Brevet FR2575320A1 — publié le 19860627

EMBALLAGE PROTECTEUR DE LONGUE DUREE CONTRE LA CORROSION POUR DES COLIS FERMES HERMETIQUEMENT DONT LE CONTENU EST HAUTEMENT RADIOACTIF L'invention concerne un emballage de longue durée pour la protection de colis fermés hermétiquement dont le contenu est hautement radioactif tels que, par exemple, des coquilles en -acier contenant des déchets hautement radioactifs incorporés dans du verre, des éléments combustibles épuises. de réacteurs nucléaires ou des gaines, constitué par un corps métallique de base du récipient, à paroi épaisse en forme de cylindre creux, un fond et un couvercle pour le précédent, ainsi qu'une couche de protection contre la corrosion spéciale appliqué sur eux.. L'invention a pour objet la fabrication d'un emballage, ou-d'une barriere, stable mécaniquement, thermiquement, et chimiquement, pour isoler des matières qui mettraient en danger-lIenv-iron- nement dans des formations géologiques. Il s'agit ici, - en particulier, du stockage définitif de déchets hautement radioactifs vitrifiés, à stocker dans des forages profonds de formations salines. Les déchets hautement radioactifs vitrifiés n'ont jusqutic! pas été déposés dans des stockages définitifs Les emballages connus jusqu'ici, da&r. lesquels seraient chargés des déchets vitrifiés hauzement radioactifs (coquilles) n'assurent aucune fonction de barrière ou d'isolement à long terme dans un stockage définitif. Les conceptions connues jusqu'ici des barrières qui sont constituées d'une protection extérieure contre la corrosion, présentent les inconvénients suivants: La couche protectrice contre la corrosion n'est pas appliquée géométriquement sur le récipient en acier qui doit assurer la fonction de support. De ce fait, le risque de destruction de la protection contre la corro- sion par dilatation thermique obligée et sous la contrainte de la pression extérieure par convergence des forages de stockage définitifs n'est en principe pas exclu. Ce risque se présente en particulier aux endroits creux, comme dans les transitions entre le couvercle et le fond par rapport à l'enveloppe du récipient. Dans ce type de mise en place de la protection contre la corrosion, sous la forme d'une couche protectrice, il est nécessaire d'opérer avec un passage de gaz protecteur pour la racine de la soudure afin d'obtenir, au point de vue de la qualité de résis- tance à la corrosion, un résultat à peu près aussi bon qu'avec une protection contre la corrosion qui ne serait pas soudée. Au point de vue de la qualité, il n'est pas toutefois possible de garantir un passage suffisant de gaz sur la racine de la soudure. Les exigences d'une protection la plus étroite possible sur le récipient intérieur en acier et, d'autre part, d'un passage de gaz précis sur la racine du cordon de soudure sont contradictoires. Dans un empilage de tels récipients dans un trou de forage, il se produit des problèmes de corrosion avec fissures, car la protec- tion contre la corrosion i de l'un des récipients entre en contact direct avec la protection contre la corrosion du récipient qui le surmontes La mise en place d'un contour de prise ne permet pas d'empiler l'emballage de façon convenable pour la charge. L'introduction d'un contour de-prise sur la protection contre la corrosion représente un point faible au point de vue de la sé- curité contre la corrosion d'un emballage. La fixation d'un tel emballage dans un récipient de transport o le couvercle et le fond de l'emballage forment en même temps le couvercle et le fond d'un récipient de blindage, n'est pas possible sans qu'il s'exerce une influence défavorable sur la protection contre la corrosion. L'invention a pour objet de réaliser un emballage de protection contre la corrosion de longue durée du type décrit en commençant qui évite les inconvénients mentionnés ci-dessus, et qui garantisse que les matières radioactives seront enfermées hermétiquement pendant une durée prolongée. A cet effet, l'invention propose un emballage de protection