Brevet FR2620560A1 — publié le 19890317

APPAREIL DE TRAITEMENT PAR DECOMPOSITION THERMIQUE DE DECHETS RADIOACTIFS La présente invention concerne un appareil en vue d'un traitement par décomposition thermique de déchets radioactifs engendrés dans une usine de retrai- tement de combustible nucléaire et dans une centrale nucléaire, appareil permettant de récupérer un solide radioactif stabilisé de volume réduit sous la forme d'un résidu par décomposition, évaporation et extrac- tion de composés de sodium contenus dans les déchets radioactifs. Les déchets liquides à teneur élevée engen- drés à partir d'une usine de retraitement de combusti- ble nucléaire contiennent des composés du sodium, des produits de fission nucléaire, des actinides, des pro- duits de corrosion, et analogues. Ces déchets liquides à teneur élevée sont généralement traités en les chauf- fant dans un réchauffeur pour évaporer les composants liquides et pour obtenir une matière sèche, en ajoutant ensuite et en mélangeant un agent de formation de verre et en chauffant et en mélangeant le mélange pour former un produit vitrifié. Afin de traiter des déchets liquides à teneur moyenne ou faible, un traitement par solidification en utilisant un agent de formation de matière plastique et un agent de formation de bitume a été mis en pra- tique. Selon les techniques de traitement par soli- dification décrites ci-dessus, différents agents de formation qui ne sont pas radioactifs sont ajoutés aux déchets radioactifs initiaux et ceci se traduit par un inconvénient sérieux selon lequel la quantité du produit finalement traité augmente. Il existe une limite à la quantité de sodium qui peut être contenue dans un verre afin de former un produit vitrifié de propriétés excellentes. Par conséquent, lorsque des déchets liquides à teneur élevée sont soumis au traitement par solidification, ils ne peu- vent pas être convertis facilement en un rroduit vi- trifié stable. En vue d'une plus grande zstabilisation, une plus grande quantité de l'agent de formation de verre doit être ajoutée, ce qui entraîne l'inconvénient d'un accroissement de la quantité de déchets. De plus, une fois que le produit solidifié est formé en ajoutant l'agent de formation, il devient extrêmement difficile d'extraire des éléments utiles contenus dans celui-ci ultérieurement et une utilisation efficace de ressources ne peut pas être effectuée. Pour les raisons décrites ci-dessus, une technique en vue de réduire considérablement le volume des déchets radioactifs et une technique en vue de con- vertir des déchets radioactifs en un solide stable sans ajouter différents agents de formation ont été recherchées sérieusement. C'est par conséquent un des buts de la pré- sente invention de proposer un appareil pouvant con- vertir des déchets radioactifs fondus contenant un composé du sodium en un solide radioactif stabilisé ne contenant pas de sodium et de volume remarquablement réduit. Un autre but de la présente invention est de proposer un appareil en vue d'un traitement par décom- position thermique de déchets radioactifs fondus, qui exige moins d'énergie pour le traitement, peut être rendu compact et peut fonctionner de façon sûre et fiable. Conformément à la présente invention, on propose un appareil en vue d'un traitement par décom- position thermique de déchets radioactifs, comportant un récipient en vue de recevoir une masse fondue de déchets radioactifs contenant un composé du sodium, une paire d'électrodes venant en contact de la masse fondue, et une source d'énergie en vue d'appliquer une tension entre les électrodes tout en changeant la polarité à des intervalles de plusieurs dizaines de se- condes. Dans un tel appareil, la masse fondue peut être chauffée dans le récipient par effet Joule qui est provoqué par un courant électrique circulant di- rectement à travers la masse fondue de sorte que le composé du sodium contenu dans les déchets radioactifs peut être décomposé, évaporé et extrait pour récupérer un solide radioactif stabilisé sous la forme d'un rési- du dans le récipient. Lorsque