible, augmente avec la durée de stockage des éléments combustibles dans la solution. Exemple 6 On enveloppe des éléments combustibles à l'aide d'une feuille de matière plastique. La feuille de matière plasti- que contientcomme substance absorbant des neutrons, de l'oxyde d'europium. Comme enveloppe de sécurité, on peut éga- lement utiliser des feuilles de matière plastique contenant de l'oxyde de gadolinium ou de l'oxyde de cadmium. Avant tout autre traitement des éléments combustibles, on enlève à nouveau la feuille de matière plastique. 8 2556490 REVENDICATIONS 1 - Procédé de stockage d'éléments combustibles épuisés d'un réacteur nucléaire,.caractérisé en ce qu'il consiste à immerger les éléments combustibles épuisés dans une solution ou dans une émulsion ou dans un bain fondu d'une substance absorbant les neutrons et se fixant au moins à la surface des éléments combustibles ou à les pulvériser ou à les arroser d'une telle solution ou émulsion ou masse fondue. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à enlever les éléments combustibles de la solution, de l'émulsion ou de la masse fondue, après dépôt de la substance et à les sécher ou à les refroidir pour solidifier la masse fondue. 3 - Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à revêtir les éléments combustibles séchés d'une couche hydrofuge. 4 - Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser une solution d'acétylacétonate de gadolinium. 5 - Procédé suivant l'une des revendications précéden- tes, caractérisé en ce qu'il consiste à immerger des éléments combustibles graphitiques dans une solution d'acétate de gadolinium. 6 - Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il consiste à porter la solution d'acétate de gadolinium au point d'ébullition et à refroidir, ensemble avec la so- lution, les éléments combustibles se trouvant dans la solution 9 Z556490 pour faire pénétrer davantage la solution dans le graphite des éléments combustibles. 7 - Procédé suivant l'une des revendications précéden- tes, caractérisé en ce qu'il consiste à envelopper les éléments combustibles d'une feuille de matière plastiquequi contient une substance absorbant des neutrons.