Brevet FR2638560A1 — publié le 19900504

Procédé et appareil pour uniformiser la concentration d'une solution contenant une matière nucléairé L'invention concerne un procédé et un appareil pour uniformiser la concentration d'une solution contenant des matières nucléaires telles que l'uranium, le plutonium, un mélange d'uranium et de plutonium ou analogues dans le domaine de l'énergie nucléaire. Dans les installations de fabrication de combustible et de retraitement dans le domaine de l'énergie nucléaire, des solutions contenant des matières nucléaires telles que l'uranium, le plutonium, une mélange d'uranium et de plutonium ou analogues sont obtenues et emmagasinées dans des réservoirs de solution par voie humide. La concentration de la solution récupérée par une telle voie humide est fortement variable en fonction de changements dans la quantité de matière première introduite dans le processus de récupération par voie humide et de changements dans les conditions opératoires. Par ailleurs, les matières nucléaires telles que l'uranium, le plutonium et analogues nécessitant des contrôles sévères du point de vue de la sécurité, il est nécessaire d'uniformiser la concentration d'une solution dans le réservoir de solution et de contrôler sévèrement la quantité totale de solution. Des procédés et des appareils connus pour uniformiser la concentration d'une solution contenant des matières nucléaires dans un réservoir de solution sont les suivants Dans un procédé et un appareil connus, de l'air comprimé est formé par un compresseur et soufflé dans une solution contenant des matières nucléaires de façon à agiter la solution. Dans un autre procédé, une pompe de circulation est prévue près d'un réservoir de solution et une portion interne d'une solution dans le réservoir est extraite et de nouveau retournée dans le réservoir de solution par la pompe de circulation. La solution circule par la continuation de cette opération sur une longue durée et est ainsi agitée de sorte que la concentration de la solution dans le réservoir de solution est rendue uniforme. Cependant, les procédés connus décrits ci-dessus conduisent aux problèmes suivants Le procédé d'agitation utilisant de l'air comprimé nécessitant de prévoir un compresseur et des canalisations d'air comprimé, l'équipement utilisé est compliqué et nécessite un grand espace. De plus, dans le procédé d'agitation utilisant de l'air comprimé, l'air comprimé s échappe après agitation de la solution. Du fait que le gaz d'échappement contient des contaminants, il en résulte un problème en ce qui concerne l'évacuation du gaz d'échappement et un problème du fait de la nécessité d'évacuer une grande quantité de gaz d'échappement. Par ailleurs, le procédé d'agitation qui utilise une pompe de circulation nécessitant de prévoir la pompe de circulation et un instrument de circulation, l'équipement utilisé est compliqué et nécessite donc un grand espace, ce qui constitue aussi un problème. Le but de l'invention est de fournir un procédé et un appa reil pour uniformiser la concentration d'une solution contenant des matières nucléaires ntentrainant aucun des problèmes ci-dessus, ayant une structure simple et impliquant un équipement de petite taille nécessitant un petit espace, et pour lequel l'évacuation de gaz d'échappement constitue une charge réduite. A cet effet, l'invention prévoit d'agiter une solution en y appliquant des ondes ultrasonores. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-après et des dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue en perspective schématique d'un mode de réalisation de la présente invention la figure 2 est une vue en coupe schématique d'un autre mode de réalisation, une partie étant omise la figure 3 est une vue en coupe schématique d'un autre mode de réalisation, une partie étant omise ; et la figure 4 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un appareil expérimental. Dans le mode de réalisation montré à la figure 1, une solution contenant des matières nucléaires est agitée directement en utilisant un vibreur ultrasonore. Un réservoir de solution 1 est utilisé pour recevoir une solution 2 telle qu'une solution d'uranium, de plutonium, d'uranium-plutonium ou analogue qui est obtenue dans un procédé par voie humide