Brevet FR2729783A1 — publié le 19960726

La présente invention concerne un matériau transparent de blindage contre les neutrons utilisé notamment dans les boites à gants pour manipuler le combustible plutonium obtenu par retraitement dc combustible nucléaire épuisé provenant d'une centrale nucléaire. De meme que l'uranium, le plutonium émet dcs rayons a et des rayons y et produit des neutrons lorsqu'il se désintègre. En même temps, du fait dc la désintégration, il apparaît pendant le traitement des nucléides dc filiation qui émettent aussi des rayons ss et des rayons . La période de 239 Pu est de 2,4x104 ans, celle de 240 pu est de 6.6x103 ans et celle dc 241 Pu est dc 14 ans. Ceci signifie que la période du plutonium est plus courte que celle de 238 U qui est égale à 4,5x109 ans et que celle de 235U qui est égale à 7x108 ans. De ce fait, la radioactivité spécifique du plutonium est supérieure d'environ 105 fois à celle dc l'uranium. Cependant, le plutonium est très toxique et, comte tenu dc ses effets sur le corps humain, sa concentration de radioactivité admissible est environ 30 fois plus faible que celle de l'uranium. Ainsi, par rapport aux installations dc production dc combustible uranium, des conditions iccrictives résultant des caractéristiques du plutonium sont imposées au traitement du combustible plutonium et aux installations associes. Ces conditions restrictives sont dues par exemple au fait que (1) la radioactivité spécifique a est extrettiement élevée, aussi qu'on l'a noté ci-dessus et (2) que l'intensité des rayons &gamma; et des émissions de neutrons sont très élevées. Ceci signifie qu'il est nécessaire dc porter unc attention particulière à la manipulation du combustible plutonium. Concernant le point (1) note ci-dessus, il est nécessaire dc prendre en compte le coofiiniit du combustible plutonium dans une boîte à gants pour éviter une inhalation par les opérateurs.En d'autres termes, le procédé dc façonnage du plutonium doit être mis en oeuvre dans une boîte à gants totalement étanche et dans des conditions restrictives concemant l'entretien et l'inspection de l'appareillage et des outils utilisés dans le procédé de façomage. Dc ce kit, pour produire une pastille dc MOX (combustible à oxydes mixtes) pour une utilisation future, la simplification et l'automatisation du du de production sont plus nécessaires que dans le cas des installations de traitement de l'ulanium. Concemant le point (2) évoqué ci-dessus, le plutonium obtenu à partir dc combustible épuisé provenant d'un réacteur à eau ordinaire contient de grandes quantités de 240 Pu, 241 pu ct analogues, et la quantité dc rayons &gamma; émis par lui augmente également. De ce fait, pour réduire l'exposition des opérateurs il est nécessaire d'utiliser des blindages en plomb, en résines acryliques, ete. Le verre plombeux utilisé conventionnellement dans les panneaux pour boîtes à gants est destiné à former un blindage contre les rayons &gamma; ct est produit selon la nonne japonaise JIS R-3701. Ce verre plombeux présente par exemple la composition chimique suivante : 1% en masse de B, 25% en masse de 0,2% en masse de Na, 16% en masse de Si, 4% en masse de Ba et 51% en masse de Pb. Une plaque acrylique a déjà été utilisée également comme matériau transparent de blindage contre les neutrons. Unc tellc plaque acryliquc présente par exemple la composition chimique suivante : 8% en masse de H (conespondant à 0,0952 g(cm3), 60,0% en masse de O et 32,0% en masse dc C. En outre, une résine acrylique contenant du plomb a été utilisée pour former un blindage contre les rayons r et les neutrons. Unc tcllc résine aayliquc contcnant du plomb présente par exemple la composition chimique suivante :3,8% en masse de H, 43,8% en masse de C, 20,4% en masse de 0 et 30,0% en masse de Pb. Les propriétés d'une telle résine acrylique contenant du plomb sont quelque peu inférieures et sa fiabilité est inférieure à celle d'une résine acrylique ordinaire. L'intensité dc la source de radiatis décrite ciie-us dépend dc la composition isotopiquc du plutonium et l'intensité des isotopes d'ordre supérieur a tendance à augmenter progressivement. Dans les boîtes à gants conventionnelles utilisant du verre plombeux ou des matières plastiqucs, l'exposition des opérateurs est très élevée et des améliorations supplémentaires concernant le blindage des boîtes à gants sont nécessaires. En particulier, les lois existantes stipulent quc le débit de dose doit être inférieur à 1 mSv/semaine (inférieur à 20 Sv/h) dans les zones d'accès facile (10 cm de la surface de la boîte à gants).De ce fait, un matériau transparent de blindage contre les neutrons ayant une épaisseur égale à ccllc des résines aayliqucs conventionnelles, du plomb, des résines acryliques contenant du plomb conventiomclles, mais ayant dc plus grandes capacités dc blindage