contre la corrosion du type mentionné ci-dessus, caractérisé en ce que la couche de protection contre la corrosion entoure complètement le récipient, et que, sur la couche, dans la zone des surfaces frontales du couvercle et du fond, il est posé chaque fois une plaque de fond ou de couvercle faite d'une autre matière que la couche de protection contre la corrosion et présente un diamètre un peu plus grand que celui du corps de base du récipient en forme de cylindre creux. D'autres modes de réalisation avantageux de l'invention ressortent de la description ci-après. Enfin, l'invention propose un procédé de fa- brication avantageux d'un tel emballage de protection contre la corrosion qui comporte les étapes d'opérations qui sont décrites plus loin. Le mode de réalisation de l'em- ballage ou de l'enveloppement de protection contre la corrosion satisfait aux exigences relatives à la sta- bilité mécanique, thermique et chimique d'une façon optimale pour un stockage définitif dans des forages profonds pratiqués dans des formations salines. Les défauts des emballages de conception connue jusqu'ici sont -évités avantageuse- ment par les points suivants: application sur toutes les faces épousant les formes d'un élément résistant à la corrosion, par exemple un alliage de titane- palladium, par placage par explosion sur l'extérieur. Il n'est pas rencontré alors les exigences contradic- toires telles que le passage soigneux d'un gaz protec- teur sur la racine du cordon de soudure, et lapplica- tion la plus étroite possible de la protection contre la corrosion sur le corps de base. Une qualité maximum de la surface de la fermeture de l'emballage peut être obtenue au moyen d'une soudure sous vide par faisceau d'électrons suivie de l'application d'un cordon d'apprêt (cosméti- que) qui s'y raccorde placé à l'extérieur. La suppression de l'utilisation de gaz étrangers, ainsi que la qualité maximum de la surface du cordon de soudure augmentent d'une façon importante la sécurité contre la corrosion. Les fermetures du fond et du couvercle de l'emballage sont identiques et peuvent, en conséquence, être fabriqués avec les mêmes paramètres pour la soudure. Le cordon de soudure de fermeture du fond qui est encore accessible après la soudure peut, en conséquence, être un témoin de la qualité certaine du cordon de soudure de fermeture du couvercle soudé dans les conditions des cellules chaudes. Grâce au fait que les plaques de fond et de couvercle soudées ont un diamètre un peu plus grand que le fond et le couvercle eux-mêmes en acier de construction avec, sur une face, une protection contre la corrosion appliquée par placage par explosion par exemple en alliage titane/palladium comme mentionné, il est possible d'empiler les récipients dans un forage de stockage définitif sans problèmes de corrosion avec fissures, ni pointer de tension qui se formeraient sur le revêtement anti-corrosion. Du fait que les plaques de fond et de couvercle en acier de construction sont soudées avec sur une face une protection contre la corrosion plaquée par exemplosion, il devient possible de fixer l'emballage dans un récipient de transport sans aucune influence sur la protection contre la corrosion. L'emballage constitue ici, en même temps, le couvercle et le fond d'un récipient de transport. Du fait que le contour de prise est noyée il est possible d'empiler les emballages, d'une façon avantageuse vis à vis des contraintes, dans un forage de stockage définitif. D'atres particularités de l'in- vention ressortent de la description ci-après faite avec référence aux dessins dans lesquels: - la figure 1 montre, en coupe, l'emballage de protection contre la corrosion dans une représentation de principe, - la figure 2 montre le détail A de la figure 1 qui se présente identiquement pour l'ob- turation du fond ainsi que du couvercle. La coquille 1 avec son contenu radioactif est introduite dans le corps de base 2 du récipient, creux, cylindrique, qui est fermé en bas par ltobturateur de fond 4 et