Brevet FR2698715A1 — publié le 19940603

L'invention concerne un procédé de traitement d'éléments activés par irradiation en vue de leur élimina- tion et en particulier de chemises d'éléments combustibles d'un réacteur nucléaire du type graphite-gaz. Les réacteurs nucléaires du type graphite-gaz qui sont modérés par du graphite et refroidis par du gaz carbonique comportent des éléments combustibles disposés dans des chemises en graphite de forme tubulaire compor- tant à l'une de leurs extrémités des fils en acier inoxy- dable implantés dans l'épaisseur de la chemise en graphite et perpendiculaires entre eux. Les fils en acier inoxydable, appelés fils de selle, sont destinés à maintenir, dans la partie centrale de la chemise, une pièce en graphite appelée selle. Après un certain temps d'utilisation à l'inté- rieur du coeur du réacteur nucléaire, les chemises d'élé- ments combustibles doivent être éliminées et remplacées. Du fait de leur séjour dans le coeur du réacteur nucléaire, les chemises sont activées, de sorte qu'il est nécessaire de prendre certaines précautions pour effectuer leur élimination. En effet, si le graphite des chemises est activé modérément, il n'en va pas de même de l'acier inoxydable constituant les fils qui présente une très forte activité du fait de la nature de ses constituants. Il est donc souhaitable, afin de réaliser l'éli- mination des chemises pour éléments combustibles dans des conditions satisfaisantes, de réaliser une séparation du graphite et des fils d'acier inoxydable, de manière à réaliser le stockage et l'élimination séparés des deux constituants des chemises pour éléments combustibles. Un des facteurs permettant de faciliter la séparation du graphite et des fils en acier inoxydable est que l'acier inoxydable des fils est un acier magnétique et que le graphite est amagnétique. On ne connaissait cependant pas jusqu'ici de procédé et de dispositif permettant de réaliser de manière automatique et efficace, le traitement de telles chemises pour éléments combustibles, en vue de leur élimination. De manière plus générale, on ne connaissait pas de procédé et de dispositif permettant de réaliser le traitement et l'élimination d'éléments activés comportant deux constituants présentant des caractéristiques magnéti- ques sensiblement différentes et des taux d'activation également différents. Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de traitement d'éléments activés par irradiation en vue de leur élimination, les éléments activés compor- tant deux constituants pré-sentant des caractéristiques magnétiques différentes, l'un des constituants ou premier constituant présentant une forte activité et l'autre constituant, ou second constituant, présentant une acti- vité sensiblement inférieure, ce procédé permettant de réaliser de manière efficace et totalement automatique, la séparation et le stockage séparés des deux constituants des éléments activés. Dans ce but on réalise le broyage des éléments activés pour obtenir des fragments unitaires constitués chacun principalement du premier ou du second constituant, on sépare et on dirige par des moyens magnéti- ques, les fragments constitués principalement par le premier constituant vers un premier poste de décharge et de stockage, et les fragments constitués principalement par le second constituant vers un moyen de manutention continu, on réalise une détection par mesure de radio- activité, de fragments constitués principalement de premier constituant, sur le moyen de manutention continu, on évacue vers un second poste de décharge et de stockage, les fragments déposés sur le moyen de manu- tention continu si 1 'on ne détecte pas de fragment du premier constituant sur le moyen de manutention continu et vers le premier poste de décharge et de stockage si au moins un fragment du premier constituant est détecté sur le moyen de manutention continu. L'invention concerne également un dispositif de traitement d'éléments activés par irradiation, en vue de leur élimination, comportant un broyeur, des moyens d'évacuation de produit sous forme divisée à la sortie du broyeur, un séparateur magnétique ayant une partie d'entrée communiquant avec les moyens d'évacuation du broyeur pour son alimentation et deux voies de sortie de produit sous forme divisée, un premier moyen de stockage dans lequel débouche une première voie de sortie du séparateur, un moyen de manutention continu à deux sens de circulation comportant une première extrémité disposée en- dessous de la seconde voie de sortie du séparateur et au- dessus du premier moyen de stockage, un détecteur de radio-activité disposé à proximité du moyen de manutention continu, et un second moyen de stockage et d'évacuation disposé en-dessous d'une seconde extrémité du moyen de manutention continu pour recevoir les produits divisés déversés par le moyen de manutention continu dans un premier sens de circulation. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un exemple de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention et le dispositif correspondant. La figure 1 est une vue générale en élévation et en coupe d'un dispositif permettant de réaliser le traite- ment par broyage des chemises pour éléments combustibles d'un réacteur nucléaire du type graphite-gaz, et sépara- tion de leurs deux constituants. Les figures 2 A, 2 B et 2 C sont des vues en éléva- tion et en coupe d'un poste de décharge et de conditionne- ment du dispositif représenté sur la figure 1, au cours de phases successives de décharge et de conditionnement de fragments radio-actifs. Sur la figure 1, on voit l'ensemble de l'instal- lation permettant de réaliser le broyage et l'élimination séparés des constituants de chemises d'éléments combusti- bles d'un réacteur nucléaire graphite-gaz, l'installation étant désignée de manière générale par le repère 1. L'installation 1 comporte une trémie d'alimenta- tion 2 dont l'extrémité de sortie est placée au-dessus d'un transporteur 3 ayant un parcours incliné. Des chemises d'éléments combustibles 4 en gra- phite renfermant des fils en acier inoxydable sont déver- sées dans la trémie 2 qui assure l'alimentation de l'ex- trémité d'entrée du transporteur 3 dont l'extrémité de sortie communique avec une goulotte 5 d'alimentation d'un broyeur à couteaux 6. Les éléments combustibles 4 parviennent dans la goulotte 5 qui assure une alimentation régulière du broyeur à couteaux 6 comportant deux cylindres 7 tournant en sens inverse et garnis de couteaux de broyage. Le broyeur 6 réalise la séparation des chemises 4 en fragments qui sont constitués soit de morceaux de graphite d'une dimension de quelques dizaines de millimè- tres, soit de fragments déchiquetés des fils en acier inoxydable. A la sortie du broyeur 6, une goulotte de récep- tion 8 reçoit un mélange hétérogène de fragments consti- tués soit de morceaux de graphite broyés soit de tronçons de fils en acier inoxydable La goulotte 8 assure l'éva- cuation du mélange de fragments hétérogènes sur un trans- porteur 10 du même type que 3 dont la sortie se trouve au- dessus de l'ouverture d'entrée d'un séparateur magnétique à deux étages 12. Le séparateur 12 comporte un étage supérieur 12 a et un étage inférieure 12 b équipés de moyens de séparation magnétiques constitués par des ensembles à courroies et rouleaux magnétiques respectivement 13 a et 13 b à haute intensité du type comportant des aimants permanents à terres rares et qui seront désignés par la suite comme rouleaux magnétiques 13 a et 13 b. Chacun des étages de séparateur 12 a et 12 b comporte deux sorties, respectivement 15 a et 16 a et 15 b et 16 b. Les sorties 15 a et 15 b, appelées premières sorties, sont destinées à recevoir principalement le premier constituant qui est le constituant magnétique, c'est-à-dire dans le cas des chemises d'éléments combusti- bles, le fil d'acier inoxydable. Les secondes sorties 16 a et 16 b sont destinées à recevoir principalement le second constituant non magné- tique, c'est-à-dire le graphite, dans le cas des chemises pour éléments combustibles. Chacune des sorties 15 a, 16 a, 15 b, 16 b peut être équipée de moyens de fermeture commandés à distance. Lorsque le mélange hétérogène déversé par le transporteur 10 dans l'ouverture d'entrée du séparateur 12 arrive au contact du rouleau magnétique 13 a, le premier constituant magnétique, c'est-à-dire les fils inox, sont retenus et entraînés par le rouleau 13 a qui assure leur déversement dans la trémie de la sortie 15 a de l'étage de séparation 12 a Les fragments constitués principalement de graphite se déversent sans être déviés par le rouleau 13 a dans la seconde sortie 16 a. Les fils inox déversés dans la trémie de la sortie 15 a pénètrent dans l'étage 12 b du séparateur pour se déverser directement dans la première sortie 15 b de l'étage 12 b. Le mélange constitué principalement de graphite qui se déverse sur le second rouleau magnétique 13 b subit une séparation, les fils en acier inox pouvant subsister en mélange avec des morceaux de graphite étant retenus et transportés par le rouleau magnétique 13 b pour être déver- sés dans la première sortie 15 b de l'étage 12 b. Les fragments parvenant à la première sortie 15 b de l'étage 12 b qui sont constitués principalement d'acier inoxydable sont déversés dans une trémie 18 comportant une vanne de fermeture 19. En-dessous de la vanne 19 est disposée une