des déchets radioactifs contenant un composé du sodium sont chauffés et fondus en les chauffant avec un réchauffeur externe quelconque ou analogue, il devient possible d'appliquer directement l'énergie à la masse fondue et de chauffer la masse fondue par effet Joule provoqué à l'intérieur. En d'autres termes, la masse fondue peut être chauffée efficacement par effet Joule qui est provoqué à l'in- térieur de la masse fondue en appliquant une tension prédéterminée entre les électrodes qui sont en contact de la masse fondue de façon à faire circuler un courant électrique prédéterminé à travers la masse fondue. Grâce à ce chauffage, le composé du sodium contenu dans la masse fondue des déchets est décomposé et vapo- risé et le produit solidifié radioactif peut être récu- péré sous la forme d'un résidu dans le'récipient. En modifiant la polarité de la tension appli- quée entre les électrodes à des intervalles de plusieurs dizaines de secondes, des influences contraires dues à un gaz ou analogue ou adhérant à la surf:ce de l'ano- de et provoquant une panne de l'anode peuvent être éli- minées et un traitement par décomposition thermique de la masse fondue peut être mis en pratique continue- ment et efficacement. Le résidu radioactif ainsi obtenu consiste principalement en oxydesmais ne contient pas de compo- sé du sodium. Par conséquent, le résidu est dans un état stable. Ceci signifie que le résidu peut être tem- porairement stocké car il est ou peut être rejeté sous la forme d'une matière traitée finale après mise en oeuvre d'un autre traitement de stabilisation. La présente invention peut être appliquée à la décomposition thermique de déchets contenant du sodium y compris non seulement des déchets liquides à teneur élevée engendrés à partir d'une usine de retrai- tement pour un combustible nucléaire usé mais également des déchets liquides à teneur moyenne et faible engen- drés par différentes centrales nucléaires. La Figure 1 est une vue explicative représen- tant un mode de réalisation d'un appareil en vue d'un traitement par décomposition thermique de déchets ra- dioactifs selon la présente invention; et La Figure 2 est une vue explicative repré- sentant un autre mode de réalisation de la présente invention. 2620560 La Figure 1 représente un mode de réalisation d'un appareil en vue d'un traitement par décomposition thermique de déchets radioactifs selon la présente in- vention. Cet appareil comprend un récipient 12 destiné à recevoir une masse fondue 10 de déchets radioactifs contenant un composé du sodium, deux électrodes 14 in- troduites dans le récipient depuis le dessus de manière à venir en contact avec la masse fondue 10, et une source d'énergie 16 en vue d'appliquer une tension prédéterminée entre les électrodes 14. Le récipient 12 destiné à recevoir la masse fondue 10 est réalisé en un métal tel qu'en un acier inoxydable ou en fer ou en céramique tel que de l'alu- mine ou du carbure de silicium, et sa périphérie et son fond sont entourés par un élément d'isolation thermique 18. Un couvercle 20 est placé sur la partie supérieure du récipient 12. Un orifice d'amenée 22 de matière première et un orifice de sortie 24 de gaz d'échappe- ment sont pratiqués dans le couvercle 20. L'électrode 14 est réalisée en platine, en carbure de silicium, en fer, en Hastelloy, en graphite, ou analogue, par exemple, et est disposée à l'intérieur du récipient 12 en traversant le couvercle 20. La source d'énergie 16 est réalisée de façon à pouvoir appliquer une tension de 10 à 30 V entre les électrodes 14 tout en changeant de polarité à des in- tervalles de plusieurs dizaines de secondes (par exemple secondes) et peut fournir un courant électrique de 2 à 5 A. Bien que l'opération en vue de modifier la polarité de la tension soit schématiquement représentée par un interrupteur sur la Figure 1, l'opération de changement est commandée automatiquement en application pratique. 