et qui contient des matières nucléaires, le réservoir de solution 1 étant isolé et disposé dans une cellule 3 (ou une boite à gants). Le réservoir de solution 1 a ici une paroi périphérique externe 4 et une paroi périphérique interne 5, l'intérieur de la paroi périphérique interne 5 au centre étant creux. De cette façon, la solution I est sous forme annulaire de sorte que la concentration de la solution dans le réservoir de solution 1 est rendue aussi uniforme que possible. Sur la surface intérieure de la paroi périphique externe 4 du réservoir de solution 1 est prévu un élément de montage de vibreur 6 pour monter le vibreur 8 décrit ci-après pour produire des ondes ultrasonores. Un trou de montage 7 est formé dans l'élément de montage de vibreur 6 de sorte que le vibreur 8 est inséré dans le trou de montage 7 et immergé dans la solution. Le vibreur 8 est raccordé à un oscillateur ultrasonore 10, qui est disposé de façon isolée à l'extérieur de la cellule 3, par l'intermédiaire d'un câble 9. Un trou de câble 11 est formé dans la cellule 3, qui est traversé par le câble 9 pour raccorder le vibreur 8 et l'oscillateur ultrasonore 10 et qui est obturé au moyen d'un joint 12. Bien que la structure selon ce mode de réalisation comporte un vibreur 8 qui est vibré par un oscillateur ultrasonore 10, la présente invention n'est pas limitée à une telle réalisation. Par exemple, une multiplicité de vibreurs peuvent être raccordés à un oscillateur ultrasonore unique et tous immergés dans un même réservoir de solution. Alternativement, une multiplicité de vibreurs peuvent être immergés dans une multiplicité de réservoirs de solution. Une multiplicité de vibreurs peuvent être actionnés simultanément par un oscillateur ultrasonore unique, ou un commutateur-inverseur peut être prévu dans le câble pour permet tre la sélection d'un vibreur à faire vibrer. Le premier mode de réalisation selon la configuration décrite ci-dessus présente les fonctions suivantes Le vibreur 8 est actionné par l'oscillateur ultrasonore 10 de façon à fournir à la solution 2 contenant des matières nucléaires dans le réservoir de solution 1 des vibrations ultrasonores et pour agiter la solution 2, ce qui permet d'uniformiser sa concentration. Ce mode de réalisation autorise la disposition de l'oscillateur ultrasonore 10 hors de la cellule 3, c > est-à-dire hors de la région contaminée, seul le vibreur 8 de petite taille étant disposé à l'intérieur de la cellule, c'est-à-dire de la région contaminée, et le vibreur 8 étant facilement extrait de l'élément de montage de vibreur 6. La maintenance est donc facile. La figure 2 montre un autre mode de réalisation de la présente invention. Un vibreur est ici fixé à la paroi périphérique externe ou à la paroi périphérique interne d'un réservoir de solution 1 de façon à fournir à une solution contenant des matières nucléaires des vibrations ultrasonores par le vibreur par l'intermédiaire de la paroi périphérique externe ou de la paroi périphérique interne, agitant ainsi la solution. A la figure 2, les mêmes numéros de référence sont utilisés qu'à la figure 1 pour désigner les mêmes composants. Comme montré à la figure 2, le vibreur 8 est disposé sur la surface extérieure de la paroi périphérique externe 4 du réservoir de solution 1 de sorte que les vibrations ultrasonores du vibreur 8 sont transmises à la solution 2 contenant des matières nucléaires par l'intermédiaire de la paroi périphérique externe 4, agitant ainsi la solution 2. Le vibreur 8 peut aussi être disposé à l'extérieur de la paroi périphérique interne 5. Dans ce mode de réalisation, le vibreur 8 n'étant pas immergé dans la solution 2, la durée de vie du vibreur est accrue et sa contamination radioactive est évitée, ce qui constitue des avantages. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 3, le vibreur 8 n'est pas immergé directement dans la solution, mais inséré dans un manchon protecteur et immergé indirectement dans la solution. A la figure 3, les mêmes numéros de référence qu'à la figure 1 désignent les mêmes composants. Un manchon protecteur 14 et l'élément de montage de vibreur 6 sont disposés dans le réservoir de solution 1. Le manchon protecteur 14 est immergé dans la solution 2 contenant des matières nucléaires et contient un milieu 15 transmettant les vibrations tel que de la glycérine. Le vibreur 8 est monté sur l'élément de montage de vibreur 6 est inséré dans le manchon protecteur 14 de façon à être immergé dans le milieu 15 transmettant les vibrations dans le manchon protecteur 14. Le troisième mode de réalisation a également l'avantage d'allonger la durée de vie du vibreur 8 du fait que le vibreur 8 n'est pas immergé directement dans la solution contenant des matières nucléaires de la même façon que dans le second mode de réalisation. Les second et troisième modes de réalisation mentionnés ci-dessus peuvent être modifiés comme décrit ci-après de la même façon que le premier mode de réalisation. Bien que la structure de chacun de ces modes de réalisation comporte un vibreur unique 8 qu'on fait vibrer en utilisant un oscillateur ultrasonore unique 10, la présente invention n'est pas limitée à ces modes de réalisation. Par exemple, une multiplicité de vibreurs peuvent être raccordés à un oscillateur ultrasonore unique et tous immergés dans un réservoir de solution unique. Alternativement, une multiplicité de vibreurs peuvent être immergés dans une multiplicité de réservoirs de solution. Une multiplicité de vibreurs peuvent être actionnés simultanément en utilisant un oscillateur ultrasonore unique, ou un commutateur-inverseur peut être disposé sur le câble de façon à pouvoir sélectionner un vibreur à mettre en oscillation. Des expériences ont été effectuées sur les effets de l'agitation de la solution en utilisation des vibrations ultrasonores, selon la configuration de la présente invention décrite plus haut. Les résultats des expériences sont donnés ci-après. Comme montré à la figure 4, dans les expériences, un récipient 16 contenant une solution aqueuse d'acide nitrique concentré a été préparé, et la solution a été agitée par application d'ondes ultrasonores à celle-ci à partir d'un vibreur 8a. La distribution de concentration dans le récipient 16 a été mesurée à des instants prédéterminés. Les tests ont été réalisés selon la procédure opératoire suivante (1) 495 ml de solution concentrée d'acide nitrique (densité 1,38) ont été placés dans le récipient 16. (2) 1505 ml d'eau ont ensuite été placés dans le récipient 16. Dans ce cas, l'eau a été introduite lentement de façon à éviter autant que possible le mélange avec l'acide nitrique (volume total résultant de la solution : 2000 ml). (3) Avant agitation, des échantillons de la solution ont été prélevés à des niveaux d'eau donnés du récipient 16 (à la figure 4, vannes 17 aux niveaux A à E et surface de l'eau F) et soumis à des mesures de concentration d'acide nitrique. (4) L'agitation a été effectuée pendant des durées déterminées (1, 2, 3, 5, 10 et 15 minutes) par ondes ultrasonores. (5) Après agitation par ondes ultrasonores, des échantillons de la solution ont de nouveau été prélevés aux niveaux d'eau donnés du récipient puis soumis à titrage par neutralisation en utilisant un appareil de titrage potentiométrique (non représenté) dans le but de déterminer la concentration (N) d'acide nitrique. Les données obtenues par ces expériences sont reproduites dans le tableau ci-dessous. Comme on peut le voir d'après le tableau, les expériences montrent les effets suivants. (1) La concentration peut être rendue uniforme par agitation pendant une durée courte même s'il existe de grandes différences entre les masses spécifiques des solutions agitées. (2) L'agitation pendant une courte durée provoque une réduc tion de l'élévation de température de la solution. (3) L'agitation produit un très bas niveau de suspension dans la solution et une solution transparente immédiatement après l'arrêt de l'agitation, n'exigeant pratiquement pas de temps de repos pour la solution. Comme décrit plus haut, il ressort des résultats des expériences effectuées par les Inventeurs que les vibrations ultrasonores de la présente invention ont un excellent effet d'agitation de la solution. La présente invention telle que décrite ci-dessus dans sa configuration et ses fonctions fournit les effets suivants : Dans la présente invention, la solution contenant des matières nucléaires est agitée par application d'ondes ultrasonores à celle-ci de sorte que la concentration de la solution est rendue uniforme. I1 n'y