Brevet FR2569490A1 — publié le 19860228

Q9@ RÉPUBLIQUE FRAN AISE ( N e FUlca.: 2 5' 490 {- n'utiliser que pour les INSTITUT NATIONAL commandes de reproduction) DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE N d'enrgistr ent naonal 85 12542 N d'enrcgis;:rement nat:ional: B5 112542 PARIS i) Int CI4: G21 C 19/36, @ DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1 ) Date de dépôt: 20 août 1985. Q Demandeur(s): Etablissement Public dit: UNITED KINGDOM A TOMIC ENERGY AUTHORITY - GB. ( Priorité: GB, 21 août 1984, n 8421219: 14 novembre 1984, n 8428751. ) Inventeur(s): Brian Edwin Meredith et James Shaw Burns. Date de la mise à disposition du public de la demande: BOPI " Brevets " n 9 du 28 février 1986. 6 Références à d'autres documents nationaux appa- rentés: 703 Titulaire(s): () Mandataire(s): Cabinet Simonnot Procédé de démantèlement d'éléments combustibles nucléaires irradiés. 57 L'invention concerne le démantèlement d'éléments com- bustibles nucléaires. Elle se rapporte à un procédé dans lequel l'enveloppe 4 des éléments combustibles est découpée à sa périphérie dans une région L2 de gonflement maximal des aiguilles combustibles 5, la partie supérieure de l'enveloppe étant retirée avec les grilles 8!r, 6 6 associées, le faisceau d'aiguilles et les grilles étant alors repoussés dans la partie restante de l'enveloppe afin que les, 6 ' grilles 6 s'empilent les unes contre les autres. Les aiguilles 5 ', I Application au retraitement du combustible nucléaire. o0 Ie L D Vente des fasciculeslMPRIMERIE NATIONALE, 27 rue de la Convention75732 PARIS CEDEX 15 Un O Vente des fascicules à l'IMPRIMERIE NATIONALE. 27. rue de la Convention - 75732 PARIS CEDEX 15 La présente invention concerne le démantièlement des éléments combustibles nucléaires irradiés et en parti- culier le démantèlement d'un type d'élément combustible nucléaire utilisé dans un réacteur nucléaire surrégénér&zt. refroidi par un métal liquide, ayant une enveloppe externe de forme hexagonale contenant plusieurs aiguilles de combus- tible nucléaire supportées par des grilIes transversales espacées. Un tel élément combustible nucléaire est appelé "du type considéré" dans la suite du présent mémoire. Il est prudent, dans chaque élément combustible, de séparer l'enveloppe hexagonale et les grilles trans- versales des aiguilles combustibles afin que seules les aiguilles combustibles, découpées en morceaux commodes, soient utilisées comme charges à l'installation de retrai- tement, l'enveloppe et-les grilles étant séparées et con- servées sous forme de déchets radioactifs, afin que la quantité de matériaux introduite au cours du retraitement du combustible nucléaire soit minimale, ce retraitement étant l'opération dans laquelle l'uranium et le plutonium du combustible sont extraits pour être réutilisés et les produits de fission sont séparés avant stockage. On a déjà proposé la découpe circonférentielle de l'enveloppe de manière qu'elle forme une première partie qui peut être retirée et une seconde partie contenant les aiguilles combustibles qui peuvent ensuite être reti- rées de la seconde partie. On a aussi proposé l'enlèvement des grilles fixées à la première partie de l'enveloppe avec cette première partie. Le procédé proposé indique une découpe circonférentielle centrale de préférence, et la découpe a dû être réalisée à l'aide d'outils de coupe. Il existe des objections en pratique à de telles propositions car il est difficile d'assurer un serrage du faisceau d'aiguilles combustiblesafin de séparer le faisceau de la partie de l'enveloppe qui entoure les ai- guilles, d'une manière suffisamment rapide pour que le débit corresponde à celui d'une installation industrielle. L'invention concerne un procédé de démantèlement et un dispositif destiné à la mise en oeuvre d'un tel procédé, ne présentant pas les inconvénients précédents ou seulement très peu. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de démantèlement d'un élément combustible nucléaire irradié du type considéré, dans lequel une force de poussée est appliquée au faisceau d'aiguilles combustibles afin que le faisceau soit déplacé par rapport à l'enveloppe exté- rieure. L'invention concerne aussi un procédé de démantèle- ment d'un élément combustible nucléaire irradié comprenant la découpe de l'enveloppe externe afin qu'elle soit séparée en deux parties axiales, à un emplacement compris entre les extrémités du faisceau d'aiguilles combustibles, et la poussée de ce faisceau à partir d'une extrémité de l'enveloppe, au moins partiellement dans cette partie d'enveloppe placée à partir dudit emplacement et tournée vers la première extrémité du faisceau d'aiguilles. De préférence, les grilles sont aussi poussées longitudinalement par rapport à la premier.- partie d'en- veloppe afin qu'elles se rassemblent en formant une pile près dudit emplacement. Les grilles empilées peuvent être séparées des aiguilles combustibles par découpe de ces dernières dans des parties ne contenant pas de combustible, dans les aiguilles, soit pendant que les grilles empilées se trouvent encore dans la première partie d'enveloppe soit après le déplacement des grilles et du faisceau d'ai- guilles totalement en dehors de la première partie d'en- veloppe. Le démantèlement peut être réalisé par découpe de l'enveloppe externe en direction circonférentielle, à peu près en son point médian et, en particulier, dans la région dans laquelle les aiguilles combustibles ont subi un gonflement maximal pendant l'irradiation dans le coeur du réacteur, par enlèvement de la partie supé- rieure de l'enveloppe avec les grilles qui lui sont associées, ::-:: -. : 2569490 =3 et par maintien en position fixea -du reste de l' enveloppe avec application d'un vérin cohtrele faisceau d'aiguilles combustibles afin que ce faisceau soit repoussé au moins en partie hors du reste de l'enveloppe, les grilles a. - ciées à -ce reste de l'eiveloppe:étant simultanément empilées, le reste de l'enveloppe étant retiré des aiguilles par exemple par découpe des aiguilles-. L'opération de-découpe peut être:réalisée par un laser -: -: :: Dans une-application avantageuse, un piston destiné à assurer la poussée-Pindiquése précédemment a- une plaque délimitant une face hexagonale avec:des découpes au coin permettant le passage des branches d. e support des grilles transversales et permettant aussi le-coulissementde la plaque sur les branches, l'utilisation pendant le déman- tèlement comprenant le serrage du reste de l'enveloppe, avec misesen contact initiale die la plaque et de.:la grille transversale inférieure du faisceau, puis la commande du vérin afin qu'il pousse le-faisceau: d'aaiguilles combus- tibles en direction longitudinale, dans -le reste de l'en- veloppe, avec cassures successives des grilles de manière qu'elles se rassemblent %a l'extrémité du faisceau, et, avec la première grille, forment une pile, cette pile de grilles étant placée près de l'extr-::ite inférieure du faisceau d'aiguilles.-L'ensemble des grilles et des aiguilles peut être repoussé totalement en dehors du reste de l'enveloppe et-finalement-la pile de: grilles peut être retirée des aiguilles par découpe de ces dernières. Dans une variante, l'ensemble peut étre repoussé jusqu'-à ce que des tronçons ne contenant pas-de combustible, par exemple les espaces sous pression, formés dans les aiguilles, dépassent de lapremière extrém-ité de Ia partie-inférieure de l'enveloppe, etbles aiguilles peuvent-alors être découpees au niveau des tronçons ne contenant pasl de combustible, : la pile de grilles restant à lLtintérieur de la partie inférieure de;l'enveloppe.::: - - - i D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui-va suivre - d'un mode de réalisation, faite en référence au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une coupe longitudinale d'un exem- ple d'élément combustible du type considéré; et la figure 2 est:une coupe agrandie suivant la ligne II-II de la figure 1. On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente un élément combustible de réacteur nucléaire du type consi- déré, portant la