2620560u Les déchets liquides à teneur élevée conte- nant du nitrate de sodium et analogue, par exemple, sont tout d'abord chauffés à l'aide d'un organe de chauffage distinct en utilisant une source de chaleur telle que des micro-ondes, de l'électricité, de la vapeur ou analogue, et sont convertis en une matière sèche comprenant du nitrate de sodium, des produits de fission nucléaire, des actinides, des prc.its de cor- rosion,etc. après évaporation du constituant liquide. Cette matière sèche est délivrée par l'orifice d'amenée 22 de matière première dans le récipient 12. Le point de fusion du nitrate de sodium est 308 C et il est fondu à l'aide d'un système de chauffa- ge externe quelconque, traditionnellement bien connu, tel que, par exemple, un dispositif de chauffage à résistance 25. Ensuite, la tension de 10 à 30 V dont la polarité est modifiée environ toutes les 30 secondes tel que décrit ci-dessus est appliquée entre les élec- trodes 14 depuis la source d'énergie 16 pour faire circuler un courant de 2 à 5 A à travers la masse fon- due, de sorte que de la chaleur par effet Joule et dé- veloppée directement dans la masse fondue. Ainsi, le composé du sodium dans la masse fondue est décomposé et vaporisé, et ensuite délivré à un système de traite- ment de gaz d'échappement externe à partir de l'orifice de sortie 24 des gaz d'échappement. Par conséquent, un solide radioactif stable subsiste sous la forme d'un résidu à l'intérieur du récipient 12. Lorsque la polarité de la tension appliquée entre les électrodes 14 est changée à des intervalles de plusieurs dizaines de secondes par la source d'éner- gie 16 telle que dans la présente invention, les in- fluences dûes à un gaz ou analogue adhérant sur la sur- face de l'anode et provoquant une panne de celle-ci ( phénomène par lequel la circulation du courant est interrompue) peuvent être éliminées et le traitement par décomposition thermique peut être effectué conti- nuement et efficacement. La source d'énergie 16 peut être un dispositif engendrant un courant alternatif dont la rilarité change environ deux fois par minute. Le résidu radioactif prélevé du récipient 12 après une décomposition, évaporation et extraction du composé de sodium n'a aucune teneur en sodium et, puis- qu'il consiste principalement en oxydes, il est très stable. Ainsi, le résidu peut être traité afin de sé- parer des éléments utiles contenus dans celui-ci ou peut être momentanément stocké jusqu'à ce que ce trai- tement soit effectué. Si nécessaire, le résidu peut être converti en une matière de rejet finale grâce à un autre traitement de stabilisation. Pour décomposer 1 Kg de nitrate de sodium grâce à l'utilisation de l'appareil de la présente invention, par exemple, il est seulement nécessaire de faire circuler un courant d'environ 1000 A pendant en- viron une heure et le coût du traitement est bien plus faible qu'avec d'autres appareils de traitement clas- siques. Conformément à la technique de l'art antérieur, lorsque 1,01 tonne de combustible nucléaire usé est retraitée, 1 à 3 m3 de déchets liquides contenant en- viron 80 Kg de matière solide sont engendrés et sont mélangés à un agent de formation de verre pour former à 130 e d'un produit vitrifié. Environ 40% des ma- tières solides radioactives consistent en oxyde de so- dium et les 60% restants consistent en produits de fis- sion nucléaire, actinides, produits de corrosion et analogues. Conformément à la présente invention, il est possible de décomposer, de vaporiser et d'extraire le composé du sodium et le rejet final est d'environ 50 Kg en poids et d'environ 15 een volume. Par conséquent, une réduction de volume remarquable peut être obtenue. La Figure 2 est une vue explicative montrant un autre mode de réalisation de l'appareil de traite- ment par décomposition thermique de la pr sente inven- tion. Puisque la structure de l'appareil est sensible- ment la même que celle du mode de réalisation représenté sur la Figure 1, des chiffres de référence identiques sont utilisés pour identifier des constituants identi- ques et leur explication sera omise. Ce mode de réalisation diffère du mode de réalisation représenté sur la Figure 1 en ce que le récipient 12 lui-même