a donc pas besoin d'équipements à grande échelle tels que le compresseur et les canalisations d'air comprimé utilisés dans l'agitation à l'air connue ou l'équipement de pompe de circulation utilisé pour l'agitation par pompe. L'oscillateur ultrasonore et le vibreur ont une structure simple et demandent peu de place. De plus, il n'y a pas production de contaminants radioactifs secondaires tels que le gaz d'échappement dans le cas où on utilise de façon connue de l'air comprimé, ce qui permet une réduction du coût de fonctionnement. Tableau : résultats d'expériences d'agitation ultrasonore utilisant de l'acide nitrique. A B C D E F Avant aviation 12,64 1,71 1,47 0,93 0,88 0,74 1 minute après 10,33 1,87 2,80 1,85 2,83 2,81 2 minutes après 2,59 2,94 2,97 2,93 2,94 2,91 3 minutes après 3,38 3,38 3,38 3,38 2,67 3,48 5 minutes après 3,35 3,35 3,41 3,41 3,41 3,41 10 minutes après ~ 34,3 3,41 3,41 3,41 3,403,41 3 a 15 minutes après 3,39 3,41 3,41 3,41 3 41 3 3,41 - Valeur théorique : 3,41 Unité : N (normal). Revendications 1. Procédé pour uniformiser la concentration d'une solution contenant des matières nucléaires, caractérisé en ce qu'on fournit à une solution contenant des matières nucléaires des vibrations ultrasonores de façon à agiter ladite solution en utilisant lesdites vibrations ultrasonores, grâce à quoi la concentration de ladite solution est rendue uniforme. 2. Procédé pour uniformiser la concentration d'une solution contenant des matières nucléaires, caractérisé en ce qu'on fournit à une solution contenant des matières nucléaires des vibrations ultrasonores par un vibreur ultrasonore de façon à agiter ladite solution par lesdites vibrations ultrasonores, un oscillateur pour mettre ledit vibreur ultranonore en oscillation étant isolé et disposé en une position séparée dudit vibreur de sorte que la concentration de ladite solution peut être rendue uniforme sans que le vibreur soit contaminé par lesdites matières nucléaires. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'une multiplicité de vibreurs sont prévus pour être mis en oscillation par un oscillateur unique. 4. Appareil pour uniformiser la concentration d'une solution contenant des matières nucléaires, comprenant un réservoir de solution (1) pour recevoir une solution (2) contenant des matières nucléaires, un vibreur (8) qui fournit à la solution dans le réservoir de solution des vibrations ultrasonores et un oscillateur (10) pour mettre le vibreur en oscillation, ladite solution étant agitée par le vibreur ultrasonore de sorte que la concentration de ladite solution est rendue uniforme. 5. Appareil pour uniformiser la concentration d'une solution contenant des matières nucléaires, comprenant un réservoir de solution (1) pour recevoir une solution (2) contenant des matières nucléaires, un vibreur (8) qui fournit à la solution dans le réservoir de solution des vibrations ultrasonores et un oscillateur (10) qui est isolé et disposé en une position séparée du vibreur de façon à mettre le vibreur en oscillation de sorte que la concentration de la solution peut être rendue uniforme en agitant la solution à l'aide du vibreur ultrasonore sans que l'oscillateur soit contaminé par la solution. 6. Appareil selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'une multiplicité de vibreurs et un oscillateur unique pour mettre en oscillation ces vibreurs sont prévus, de sorte que la multiplicité de vibreurs sont mis en oscillation par l'oscillateur unique. 7. Appareil selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'un vibreur (8) est immergé dans une solution (2) contenant des matières nucléaires de façon à fournir directement à celle-ci des vibrations ultrasonores. 8. Appareil selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'un vibreur (8) est prévu sur la paroi périphérique (4, 5) du réservoir de solution dans lequel la solution contenant des matières nucléaires est reçue, de façon à fournir directement des vibrations ultrasonores à cette solution. 9. Appareil selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'un manchon protecteur (14) dans lequel est reçu un milieu (15) transmettant les vibrations est immergé dans une solution (2) contenant des matières nucléaires, un vibreur (8) étant inséré dans ledit manchon protecteur.