goulotte ou un conteneur de stockage 20, comme il sera expliqué plus loin en se référant aux figures 2 A, 2 B et 2 C. Il importe peu que quelques fragments de gra- phite soient encore présents en mélange avec les tronçons de fils inox, parvenant à la première sortie 15 b du séparateur, dans la mesure o ces fragments de graphite présentent une activité bien inférieure à celle de l'inox. Les conditions de conditionnement et d'élimination du fil inox peuvent permettre de traiter quelques fragments rési- duels de graphite. En revanche, le but de la séparation est d'obte- nir, à la seconde sortie 16 b du second étage 12 b du sépa- rateur, uniquement des morceaux de graphite qui consti- tuent la plus grande partie volumique des éléments traités en vue de leur élimination et qui présentent une activité faible ou modérée. La seconde sortie 16 b de l'étage de séparateur 12 b est disposée audessus de l'extrémité d'entrée d'un moyen de manutention continu 21 qui peut être constitué par exemple par un convoyeur à bande Le convoyeur à bande 21 présente des moyens de motorisation permettant de le faire fonctionner dans un sens de circulation ou dans l'autre, comme schématisé par les doubles flèches 22. L'extrémité d'entrée du convoyeur 21 est située au-dessus de la trémie 18 de réception du fil inoxydable. L'extrémité de sortie du convoyeur 21 se trouve placée à l'intérieur d'une trémie 24 comportant une vanne de fermeture 25 à sa partie inférieure permettant d'isoler la trémie 24 ou de la mettre en communication avec une goulotte de sortie ou un conteneur de conditionnement 26, comme il sera expliqué en regard des figures 2 A, 2 B et 2 C. Un détecteur de radio-activité 27 tel qu'un détecteur à scintillation est disposé au-dessus de la courroie du transporteur 21 Le détecteur 27 est réglé à un niveau de sensibilité tel qu'il permet de déceler tout tronçon de fil inox à l'intérieur des fragments de gra- phite transportés par le convoyeur 21 dans le premier sens de circulation du convoyeur allant de l'extrémité d'entrée en-dessous de la sortie 16 b du séparateur vers son extré- mité de sortie, à l'intérieur de la trémie 24. Le détecteur 27 est relié à une unité de com- mande 28 de la motorisation du convoyeur continu 21 et du transporteur d'entrée 3. Dans le cas o le détecteur 27 décèle la pré- sence d'au moins un fil en acier inoxydable dans les fragments de graphite transportés par le convoyeur 21, l'unité de commande 28 assure l'arrêt du convoyeur 21, la fermeture de la sortie 16 b du séparateur, puis la mise en fonctionnement du convoyeur continu 21 dans son second sens de circulation, allant de la trémie 24 vers la trémie 18. On effectue alors un rejet des fragments de graphite renfermant un ou plusieurs tronçons de fil inox dans la trémie 18 destinée à recevoir les tronçons de fils inox. Lorsque le détecteur 27 ne décèle plus un niveau de radio-activité important correspondant à la présence de fils inox, sur le moyen de manutention continu 21, celui- ci est mis en fonctionnement dans son premier sens de cir- culation allant de la sortie 16 b du séparateur vers la trémie 24, l'élément d'obturation de la sortie 16 b du séparateur étant placé en position d'ouverture. Dans le cas o le détecteur 27 décèle un niveau de radio-activité très élevé correspondant à une forte proportion de fils inox dans les particules de graphite transportées par le convoyeur 21, l'unité de commande 28 assure l'arrêt du transporteur 3 alimentant le broyeur. En effet, dans le cas o la proportion de fils inox est importante, on peut conclure à un fonctionnement défectueux du séparateur 12 et il est alors préférable d'arrêter l'ensemble de l'installation de broyage et de séparation. Le procédé et le dispositif suivant l'invention tels que décrits ci-dessus permettent donc de réaliser une séparation efficace et très sûre d'un premier constituant et d'un second constituant ayant des propriétés magnéti- ques et des niveaux d'activation différents, dans des éléments activés. Le fonctionnement du dispositif suivant l'inven- tion est totalement automatique et ne nécessite pas la présence d'opérateurs au voisinage de l'installation. En outre, les dispositifs de décharge des matériaux à la sortie de l'installation qui seront décrits en se référant aux figures 2 A, 2 B et 2 C permettent de réaliser la décharge, le conditionnement et l'élimination des fragments séparés par l'installation, sans contamina- tion du milieu ambiant et dans des conditions assurant une protection biologique efficace. Ces moyens sont particulièrement utiles en ce qui concerne l'évacuation des matériaux renfermant princi- paiement du fil inox par la première sortie de l'installa- tion