Brevet FR2561432A1 — publié le 19850920

Procéd_ et dispositif pour séparer des matières combustibles nucléaires en céramique de corps métalliques servant de gaines Ou supports. L'invention se rapporte è un procédé pour séparer des matières combustibles nucléaires en céra- mique de corps supports ou de parties de corps supports métalliques, dans lesquels les matières combustibles nucléaires adhèrent, notamment après la consommation des matières combustibles nucléaires dans des réac- teurs nucléaires. Les matières combustibles nucléaires doivent être, notamment pour le retraitement de la matière combustible nucléaire, dans des installations de re- traitement, séparées de leurs parties supports. Comme parties supports, on utilise par exemple des tubes de gainage en zircaloy, dans les- quels les matières combustibles nucléaires en cérami- que sont chargées en étant entourées, le cas échéant, de matériaux de gainage en céramique. Les matières combustibles nucléaires doivent être séparées de ces parties supports avant le retraitement, surtout afin que la matière combustible nucléaire ne soit pas polluée. lors de son retraitement par des restes métal- liques des parties supports. Avant la dissolution chimique des matières combustibles nucléaires dans des appareils de dissolution, il est connu de découper en tronçons les éléments combustibles par voie mécanique ou par exemple également au moyen d'un jet d'eau, cf. demande de brevet publiée en République Fédérale d'Allemagne sous le No. 3 007 876. Les piè- ces d'éléments combustibles obtenues sont ensuite in- troduites dans l'appareil de dissolution et la matière combustible nucléaire est séparée par dissolution dans l'acide nitrique bouillant des autres parties de corps supports qui restent. Ce procédé s'accompa- gne d'une dépense relativement faible. Mais il faut compter, dans l'ensemble, avec des durées de lixivia- tion longuesparce que la dissolution chimique exige une longue durêeen raison des surfaces d'attaque de l'acide nitrique qui n'ont été obtenues que par cisaillage. Lors de la dissolution des matières com- bustibles nucléaires dans de l'acide nitrique, les parties métalliques formant tubes de gainage en zircaloy restent conservées pour l'essentiel. Mais on se heurte à des difficultés pour la dissolution de matières combustibles nucléaires conte- nant du thorium. Pour la dissolution de telles matiè- res combustibles nucléaires, on ajoute à l'acide ni- trique des ions fluorure, de sorte que les parties métalliques descorps supports sont attaquées. Le métal passant en solution gêne les stades chimiques ultérieurs de retraitement. Lors de la séparation mécanique de corps sup- ports métalliques et de matières combustibles nucléai- res en céramique, on n'est pas parvenu jusqu'ici à séparer, d'une manière impeccable, les parties métal- liques et le matériau céramique. Ceci surtout quand les tubes de gainage ou les corps supports présentent, après la consommation des matières combustibles nucléaires, des endommagements comme des déformations, des gondolements, des fissures ou autres. Les équipe- ments de séparation sont soumis à une grande usure et la dépense en appareillage est considérable. La formation de poussières radioactives ou de produits radioactifs gazeux qui se dégagent, présente d'autres problèmes pour retenir la substance radioactive et pour la décontamination. C'est ainsi, par exemple, que dans le traitement de corps supports en zircaloy, il ne doit pas se produire de fines particules métal- liques car ceci s'accompagne d'un danger d'incendie et d'explosion. Pour le même motif, il faut éviter également des temperatures élevées lors du traitement des éléments combustibles. L'invention vise un procédé de séparation d'une matière combustible nucléaire en céramique de corps supports.dans lequel il est possible de récupé- rer la matière combustible nucléaire sans qu'elle soit polluée par le matériau formant corps support et en peu de stades opératoires. On cherche à ce que le pro- cédé opère sans poussière, et soit simple à exécuter. En outre, le procédé doit pouvoir s'adopter a des dimensions variables des éléments combustibles et au cas o les éléments combustibles sont endommagés. Le procédé suivant l'invention consiste à séparer par rinçage les matières combustibles nucléai- res en céramique du corps support ou d'une partie du corps support, au moyen d'un jet de liquide sous haute pression. Le jet de liquide est dirigé sur la matière combustible nucléaire et la pression du liqui- de est réglée à une valeur si élevée que la matière combustible nucléaire adhérant au corps support est entièrement enlevée. Le jet de liquide trouve de soi- m&me la transition entre la matière combustible nucléaire en céramique et le matériau métallique for- mant corps support, de sorte que, méme dans le cas d'un gonflement du barreau combustible et d'une défor- mation des parties formant corps support, on parvient à une dissolution impeccable de la matière combustible nucléaire. Les corps supports ou les parties de corps