contre les neutrons est nécessaire pour l'application décrite ci-dessus. La présente invention a donc pour but dc fournir un matériau trans- parent dc blindage contre les neutrons capable dc l'exposition aux radiations lors des opérations de manipulation du combustible plutonium dans des boîtes à gants, qui présente une transparence élevée et qui peut être utilisé notamment pour une boîte à gants. La preste invention a aussi pour but dc fournir un matériau transparent dc blindage contre les neutrons capable dc réduire l'eoposrion aux radiations dans les opérations de manipulation du combustible plutonium dans des boîtes à gants qui a une transparence élevée et une grande résistance à l'usure superficielle et qui peut être utilisé notamment dans les boîtes à gants. Ainsi, un matériau transparent dc blindage contrc les neutrons selon un premier mode de réalisation de la présente invention comprend une plaque dc résine transparente constituée par un copolymère d'oléfine cyclique. De plus, un matériau transparent de blindage contre les neutrons selon un second mode de réalisation de la présente invention comprend une plaque dc résine transparente constituée par un copolymère d'oléfine cyclique et des couches de protection de la surface déposées sur les deux sufaces dc la plaque de résine transparente et ayant une résistance à l'usure supérieure à celle de la plaque de résine transparente. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère au dessin amusé, donné umquc ment à titre d'exemple, et dans lequel: la figure unique est un graphique montrant la relation entre l'épaisseur (en mm) de la plaque transparente de blindage contre les neutrons selon la invention et d'une plaque acrylique conventionnelle et le rapport ou taux d'amortissement des neutrons pour une source de radiation de 252 Cf. Le matériau transparent de blindage contre les neutrons selon le premier mode de réalisation de la présente invention est sous forme d'une plaquc de résine transparente constituée par un copolymère d'oléfine cyclique. Cette résine transente a une plus grande teneur en hydrogène, qui influe sur la capacité dc blindage contre les neutrons, qu'une résine acrylique conventionnelle et présente de ce fait une excellente capacité de blindage contre les neutrons. Par ailleurs, le copolymère d'oléfine cyclique a une structure alicyclique volumineuse au scin de son squelette principal, est amorphe, a une température de transition vitreuse (Tg) élevée et présente des propriétés de résine de polyoléfine et des propriétés de reine amorphe. Etant amorphe, le copolymère d'oléfine cyclique est incolore et transparent, présente d'excellentes propriétés optiques telles que la biréfringence, présente le plus faible coefficient de pénétration d'humidité parmi les résines transparentes, une faible capacité d'absorption d'eau mais une résistance à la vapeur, une résistance aux acides et aux bases et une résistance aux solvants polaires extrêmement élevées.De plus, la dépendance du module élastique en flexion vis-à-vis de la température est extrêmement faible, de serte qu'il conserve une rigidité élevée même aux hautes températures, présente un faible ait au moulage, un faible coefficient de dilatation linéaire, une excellente stabilité dimensionnelle et une excellente aptitudc au moulage, et peut être moulé par différents procédés de moulage tels que Ic moulage par injection, le moulage par injection-soufflage, le moulage par extrusion et le moulage sous vide. Un copolymère d'oléfine cyclique de ce type est décrit par exemple dans la publication de brevet japonais n 4-14 685 et est disponible dans le commerce sous la marque déposée "APL" (APL-6509, APL-6011, APL-6013 et APL-6015) auprès de la société Mitsui Petrochemical Industries, Ltd. Ainsi que cela a été décrit ci-dessus, la plaque de résine transparente constituée par le copolymère d'oléfine cyclique utilisé dans le premier mode de réalisation de la présente invention a une teneur cn hydrogène élevée, une excel- lente capacité de blindage contre les neutrons et une excellente aptitude au moulage.De ce fait, elle peut entre utilisée de manière appropriée comme matériau transparent dc blindage contre les neutrons pour une boîte à gain. Cependant, la plaque de résine constituée par le coooIyméte d'oléfine cyclique utilisée dans le premier mode de réalisation de la présente invention présente l'inconvénient que sa surface a une résistance à l'usure insuffisante de sorte qu'elle peut être détériorée lorsqu'elle est utilisée comme matériau transparent de blindage contre les neutrons. Cest pourquoi, le second mode de réalisation de la présente invention améliore la résistance à l'usure de la surface du matériau transparent de blindage contre les neutrons grâce à l'emploi d'une structure à trois couches dans laquelle la plaque de résine transparente