comportant la goulotte 18, la vanne étanche de ferme- ture 19 et la goulotte ou le conteneur 20. La description du dispositif de vidange repré- senté sur les figures 2 A, 2 B et 2 C sera faite en référence aux éléments 18, 19 et 20 de la première sortie de l'ins- tallation 1 représentée sur la figure 1 Cependant, il est bien évident que la seconde sortie comportant la trémie 24, la vanne 25 et la goulotte ou conteneur 26 peut être réalisée de la façon décrite sur les figures 2 A, 2 B et 2 C. Comme il est visible sur les figures 2 A, 2 B et 2 C, la trémie de sortie 18 de l'installation comporte à sa partie inférieure une vanne 19 comprenant un corps de vanne 30 et un élément de fermeture coulissant 31. La partie inférieure du corps de vanne 30 pré- sente une ouverture 30 a au niveau de laquelle on peut venir placer un conteneur 20 fermé par un élément de fermeture étanche 32, comme représenté sur la figure 2 A. Le conteneur 20 destiné à recueillir les frag- ments fortement radio-actifs contenus dans la trémie 18 et constitués principalement par des tronçons de fils en acier inoxydable est un conteneur à haute intégrité présentant une forte épaisseur de paroi Le conteneur 20 peut être placé dans la position représentée sur la figure 2 A grâce à un chariot, non représenté, assurant son déplacement sur le sol 33, comme schématisé par la flèche 36. Comme il est visible sur la figure 2 B, un moyen de levage associé au chariot de support du conteneur 20 permet de lever le conteneur 20, de manière à introduire sa partie supérieure et l'élément de fermeture étanche 32, à l'intérieur de l'ouverture 30 a du corps de vanne 30, comme schématisé par la flèche 34. A la fin du déplacement vers le haut du conte- neur 20, les éléments 31 et 32 sont en contact l'un avec l'autre. Comme représenté sur la figure 2 C et schématisé par la flèche 35, on peut alors déplacer simultanément les deux éléments de fermeture 31 et 32, de manière à mettre en communication la trémie 18 et le conteneur 20 Les fragments radio-actifs contenus dans la trémie 18 se déversent à l'intérieur du conteneur 20 dont on assure le remplissage. On effectue alors le déplacement des éléments de fermeture 31 et 32 dans le sens inverse de la flèche 35 pour les replacer en position de fermeture de la trémie 18 et du conteneur 20. Le conteneur 20 peut alors être abaissé en posi- tion de transport, de manière à être évacué vers un site de stockage ou une usine de traitement. Il est bien évident que l'évacuation des parti- cules de graphite reçues dans la trémie 24 peut être réalisée en utilisant un conteneur, comme dans le cas des fragments de fils inoxydables. Cependant, du fait de la faible radio-activité des particules de graphite, il est possible également de déverser les particules de graphite par l'intermédiaire d'une goulotte dans un moyen de transport continu alimen- tant une unité d'élimination du graphite, telle qu'une unité d'incinération. L'ensemble de l'installation 1 représentée sur la figure 1 peut être placé dans une cellule maintenue en dépression grâce à un système de ventilation de type clas- sique qu'il n'est pas utile de décrire. De manière à fonctionner en continu et de manière automatique, l'installation peut comporter diffé- il rents moyens de détection et de commande En particulier, le broyeur 6 peut comporter des moyens de détection de niveau Ces moyens de détection peuvent être disposés au niveau du broyeur lui-même, afin d'assurer un contrôle de l'alimentation du broyeur par le transporteur 3 ou dans la goulotte de sortie, afin de permettre de régler le débit d'alimentation du séparateur magnétique. Il est bien évident que l'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit. C'est ainsi qu'on peut utiliser un broyeur dif- férent d'un broyeur à couteaux et un séparateur magnétique d'un type différent d'un séparateur à rouleaux à haute intensité à aimants permanents à base de terres rares. On peut utiliser tout type de détecteur de radio-activité pour assurer la détection de fils en acier inoxydable ou plus généralement d'un constituant à forte radio-activité sur le moyen de manutention continu. Enfin, le procédé et le dispositif de l'inven- tion peuvent être utilisés pour assurer un traitement d'éléments activés différents de chemises d'éléments combustibles d'un réacteur de type graphite-gaz Le procédé et le dispositif suivant l'invention peuvent être utilisés pour effectuer un traitement avant élimination de tout élément radio-actif comportant au moins deux consti- tuants ayant des caractéristiques magnétiques et des niveaux d'activité sensiblement différents. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement d'éléments activés ( 4) par irradiation en vue de leur élimination, les éléments activés comportant deux constituants présentant des caractéristiques magnétiques différentes, l'un des consti- tuants, ou premier constituant, présentant une forte acti- vité et l'autre constituant, ou second constituant, présentant une activité sensiblement inférieure, caracté- risé par le fait: qu'on réalise le broyage des éléments activés ( 4) pour obtenir des fragments unitaires constitués chacun principalement de premier ou de second constituant, qu'on sépare et qu'on dirige par des moyens magnétiques ( 12), les fragments constitués principalement par le premier constituant vers un premier poste de décharge et de conditionnement ( 18, 19, 20), et les frag- ments constitués principalement par le second constituant vers un moyen de manutention continu ( 21), qu'on réalise une détection par mesure de radio-activité, de fragments constitués principalement de premier constituant, sur le moyen de manutention continu ( 21), qu'on évacue vers un second poste de décharge et de stockage ( 24, 25, 26), les fragments déposés sur le moyen de manutention continu ( 21) si l'on ne détecte pas de fragment du premier constituant sur le moyen de manu- tention continu ( 21) et vers le premier poste de décharge et de conditionnement ( 18, 19, 20) si au moins un fragment du premier constituant est détecté sur le moyen de manu- tention continu ( 21). 2. Procédé suivant la revendication 1, caracté- risé par le fait que les éléments activés par irradiation sont des chemises d'éléments combustibles d'un réacteur du type graphite-gaz constituées par un élément tubulaire en graphite et par des fils d'acier inoxydable implantés dans l'élément en graphite et qu'on réalise le broyage des éléments tubulaires en graphite pour obtenir des morceaux de graphite et des tronçons de fils en acier inoxydable. 3. Procédé selon la revendication 2, caracté- risé par le fait que les tronçons de fils en acier inoxy- dable séparés des morceaux de graphite sont recueillis dans un conteneur ( 20) à haute intégrité. 4. Dispositif d'élimination d'éléments activés par irradiation caractérisé par le fait qu'il comporte un broyeur ( 6), des moyens d'évacuation ( 10) de produit sous forme divisée à la sortie du broyeur, un séparateur magnétique ayant une partie d'entrée communiquant avec les moyens d'évacuation ( 10) du broyeur ( 6) pour son alimentation et deux voies de sortie ( 15 b, 16 b) de produit sous forme divisée, un premier moyen de conditionnement ( 18, 19, ) dans lequel débouche une première voie de sortie ( 15 b) du séparateur, un moyen de manutention continu ( 21) à deux sens de circulation comportant une première extrémité disposée en-dessous de la seconde voie de sortie ( 16 b) du séparateur et au-dessus du premier moyen de conditionne- ment ( 18, 19, 20), un détecteur de radio-activité ( 27) disposé à proximité du moyen de manutention continu ( 21), et un second moyen de stockage et d'évacuation ( 24, 25, 26) disposé en-dessous d'une seconde extrémité du moyen de manutention continu ( 21) pour recevoir les pro- duits divisés déversés par le moyen de manutention continu ( 21) dans un premier sens de circulation. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que le broyeur ( 6) est un broyeur à couteaux. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé par le fait que le séparateur magnétique ( 12) est un séparateur à rouleaux à haute intensité comportant des aimants permanents à base de terres rares. 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que le séparateur magnétique ( 12) comporte deux étages de séparation ( 12 a, 12 b). 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé par le fait que le détecteur de radio-activité ( 27) est un détecteur à scintillation. 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé par le fait que l'un au moins du premier moyen de conditionnement ( 18, 19, 20) et du second moyen de conditionnement ( 24, 25, 26) comporte une trémie ( 18, 24), un corps de vanne ( 30) disposé sous l'ouverture de sortie de la trémie ( 18), un élément ( 31) de fermeture de la trémie ( 18), un conteneur de transport et de stockage ( 20) comportant un élément de fermeture étanche ( 32), des moyens de transport et de levage du conteneur ( 20) à l'intérieur d'une ouverture ( 30 a) du corps de vanne ( 30) et des moyens de déplacement par coulissement à l'intérieur du corps de vanne ( 30), des éléments de fermeture ( 31, 32) de la trémie ( 18) et du conteneur ( 20), de manière à isoler ou à mettre en commu- nication la trémie ( 18) et le conteneur ( 20) en position levée et engagée à l'intérieur de l'ouverture ( 30 a) du corps de vanne ( 30).