supports métalliques restent conservés et sont sépa- rés après l'élimination de la matière combustible nucléaire par rinçage. Dans l'appareil de dissolution par voie chimique, on n'introduit que les fragments de matière combustible nucléaire. De préférence, le procédé consiste à plonger le corps support ou la partie du corps supportavec la matière combustible nucléaire qui y adhère dans le liquide, et à enlever la matière combustible nucléai- re, alors qu'elle est immergée, par rinçage par le jet de liquide sous haute pression. La destruction et l'enlèvement par lavage du matériau céramique au moyen du jet de liquide reposent alors sur la cavita- tion dans laquelle il se produit, en raison d'implo- sions de bulles de vapeur dans le jet de liquide, des chocs sous une grande pression et d'une grande fréquence. Cette grande charge dynamique attaque le matériau céramique fragile, mais n'a presque aucune action sur le matériau métallique de gainage et de support, qui est relativement ductile. Dans des milieux gazeux, ainsi qu'également au sein de milieux liquides, c'est la section transversale et la pres- sion du liquide qui déterminent l'efficacité du jet de liquide. Suivant la nature et l'adhérence de la matiè- re combustible nucléaire, il faut un diamètre mini- mal et une pression minimale pour séparer le matériau céramique du corps support ou des parties de corps support. Le diamètre minimal et la pression minimale sont déterminés empiriquement. L'invention vise également un dispositif pour- la mise en oeuvre du procédé comprenant un support pour des corps supports ou pour des parties de corps supports métalliques, à l'intérieur desquels adhère de la matière combustible nucléaire en céramique, l'intérieur des corps étant accessible de l'extérieur, et au moins une buse pour un jet de liquide pouvant être raccordée à un conduit de refoulement sous pression, caractérisé en ce que la buse pour le jet de liquide est disposéesen vue d'enlever la matière ie03;WDbustib.e nucléaire, de manière à pouvoir pénétrer D in h-rieur du corps support ou de la partie du corps support. Le dispositif présente un support pour les tes s métalliques de gainage ou les parties de tuboe de gainage qui sont obtenues par cisaillement et est muni d'une ou de plusieurs buses pour un jet e liquide rui servent au rinçageo Pour introduire les b'uses 57 jet de iqcuide dans les tubes de gaina- gie. -Ls buses sont fixees sur une lance qui peut être 3.nrodui-e danLs les tubes de gainagelors de la sépa- ration d1 dati- au céramique par rinçage, dans ltes- pace c:-e'n qui se forme. La lance peut être montée ourrnante ou les buses à jet de liquide peuvent être mores toulrnantes sur la lance et, de préférence, sont disposées de manaière excentrée par rapport à l'axe de rotation, ce qui donne un rincage plus in- tense sur toute la section transversale de la matière cozabustible nucléaire et du tube de gainage. Au dessin annrexzé, donné uniquement à titre d'exemple la f:gaure 1 représente une installation de rirnçage pour séparer de la matière combustible nu- aléaire en céramique de parties de corps supports, et la figure 2 est une vue partielle en coupe de l'installation de rincage, suivant la ligne IIII de la figure 1. Comme on le voit au dessin, des morceaux de tube de gainage 2 obtenus par cisaillement sont trai- tés, à titre de parties de corps supports d'éléments combustibles en forme de barreau, dans l'exemple de réalisation dans un bassin 1 d'immersion. Les mor- ceaux de tube de gainage 2 sont emplis de matériau combustible nucléaire en céramique. Le matériau céra- mique adhère au moins partiellemnent, notamment après la consommation de la matière combustible nucléaire, au tube de gainage. Dans l'exemple de réalisation, on a donc fixé, pour vérifier le dispositif, un maté- riau céramique de simulation au moyen d'une colle à delux constituants, dans une partie de tube de gainage en zircaloy. Avec la colle on obtient, entre le maté- riau en céramique et les morceaux de tube de gainage, des forces d'adhérence qui dépassent sensiblement les forces d'adhérence se produisant en fait après la consommation des éléments combustibles dans un réac- teur nucléaire. Les morceaux de tube de gainage 2 peuvent être introduits dans le bassin d'immersion 1 au moyen d'un dispositif qui peut être télecormandé. Le magasin à barillet 3,représenté en rue en élévation à la figure 2 par exemple, et qui peut tourner autour de son axe dans le sens de rotation 4 dans l'exemple de réalisation, convient bien à cet effet. Sur le pourtour du magasin 3 à barillet, on peut mettre les morceaux de tube de gainage provenant d'un accumula- teur à trémie 5, et les fixer ensuite. Le magasin à barillet est, dans l'exemple de réalisation, déplacé pas-à-pas sur une sangle ou sur une chaine 6 qui est tendue par des galets de guidage 7. Le magasin à barillet guide les morceaux de tube de gainage 2 dans la région des buses à jet de liquide 8, qui sont disposées en-dessous de la surface du liquide, dans le bassin d'immersion 1, dans une zone