est réalisé en un matériau d'é- lectrode et est utilisé en tant qu'une des électrodes, une électrode 14 est introduite dans le centre de la masse fondue 10 et la source d'énergie 16 est connectée entre cette électrode 14 et le récipient 12. La réalisation telle que représentée sur la Figure 2 rend également possible de chauffer, décompo- ser, évaporer et extraire le composé de sodium dans les déchets radioactifs et de récupérer la matière solide radioactive stabilisée sous la forme d'un résidu de la même manière que dans le mode de réalisation qui pré- cède tel que représenté sur la Figure 1. Puisque la présente invention a trait à un appareil de traitement par décomposition thermique é- quipé d'un récipient en vue de recevoir une masse fon- due de déchets radioactifs, des électrodes venant en contact de la masse fondue et une source d'énergie en vue d'appliquer une tension entre les électrodes tout en changeant la polarité à des intervalles de plusieurs dizaines de secondes comme décrit ci-dessus, l'appareil peut chauffer directement la masse fondue de déchets radioactifs par chaleur par effet Joule provoqué dans celle-ci et peut décomposer, vaporiser et extraire le composé de sodium contenu dans les déchets. En consé- quence, l'appareil de l'invention procure les effets excellents que la matière solide radioactive consistant principalement en oxydes stables peut être récupérée sous la forme d'un résidu, et la réduction de volume remarquable et la stabilisation du rejet final sont obtenues. En outre, l'appareil de la présente invention peut décomposer et extraire le composé de sodium avec moins d'énergie thermique, peut rendre l'appareil de traitement compact, et peut effectuer continuement et efficacement la décomposition thermique du composé de sodium du fait que la polarité de la tension appliquée est changée à des intervalles de plusieurs dizaines de secondes. Le résidu radioactif qui est obtenu par l'uti- lisation de l'appareil de la présente invention peut être préservé sans ajouter un agent de formation de verre et analogue, de sorte que des éléments utiles contenus à l'intérieur peuvent être récupérés facile- ment. Par conséquent, la présente invention est extra- mement efficace en vue d'utiliser efficacement les res- sources. Bien que la présente invention ait été décrite en référence à des modes de réalisation préférés de cel- le-ci, de nombreuses modifications et changements peu- vent être apportés sans s'écarter de la portée des revendications annexées. R E V E N D I C AT I ON S 1. Appareil en vue d'un traitement par décompo- sition thermique de déchets radioactifs, caractérisé en ce qu'il comporte un récipient (12) en vuede recevoir une masse fondue (10) de déchets radioactifs contenant un composé du sodium, deux électrodes (14) venant en contact de ladite masse fondue, et une source d'énergie (16) en vue d'appliquer une tension entre lesdites élec- trodes tout en changeant la polarité à des intervalles de plusieurs dizaines de secondes, de sorte que ladite masse fondue peut être chauffée dans ledit récipient par effet Joule qui est provoqué par le courant élec- trique circulant directement à travers ladite masse fondue de sorte que le composé du sodium contenu dans lesdits déchets radioactifs peut être décomposé, vapo- risé et extrait pour récupérer une matière solide ra- dioactive stabilisée sous la forme d'un résidu dans ledit récipient. 2. Appareil selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que lesdites électrodes (14) comportent deux électrodes introduites dans la masse fondue reçue dans ledit récipient. 3. Appareil selon la revendication 1, caractéri- sé en ce qu'une de ladite paire d'électrodes constitue ledit récipient (12) réalisé en un matériau d'électrode et l'autre de ladite paire d'électrodes constitue une électrode introduite dans le centre de la masse fondue reçue dans ledit récipient. 4. Appareil selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que ladite source d'énergie (16) change la polarité de la tension à appliquer environ toutes les secondes.