Brevet FR2640800A1 — publié le 19900622

Récipient de stockage final de déchets hautement ra- dio-actifs dégageant de la chaleur ". La présente invention concerne un récipient de stockage final de déchets hautement radio-actifs dégageant de la chaleur, par exemple de produits de fission radioactifs vitrifiés remplissant des coquil- les, ou des résidus du retraitement, adapté aux opéra- tions de scellement et de tassement par compression isostatique à chaud (HIP), et comportant un récipient métallique interne de réception des déchets, avec un récipient externe à paroi épaisse également métallique entourant le récipient interne et une garniture de préférence métallique, récipient présentant les carac- téristiques supplémentaires suivantes: a) le récipient externe à paroi épaisse est constitué d'un corps de base en forme de pot avec un couver- cle amovible et susceptible d'être Conté sur celui- ci, qui présente, b) un collet pénétrant à l'intérieur du récipient, L'invention concerne, en général, l'enrobage total, compact et sans espace creux, de déchets radio- actifs ou de corps moulés céramiques avec des maté- riaux métalliques, avec tassement simultané du maté- riau enrobé pour diminuer sa porosité. Pour cet usage, on connaît un bidon en cuivre massif à parois relati- vement épaisses, destiné à recevoir des barreaux de combustible usagés, les espaces vides existant autour des barreaux et dans le bidon étant remplis de poudre de cuivre. Ce dispositif est équipé d'un couvercle muni d'un collet et le bidon est placé dans un réci- pient à parois épaisses. Le récipient ainsi équipé est ensuite soumis à une compression isostatique à chaud (HIP),d'o il résulte par suite de la pression très élevée, une liaison par frittage du couvercle avec le récipient. Il s'est cependant avéré que, lors du pro- cessus de tassement, le couvercle peut se bosseler trop fortement et peut se rompre. Ce phénomène est consécutif à la présence inévitable d'espaces vides, qui peuvent conduire à une déformation trop importan- te. Le but de la présente invention est donc d'améliorer cet état de la technique et de proposer un récipient de stockage final qui reste intact ou étan- che après traitement, même après avoir été soumis à une forte pression lors du procédé HIP. Pour résoudre ce problème, la présente invention propose un récipient de stockage final de déchets hautement radioactifs du type susmentionné, caractérisé en ce que: c) le collet est plus long que la différence de lon- gueur existant entre les faces supérieures des récipients interne et externe, d) le bord externe du couvercle porte un soufflet fixé de manière étanche au gaz, et renfermant ou recouvrant au moins en partie le collet, e) l'extrémité du soufflet dirigée vers le récipient est soudée de manière étanche au gaz, sur le corps de base à paroi épaisse, par exemple en intercalant un anneau, f) le soufflet est en matériau métallique et est peu stable ou facile à déformer axialement tout en pré- sentant une résistance radiale élevée, g) on peut mettre sous vide au moyen d'un tube l'in- térieur de soufflet, ou l'intérieur du récipient relié à celui-ci par l'intermédiaire de la fente existant entre le couvercle ou le collet dans le corps de récipient. L'invention concerne tout particulièrement un récipient pour la réception d'une coquille compor- tant une tête de saisie à contre dépouille caractérisé en ce que: h) une pièce de garniture métallique dont le diamètre correspond approximativement au diamètre interne du récipient et dont la forme correspond à celle de l'espace vide de la contre dépouille de la tête de saisie est logée dans ce dernier, i) la pièce de garniture est découpée transversalement pour permettre sa mise en place dans la contre- dépouille. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention: h) la pièce de garniture remplit la totalité de l'es- pace vide compris entre les surfaces du récipient interne et la surface interne du collet du couver- cle. Une telle configuration, conforme à l'inven- tion, du couvercle du récipient permet d'éviter de manière sûre toute perte d'étanchéité malgré des pos- sibilités de déformation relativement importantes, étant donné que le soufflet peut absorber une partie importante de la déformation. Les espaces vides exis- tant à l'intérieur du récipient peuvent aussi être avantageusement réduits au minimum. Il subsiste néan- moins toujours un espace vide résiduel, qu'il est né- cessaire de remplir lors de la déformation. Pour sou- tirer l'air inclus dans le récipient, il est prévu un tube à vide, qui permet de faire préalablement le vide dans la partie interne de celui-ci. D'autres particularités de la présente in- vention seront expliquées plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 représente les éléments constitutifs du récipient externe à parois épaisses; - la figure 2 représente les éléments d'une coquille destinée à être insérée dans le récipient ex- terne, et - la figure 3 représente les récipients in- terne et externe au début du processus de compression isostatique à chaud. Le dispositif représenté sur les figures 1 à 3 est soumis pour son scellement aux étapes de procédé suivantes: 1. On remplit la coquille 1, qui est par exemple en acier chrome-nickel, de déchets 2, par exemple de produits de fission vitrifiés hautement radio- actifs ayant été traités dans un laboratoire de haute activité. 2. On soude le couvercle 3 de la coquille avec un dispositif de soudage auxiliaire. 3. On fait le vide dans la coquille 1 à environ 10-2 à 10-6 mbar.l.sec au moyen d'un tube à vide qui n'est pas représenté et on le soude. 4. On décontamine la coquille i soudée et on la transfère dans une cellule de conditionnement. 5. On place la coquille dans un récipient externe 4 en acier de construction à parois épaisses (rap- port du diamètre externe au diamètre interne k 1,28) tel que représenté sur la figure 1. 6. On place un couvercle 5 épais en même matériau sur le récipient 4 et on le soude par un cordon de soudure étanche dont la nature à l'intérieur de ce récipient sera décrite ci-dessous plus en détails. 7. On fait le vide au moyen du tube à vide 6. 8. On place le récipient rempli 4 avec son couvercle soudé 5 dans une installation de compression isos- tatique à chaud (HIP), o on lui fait subir un ré- chauffement. 9. On effectue un traiement HIP du récipient 4 repré- senté sur la figure 3 à environ 850-1000' et sous une pression extérieure, 10. d'environ 100 MPa, avec un temps de maintien d'une heure; il s'y produit les étapes suivantes: - Recuit de l'acier, - Soudure par diffusion du couvercle épais 5 ainsi que du trou de soutirage dans le tube 6, Amélioration de la structure de l'acier en ce qui concerne les retassures, - Suppression des espaces vides mis sous vide et ré- duits au minimum par des pièces d'équilibrage ou du matériau de remplissage, - Sortie du récipient de l'installation HIP pour usa- ge ultérieur. Selon la figure 1, le récipient externe 4 à paroi épaisse est constitué de la partie externe cy- lindrique à paroi épaisse 7, d'un fond 8 et d'un cou- vercle 5. Pour abaisser au maximum les espaces creux à l'intérieur du récipient, le fond 8 présente, sur sa face interne, un contour 9 identique à celui du réci- pient interne - dans l'exemple: une coquille 1. Le couvercle 5 comporte un collet 10 muni d'une surface interne 20 adaptée au couvercle 3 de la coquille ainsi que d'un bord supérieur 11 en saillie par rapport à celuici. Le collet peut, pour guider son chemin de compression vers le récipient, être de forme légère- ment conique. La longueur du collet doit être supé- rieure à la différence existant entre les dimensions de la face supérieure 12 du récipient et la face supé- rieure 13 du récipient interne ou de la coquille sou- dée 1. Sur le collet 10 est serti un soufflet mé- tallique 14 faisant office de membrane d'étanchéité, dont une extrémité est soudée de manière étanche au gaz sur le bord 11, tandis que l'autre extrémité peut être soudée également de manière étanche au gaz sur un anneau 15 qui, à son tour, est soudé de manière étanche sur la face supérieure 12 du récipient. Le soufflet 14 peut cependant également être soudé direc- tement sur la face supérieure 12. Par le terme "soufflet", il faut entendre un élément à élasticité longitudinale qui allie une résistance radiale élevée et une aptitudie aisée à la déformation axiale ou lon- gitudinale. A