de traitement 9. Dans l'exemple de réalisation, les buses à jet de liquide sont fixées sur deux lances 10 qui peuvent être introduites dans les deux côtés fron- taux de la pièce de tube de gainage 2. A la diffé- rence de cet exemple de réalisation, on pourrait dis- poser également plusieurs buses à jet de liquide sur chacune des lances. Les buses à jet de liquide sur les lances ou les lances elles-mêmes peuvent être tournantes. En outre, les buses à jet de liqui- de peuvent être disposées de manière excentrée par rapport à l'axe de rotation. Dans l'exemple de réalisation, les lances servent en même temps de tubes d'arrivée d'eau et - sont raccordées à des conduits de refoulement sous pression 11 amenant de l'eau sous pression. Les con- duits 11 sont alimentés par une pompe à liquide 12 entraînée électriquement. En-dessous du bassin d'im- mersion 1, se trouve un récipient de captage 13 du matériau enlevé des parties de corps supports par le liquide de rinçage. Le matériau enlevé par lavage et le liquide de rinçage s'êcoulent par une ouverture centrale 14 ménagée dans le fond du bassin d'immersion pour aller dans le récipient de captage 13. Par un trop-plein 15 sur le récipient de captage 8, le liqui- de de rinçage circule en circuit fermé. Le trop-plein est muni d'un tamis qui retient les fragments céra- miques dans le récipient de captage 13. Les frag- ments restants glissent avec des restes du liquide dans le récipient de captage en direction d'une éva- cuation 16 et, de là, sont pompés dans l'appareil de dissolution par voie chimique des matières combusti- bles nucléaires, cet appareil n'était pas reproduit au dessin. s Dans l'exemple de réalisation, les buses jet de liquide alimentées en eau sous pression ont un diamètre de 1,8 mm. La pression de l'eau est de 750 bar. Le matériau en céramique des parties de tube de gainage d'une longueur de 200 mm est extrait, alors que les buses sont éloignées de 50 mm environ, en 30 secondes environ, par le jet d'eau en cavita- tion. Si l'on diminue le diamètre des buses à jet de liquide ou la pression de l'eau, on obtienttoutes les conditions restant égales d'ailleurs, des durées de rinçage plus longues. C'est ainsi, par exemple, qu'en diminuant le diamètre des buses à jet de li- quide à 1,6 mm, ou en diminuant la pression de l'eau à 650 bar, la durée de traitement,par rapport à l'exemple de réalisation mentionné ci-dessus, double à peu près, toutes conditions étant égales d'ailleurs. Les dimensions de particules du matériau céra- mique obtenues dans ce traitement varient entre 1 mm et 5 mm. Il n'y a pas de restes de matériau dans les tubes de gainage!apres le traitement des morceaux d'éléments combustibles de simulation par des buses donnant des jets sous l'eau. Comme liquides et milieux de travail, on peut également utiliser l'acide mis en oeuvre dans l'appa- reil de dissolution. Indépendamment des matériaux qui doivent alors être choisis de manière adéquate pour l'installation de rinçage et pour les buses à jet de liquide, et qui doivent être constitués de manière à résister aux acides, cette possibilité n'est à considérer, pour les raisons mentionnées plus haut, que pour des matières combustibles en U02 et en PuO2. REVENDICATIONS 1i. Procédé pour siparer des matières combus- ti:3es nucléaires en céramnique de corps ou de parties de corps métalliques servant de support, auxquels les matières comlbustibles nucléiires adhèrent caractéri- sâ en ce qu'il consiste à séparer par rinçage les matières combustibles nucléaires en céramique du corps support ou d'une partie du corps support, au moyen d'un jet de liquide sous haute pression. 2. Procédé suivant la revendication 1 carac- térsé ern ce gu'il consiste à plonger le corps sup- port ou o.a partie d- corps support, avec la matière -combus tible n*uclaire- qu- y adhère;dans le liquide, et è enlever' ia matière combustible nucléaire, alors 1 5 Qu' ell1 es - ié-u.rgée, par rinçage par le jet de li- quide sous haute pression. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procé- d:' suivant la revendication 1 ou 2, comprenant un support pour des corps supports ou pour des parties de corps supzports méta liques, à l'intérieur des- quzls adhere de la mati-re combustible nucléaire en céramique, l'intérieur des corps étant accessible de l e:ztërieur, et au moins une buse pour un jet de li- quide pouvant être raccordée à un conduit de refoule- ment sous pression, caractérisé en ce que la buse ( d'enlever la matière combustible nucléaire, de ma- nière à pouvoir pénétrer à l'intérieur du corps sup- port ou de la partie du corps support (2). 4. Dispositif suivant la revendication 3, ca- ractérisé en ce qu'une ou plusieurs buses (8) à jet de liquide sont disposées sur une lance (10). 5. Dispositif suivant la revendication 4, ca- ractérisé en ce que les buses (8) à jet de liquide ou la lance (10) sont montées tournantes. 6. Dispositif suivant la revendication 5, ca- ractérisé en ce que la buse (8) à jet de liquide est disposée de manière excentrée par rapport à l'axe de rotation.