en haut par le couvercle 3. Il est formé, par ces parties, un récipient. Les obturateurs 3 et 4 sont vissés par des filetages 9 et 10 dans le corps de base 2. L'obturateur 3 supérieur est formé par le couvercle 5 et d. la plaque de couvercle 6, lobtura- teur inférieur 4 est formé par le fond 7 et par la plaque de fond 8, ces plaques de fond 8 et de couvercle 6, présentent un diamètre un plus grand que le fond 7 et le couvercle 5. Par suite, il est formé un bord qui dépasse légèrement. Le couvercle 5 et la plaque de couvercle 6 ainsi que le fond 7 et la plaque de fond 8 sont reliés d'une façon particulière, comme le montre la figure 2. Les corps de base 2, couvercle 5, plaque de couvercle 6, fond 7 et plaque de fond 8 sont faits d'acier à grain fin. Il est ménagé dans la plaque de couvercle 6, un contour 11 pour permettre la prise, dans le corps de base 2. Il est disposé, autour de la coquille 1, une t8le de centrage et d'évacuation de la chaleur, pour améliorer le transfert de la chaleur de la coquille à la paroi du récipient. Le contour 11 sert à soulever l'emballage à l'aide d'un grappin, connu. Sur le corps de base 2, il est appliqué, sur sa face extérieure, une couche,-plaquée par explosion 13, d'un alliage titane/palladium comme barrière contre la corrosion, qui présente, dans la direction de la plaque de fond 8 vers le bas, et de couvercle 6 vers le haut, un dépassement 14, ou un bord dont la largeur correspond à peu près à l'épaisseur de la couche. Ce dépassement 14 sert aussi de centrage pour les obturations 3 et 4 du couvercle et du fond quand on les met en place. Le fond 7, ainsi que le couvercle , sont également plaqués par explosion sur une face avec l'alliage de titane/palladiumi Les couches formées 15 et 16 sont à peu près de la même épaisseur que la couche 13. Ils dépassent un peu au delà du bord du fond 7 et du couvercle 5, et correspondent, par leur diamètre extérieur, au diamètre intérieur de la couche 13. Quand l'assemblage est terminé, ils arrivent par leur surface frontale 17, en arrière du dépassemnt 14 de la couche 7520 extérieure 13. D'autres couches 18 et 19, plaquées par explosion de titane/palladium, sont posées sur la face intérieure de la plaque de fond 5 et de la plaque de couvercle 6. Comme le montre la figure 2 pour la couche 18 de la plaque de fond 8, le rayon de cette couche 18 est toutefois plus grand que l'épais- seur de la couche 15 du fond 7. Le dépassement 20 formé se trouve, quand l'obturation 4, 3 est mise en place, à côté des dépassements 14 de la couche extérieure 13, et ferme en s'alignant avec elle vers l'extérieur. Les relations dans l'obturation du fond 4 et dans l'obturation du couvercle 3 sont identiques, c'est-à- dire que les couches et la soudure, qui sera décrite plus loin, sont identiques. La plaque de fond 8 et le fond 7, ou la plaque de couvercle 6 et le couvercle 5 sont soudées ensemble avant d'être vissées sur le corps de base 2. A cet effet, elles sont posées l'une contre l'autre, les couches plaquées 15 et 18 et 16 et 19 étant posées l'une sur l'autre. La fente de séparation 21 formée est fermée par soudure à partir de la circon- férence ou de la surface frontale 17, avec un cordon de soudure 22 de matière de placage,-qui est produit par soudure avec unfaisceau d'électrons, et qui peut avoir une profondeur de 15 mm. Quand, ensuite, on visse les obturations 4 et 3 sur le corps de base 2, la couche 13 chevauche, par le dépassement 14, les deux couches , 18 soudées ensembI, et forme encore un joint 23 entre les dépassements 14 et 20. Ce joint 23 est également fermé au moyen d'un cordon circulaire ou d'un cordon "cosmétique" 24, de sorte que le couvercle 5, le fond 7 et le corps de base 2 sont enveloppés complètement par une couche plaquée par explosion d'alliage de titane/ palladium et qu'il se trouve, sur cette couche sous le fond 7, ou sur le couvercle 5, des parties en acier normal comme la plaque de fond 8 et la plaque de couvercle 6. La couche de protection contre la corrosion 13, 15, 16, 