référence- et ayant une extrémité supé- rieure 2 destinée à la manutention d'éléments combustibles, une extrémité inférieure 3 destinée à être positionnée avec de nombreux éléments combustibles analogues dans le dispositif de support d'éléments combustibles du réacteur (non représenté) et permettant la pénétration du métal liquide de refroidissement à l'intérieur de cet élément combustible et des autres, une enveloppe hexagonale externe 4 contenant plusieurs aiguilles combustibles 5 (une seule étant représentée par raison de clarté) et plusieurs grilles transversales distantes 6 de positionnement et de support des aiguilles 5. Les grilles supérieure et inférieure sont des grilles de support et portent les références 6T et 6B respectivement. Chaque grille intermédiaire 6 est une grille d'entretoise et de positionnement, et chaque grille 6 a des branches 6' assurant un positionnement angulaire et axial. Après irradiation dans le réacteur nucléaire et extraction de celui-ci, l'élément combustible 1 doit être démantelé. Plus précisément, par manutention à distance, l'enveloppe externe 4 et les grilles 6 sont séparées des aiguilles combustibles 5 qui sont alors découpées et trans- mises à un dispositif de dissolution de l'installation de retraitement. La séparation de l'enveloppe et des grilles des aiguilles combustibles est maintenant décrite. Comme l'indique la figure 1, une première découpe transversale à l'aide d'un laser est réalisée dans l'enve- loppe hexagonale 4 et dans les branches de la grille infé- rieure de support 6B, à un emplacement L. Une seconde découpe transversale au laser-de l'enveloppe 4 est réalisée à un emplacement L, :considéré comme -étant la position approximative de gonflement maximal des aiguilles à la suite de l'irradiation. La partie de l'enveloppe -: trouve à droite de l'emplacement-L (comme indique sur la figure 1) est maintenue et la partie d'enveloppe de l'élément combustible qui se trouve à gauche de l'empla- cement L est tirée hors de la partie maintenue, avec entraînement de l'extrémité supérieure 2, de la grille supérieure 6T de support, lecertaines des-grilles 6 et de leurs branches 6', mais les aiguilles combustibles restent danà leurposition maintenue.; 0 Ensuite, la partie maintenue de l'enveloppe est découpée transversalement au laser à un emplacement L3, cette découpe assurant aussi la libération de la grille inférieure de support 6B et l'exposition des extrémités des aiguilles et de la première grille 6 qui est aussi la grille de maintien en position basse des aiguilles combustibles. Un vérin ayant une plaque hexagonale et des cavités à ses coins lui permettant de glisser sur les branches 6' est alors mis le long des extrémités expo- sées des aiguilles combustibles 5 et de la première grille 6 et est commandé afin qu'il casse cette grille et la déplace avec les aiguilles en direction axiale-par rapport à la partie inférieure de l'enveloppe. Initialement, seules les aiguilles et la première grille sont déplacées puisque les aiguilles glissent d'une manière relativement libre dans les grilles restantes étant donné la section des aiguilles qui diminue depuis la position de gonflement maximal provoqué par l'irradiation. L'opération du piston provoque alors la mise en contact de la première grille et de la suivante si bien que les grilles 6 sont arrachées de leur fixation à l'enveloppe 4, une par une, et finalement sont empilées et collectées à l'extrémité inférieure du faisceau d'aiguilles, les coins découpés de la plaque hexagonale permettant à la plaque de coulisser le long des branches 6'. Les aiguilles et les grilles-sont alors e9490 repoussées hors de l'enveloppe 4, celle-ci étant retirée et transmise à un stockage de déchets radioactifs. Enfin, la pile de grilles 6 et retirée par une découpe transversale par le laser, par la région de l'.