l'état complètement déformé, les diffé- rents plis doivent s'appliquer les uns sur les autres, de manière jointive pour réduire au maximum les espa- ces creux internes. A l'état soudé, le collier 10 pénètre un peu à l'intérieur du récipient externe 7, de préférence jusqu'à s'appliquer contre la face supérieure 13 de la coquille 1 ou de son couvercle 3 (figure 3). La coquille 12 possède normalement une tête de saisie 16 à contre-dépouille, en arrière de laquel- le est formé un espace creux 17. Une pièce de garnitu- re métallique 18 découpée transversalement dont la forme extérieure correspond à la forme de l'espace creux 17 est insérée dans ce dernier. Cette pièce est découpée en sens transversal pour permettre son inser- tion dans la contre-dépouille. Selon la figure 3, le récipient externe 4 rempli et scellé de manière étanche, muni de son dis- positif de couvercle de configuration particulière est soumis au procédé HIP décrit en 9. Le tassement se produit alors en deux pha- ses: Dans la première phase, les espaces vides incontrolables, qui s'élèvent de 5 à 10 % sont tassés, c'est-à-dire que le couvercle muni du collet 10 se dé- place, et que le soufflet 14 est déformé. Dans la deuxième phase, la totalité de la capsule est tassée. Lorsque la géométrie s'adapte de manière optimale, la face supérieure du couvercle se scelle avec la face supérieure du corps de base du récipient. Le soufflet est alors comprimé de façon telle que ses plis indivi- duels s'appliquent les uns sur les autres, de façon jointive, c'est-àdire que la capsule et le soufflet forment, comme déja avant la déformation, une unité fermée compacte. 2640800eo REVENDICATIONS 1) Récipient de stockage final de déchets hautement radio-actifs dégageant de la chaleur, par exemple de produits de fission radioactifs vitrifiés remplissant des coquilles, ou de résidus du retraite- ment, adapté aux opérations de scellement et de tasse- ment par compression isostatique à chaud (HIP), et comportant un récipient métallique interne de récep- tion des déchets, un récipient externe à paroi épaisse également métalliqu entourant le récipient interne et une garniture de préférence métallique, récipient pré- sentant les caractéristiques supplémentaires suivantes: a) le récipient externe à paroi épaisse (4) est cons- titué d'un corps de base en forme de pot (7) avec un couvercle (5) amovible et susceptible d'être monté sur celui-ci, qui présente, b) un collet (10) pénétrant à l'intérieur du réci- pient, récipient caractérisé par les caractéristiques supplé- mentaires suivantes: c) le collet (10) est plus long que la différence de longueur existant entre les faces supérieures (12, 13) des récipients interne et externe, d) le bord externe (11) du couvercle (5) porte un soufflet (14) fixé de manière étanche au gaz, et renfermant ou recouvrant au moins en partie le collet (10), e) l'extrémité du soufflet (14) dirigée vers le réci- pient (4, 7) est soudée de manière étanche au gaz, sur le corps de base à paroi épaisse (7), par exem- ple en intercalant un anneau (15), f) le soufflet (14) est en matériau métallique et est peu stable ou facile à déformer axialement tout en présentant une résistance radiale élevée, g) on peut mettre sous vide au moyen d'un tube (6) l'intérieur de soufflet (14), ou l'intérieur du ré- cipient relié à celui-ci par l'intermédiaire de la fente existant entre le couvercle (5) ou le collet (10) dans le corps de récipient. 2 ) Récipient selon la revendication 1, pour la réception d'une coquille comportant une tête de saisie à contre-dépouille, caractérisé en ce que: h) une pièce de garniture métallique (18) dont le dia- mètre correspond approximativement au diamètre in- terne du récipient et dont la forme correspond à celle de l'espace vide (17) de la contre dépouille de la tête de saisie (16) est logée dans ce der- nier, i) la pièce de garniture (18) est découpée transversa- lement pour permettre sa mise en place dans la con- tre-dépouille. 3*) Récipient selon la revendication 2, ca- ractérisé en ce que: j) la pièce de garniture (18) remplit la totalité de l'espace vide (17) compris entre les surfaces du récipient interne et la surface interne (2) du col- let (10) du couvercle.