18, 19 entoure complètement le récipient 2, 3, 4, et sur la couche 15, 18 ou 16, 19, dans la zone des surfaces frontales du couvercle et du fond, il est posé chaque fois une plaque de fond ou de couvercle 8, 6, faite d'une autre matière que la couche de protection contre la corrosion et présente un diamè- tre un peu plus grand que celui du corps de base 2 du récipient en forme de cylindre creux. Les plaques 8, 6 de fond et de couvercle sont constituées du même acier à grains fins que le corps du récipient 2, le fond 7 et le cou- vercle 5. Les couches de protection contre la corrosion 13, 15, 16, 18, 19 sont- plaquées par explosion sur les faces extérieures des corps de base 2 du récipient, du fond 7 et du couvercle 5, ainsi que sur la face intérieure des plaques de fond et de couvercle 8, 6. Les joints de séparations 21 des couches de protection 15, 18 ou 16, 19 du couvercle et de la plaque de couvercle 6, ou du fond 7 et de la plaque de fond 8 sont soudés ensemble radialement, de l'extérieur ou de la circonférence. Les couches plaquées par explosion 18, 19 des plaques de fond et de couvercle 8, 6 présentent un diamètre plus grand que les couches 15, 16 du fond 7 et du couvercle 5 eux-mêmes, que la couche 13, plaquée par explosion, du corps de base 2 du récipient, présente par rapport à eux un bord 14 dépassant, qui dépasse la couche 15, 16, dont le diamètre est plus petit, du fond 7 ou du couvercle 5 et est soudé de l'extérieur ou de la circonférence, sur l'emplacement du contact avec la couche 18, 19 dont le diamètre est plus grand, sur la plaque de fond, ou de couvercle 8, 6. Un procédé de fabrication pour la production de cet emballage de protection contre la corrosion comporte les étapes d'opérations suivantes: a) placage par explosion de la surface du corps de base 2 du récipientainsi que la surface frontale extérieure du couvercle 5 et du fond 7, avec une couche de matières inhibant la corrosion telles que, par exemple, un alliage titane/palladium, b) placage par explosion de la surface frontale intérieure des plaques de fond et de couvercle 8, 6, avec une couche 18, 19 de la même matires, c) réunion du fond 7 et la plaque de fond 8s et du couvercle 5 et de la plaque de couvercle 62 en posant l'une sur lautre les faces frontales portant les couches de placage par explosion 15 et 18, et 18 et 19, et soudage radial du joint de séparation 21 à partir de la circonférence, d) vissage de l'obturation 4 formée du fond 7 et de la plaque de fond 8, du bas sur le corps de base 2 du récipient, e) soudage du bord extérieur 20 des deux-couches , 18 plaquées par explosion entre le fond 7 et la plaque de fond 8 avec le bord 14 dépassant sur la face inférieure de la couche 13 plaquée par explosion sur le corps de base 2, f) incorporation d'une t8le de centrage et dtéva- cuation de la chaleur 12 dans lVespace intérieur du corps de base 2, g) introduction du colis 1 avec son contenu hautement radioactif dans la tôle de centrage 12, h) vissage d2 l'obturateur 3 formé du couvercle et de la plaque de couvercle 6, par le haut, dans le corps de base 2 du récipient, i) soudage e bord des deux couches plaquées par explosion 16, 19 entre le couvercle 5 et la plaque de couvercle 6 avec le bord dépassant sur la face su- périeure de la couche 13 plaquée sur le corps de base 2. ?5320 1 1 REVENDICATIONS 1- Emballage de protection de longue durée contre la corrosion pour des colis fermés dont le contenu est hautement radioactif, tels que, par exemple. des coquilles en;acier contenant des déchets hautement radioactifs incorporés dans du verre, des éléments combustibles épuisés de réacteurs nucléaires ou des gaines, constitué par un corps métallique de base du récipient, à paroi épaisse en forme de cylin dre creux, un fond et un couvercle pour le précédent, ainsi que d'une couche de protection contre la corrosion spéciale appliquée sur eux, emballage caractérisé en ce que la couche de protection contre la corrosion (13, , 16, 18, 19) entoure complètement le récipient (2, 3, 4), et que, sur la couche (15, 18 ou 16, 19), dans la zone des surfaces frontales du couvercle et du fond, il est posé chaque fois une plaque de fond ou de couvercle (8, 6), faite d'une autre matière que la couche de protection contre la corrosion et présente un diamètre un diamètre un peu plus grand que celui du corps de base (2) du récipient en forme de cylindre-creux. 