- trémité inférieure des aiguilles combustibles, c'est-à-dire dans la partie formant la chambre sous pression et qui n'est pas occupée par du combustible. Les aiguilles 5 peuvent alors être soumises à l'opération de découpe puis à l'opération de dissolution dands l'installation de retrai- tement. Dans une variante, la poussée peut être interrompue dès que les parties sous pression des aiguilles commencent à sortir de l'enveloppe. Les parties des aiguilles ayant le combustible peuvent alors être séparées, les grilles et les parties sous pression restant dans l'enveloppe pour être évacuées vers un stockage. Dans certains cas, il peut être préférable d'éviter la rupture de l'intégrité interne des aiguilles combustibles, par exemple qui peut se produire lorsqu'elles sont séparées des parties sous pression. Diverses possibilités existent. Par exemple, les aiguilles peuvent être retirées des grilles empilées par application d'une force de traction, les aiguilles étant retirées une à une ou par groupe, ou elles peuvent être repoussées de leur position de contact avec les grilles par déplacement par rapport aux grilles à l'aide de tiges poussoirs, les grilles étant encore dans la partie inférieure de l'enveloppe ou après que les grilles ont été retirées de cette partie inférieure d'enveloppe. -5S94900 0 00--- 0-00; =;=;;7 - =- -- * 0 0 t=0 _- 40--0 0 -REVENDICATIONSX - -- -- - é d- i Procédé -de démanteentd'un -lément cDmbust '-_ nucléairfe irradié, du type qui-comorte -une -envelopj - -:jhèxagonale-externe contenant des--aiguil-es combustible. - =:05: nucléaires supporté.es-, par des rilles transversales distantes, caractérisé en ce qu'-une -force de poussée est appliquée au faiscead'aiguilles combustibles (5) afin que le-faisceau soit déplacé par -rapport a l'enveloppe-externe-(4). - -- Z- 0;. -.-Procédé- de démantelexaent deun lément combustible --10 nucléaire irradié,: comprenant- la découpe d? eenveloppe (4) - afin quaelle soit separéee en-deux-parties- axiales -dans =a : une position comprise entre- es extreémités- du fa ci cx d-4 aiguilles combustibles (5) -caracté=ise en -ce qu-'il comprend-la poussée- - dûffaisceaud['iaiguilles d'une premlière 1i5 extrémité de l'eniveloppe (4) au motnsen-partie dans-la - premiere partie d'enveloppe partant de cette position vers-la première extrémité du-faisceau d'aiguilles. : collectées -sous:forme -d'une pile près de ladite position. 4. 'Procédé selon -la revendication 3; caractérisé - en ce que l' opération de poussée est réalisée jusqu aà -- ce-que le faisceau 'aiguiltles- (5). dépasse au-delà des:: ! 25 -grilles empilées (6) sur une distance telle--que-seules 3[ les parties ne contenant pas.de combustible-dans les ai- guilles restent au contact des-grilles empilées.-- - - séparées des grilles-empnllée-s_-6->1 - - - 0 0- 6. Procédé selon la -revendication-5,-caractérisé en ce que l'opération -de séparation -est -réalisée pendant - que- les grilles empilées s(6- se-tfouvent-a à -lrintérieur - de -la pre.ière-partie d:enveloppe n -C t; =, - 7.-Précédé selon -la revendication -6-6- caaractérisé en- ce queil'ensemble- f orme-par-le faisceau d'aiguilles - combustibles et les grilles emp6lees:(6-Y est-poussé- hors de la première partie d'enveloppe et l'opération de séparation est réalisée ensuite. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications à 7,caractérisé en ce que l'opération de séparation comprend la découpe des aiguilles (5) dans des parties ne contenant pas de combustible et dépassant des grilles empilées (6). 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les parties ne contenant pas de combustible sont des parties sous pression des aiguilles combustibles (5). 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications à 8, caractérisé en ce que l'opération de séparation est réalisée sans rupture de l'intégrité interne des aiguilles combustibles (5). 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications à 7, caractérisé en ce que l'opération de séparation comprend le déplacement des aiguilles combustibles (5) par rapport aux grilles empilées (6) jusqu'à ce qu'elles se séparent des grilles {6). F-ig.1 if "'Fig2.,,: 2 À ,,,, z,./.'::. jfi5... " 1 ' " I' ' -,:,...'..'../z.N :,!....... --. ii..-.j...... _::,..:.