2- Emballage de protection suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les plaques (8, 6) de fond et de couvercle sont faites du même acier de construction à grain fin que le corps de base (2) du récipient, le fond (7) et le couvercle (5). 3- Emballage de protection suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la couche de protection contre la corrosion (13, 15, 16, 18, 19) est plaquée par explosion sur la face extérieure du corps de base (2) du récipient, du fond (7) et du couvercle (5) de même que sur la face intérieure des plaques de fond et de couvercle (8, 6). 4- Emballage de protection suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de protection contre la corrosion (13, 15, 16, 18, 19), est faite d'un alliage Ti/Pd. 5- Emballage de protection suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les joints de séparation (21) des couches de protectiDn (15, 18, ou 16, 19) du couvercle (5) et de la plaque de couvercle (6), ou du fond (7) et de la pI-age de fond (8) sont soudés ensemble radialement, de l'extérieur ou de la circonférence. 6- Emballage de protection suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le.s couches plaquées par explosion (18, 19) des plaques de fond et de couvercle (8, 6) présentent un diamètre plus grand que les couches (15, 16) du fond 7) et du couvercle (5) eum-m4mes, que la couche {13), plaquées par explosion, du corps de base (2) du ré-clpient, présente par rapport à eux un bord (14) dépassant:, qui dépasse la couche (15, 16), dont le diamètre est plus petit, du fond (7) ou du couvercle-553 et est sioudé de l'extérieur ou de la circonférence, à l'emplacement de contact avec la couche (1.8, 19) dont le diamètre est plus grand, sur la plaque de fond, ou de couvercle (8, 6). 7- Procédé pour la fabrication d'un emballage de protection résistant à la corrosion pendant une longue durée suivant l'une.quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est exécuté dans les étapes d'opérations suivantes: a) placage par explosion de la surface du corps de base (2) du récipient, ainsi que la surface frontale extérieure du couvercle (5) et du fond (7),-avec une couche de matières inhibant la corrosion telles que-, par exemple, un alliage titane/palladium, b) placage par explosion de la surface frontale intérieure des plaques de fond et de couvercle (8, 6), avec une couche (18, 19) de la même matière, c) réunion du fond (7) et la plaque de fond (8), et du couvercle (5) et de la plaque de couvercle (6), en posant l'une sur l'autre les faces frontales portant les couches de placage par explosion (15 et 18, et, 18 et 19), et soudage radial du joint de séparation (21) à partir de la circonférence, d) vissage de l'obturation (4) formée du fond (7) et de la plaque de fond (8), du bas sur le corps de base (2) du récipient, e) soudage du bord extérieur (20) des deux couches (15, 18) plaquées par explosion entre le fond (7) et la plaque de fond (8) avec le bord (14) dépassant sur la face inférieure de la couche (13) plaquée par explosion sur le corps de base (2), f) incorporation d'une tôle de centrage et d'éva- cuation de la chaleur (12) dans l'espace intérieur du corps de base (2), g) introduction du colis (1) avec son contenu hautement radioactif dans la tôle de centrage (12), h) vissage de l'obturateur (3) formé du couvercle (5) et de la plaque de couvercle (6), par le heut, dans le corps de base (2> du récipient, i) soudage du bord des deux couches plaquées par explosion (16, 19) entre le couvercle (5) et la plaque de couvercle (6) avec le bord dépassant sur la face supérieure de la couche (13) plaquée sur le corps de base (2).