constituée par Ic copolymère d'oléfine cyclique est utilisée comme matériau constituant l'âme, ct des couches de protection de la surface capables de con une plus grands résistance à l'usure à la surface de de plaque transparente sont déposées sur cette surface. Ces couches de protection de la surface peuvent etre déposées chacune par fixation d'un film sur la surface de la plaque de résine transparente. Its matériaux constituant les couches de protection de la surface nc sont pas limits d'une manière particulière à condition qu'ils aient une résistance à l'usure supérieure à celle de la plaque de résine transparente constituant l'âme et qu'ils aient une résistance aux radiations. ll peut s'agir par exemple dim film de résine acrylique tel qu'un film de résine de MMA (polyméthacrylate de méthyle) ou dim film de PET (polyéthylènetéréphtalate). L'épaisseur des couches de protection de la surface n'est pas limitée non plus d'une manière particulière et il est possible de choisir une épaisseur appropriée en fonction de l'application du matériau transpa rent de blindage contre les neutrons. Un adhésif peut entre utilisé pour la fixation desfinns. Exemple 1 Un copolymère d'oléfine cyclique ("APL-6509" : -Uit de la société Mitsui Petrochemical Industries) formant une plaque mesurant 1 000 mm x 1 000 mm x 10 mm a été utilisé comme matériau transparent de blindage contre les neutrons pour un panneau de boîtc à gants. Ce produit a la composition chimique suivante : 12% en masse de H (ce qui correspond à 0,1224 g/cm3) et 88% en masse de C. Les différentes propriétées du matériau transparent de blindage contre les neutrons étaient les suivantes: Propriétés mécaniques : Limite apparente d'élasticité (ASTM D638): 588,4x105 Pa (600 kg/cm2) Résistance à la rupture (ASTM D638): 441,3x105 Pa (450 kg/cm2) Allongement à la rupture (ASTM D638): 30% Module d'élasticité en flexion (ASTM 24 517x105 Pa D790: (25 000 kg/cm2) Résistance à la flexion (ASTM D 790): 931,7x105 Pa (950 kg/cm2) Résistance au choc Izod: avec entaille (ASIM D256): 3,5 kgcm/cm sans entaille (ASTM D265): 20 kgcm/cm Dureté Rockwell (ASTM D785): 120 (échelle R) Propriétés thermiques: Température de déformation thermique 18,2x105 Pa (ASTM D 648): (18,6 kg/cm2) 70 C 4,5x105 Pa (4,6 kg/cm2) 80 C Coefficient de dilatation thermique (ASTM D 649): longitudinal 7x10-5 transversal 6x10-5 Retrait au moulage: longitudinal 0,6% transversal 0,5% Propriétés optiques: transmission de la lumière (ASI-M 91 D1003:2 mm d'épaisseur) voile (ASTM D1003:2 mm d'épaisseur) 2 Capacité de blindage contre les neutrons: La capacité de blindage contre les neutrons a été examine pour le matériau transparent de blindage contre les neutrons selone la présente invention (APL-6509; teneur en hydrogène par unité de volume =0,1224 g/cm3) ct pour la plaque acrylique conventionnelle (teneur en hydrogène par unité de volume = 0,0952 g/cm3) Conditions de l'essai. Sounx dc radiation : 252 Cf Epaisseur du matériau de blindage : 10 mm Duree de la mesure: 30 min. Résultats: Rapport d'amortissement Produit selon l'invention 0,773 Plaque acrylique 0,841 Les résultats sont présentés sur le graphique de la figure 1. On comprendra d'après ce qui précède que, du fait que le matériau transparent de blindage contre les neutrons selon la présente invention a une teneur en hydrogène supérieure d'environ 30% à celle du matériau transparent de blindage contre les neutrons conventionnel constitué par une résine acrylique, il a également un rapport d'amortissement des neutrons supérieur d'environ 30% ct une plus grande capacité de blindage contre les neutrons. Exemple 2 Le matériau transparent de blindage contre les neutrons selon la présente invention (produit du deuxième mode de réalisation) qui présente une structure à trois couches a été obtenu en fixant des films de résine de MMA épais de 50 m sur les deux surfaces du matériau transparent de blindage contre les neutrons de l'exemple 1 en utilisant comme adhésif une résine de polyoléfine modifiée ("UNISTROL"; produit de la société Mitsui Petrochemical Industries) de manies à former des couches de protection de la surface. Un essai de résistance aux radiations et un essai de résistnée à l'usure de la surface ont été réalisés pour Ic produit du second mode dc réalisation. Essai de résistance aux radiations: Source de radiations: Tube pneumatique du réacteur JRR-2 de l'établissement de recherche Tokai de l'institut japonais de recherche sur l'énergie atomique vitesse maximum du flux de neutrons (n/cm2.s) 2,5x1012 flux maximum de neutrons thermiques (n/cm2s) 6,5x1013 rapport de rayons gamma 1x106 Résultats de l'essai: état des couches de protection de la transparence comme surface avant l'irradiation satisfaisante 10 s après l'îradiation satisfaisante pas de pas de changement changement 60 s après l'irradiation satisfaisante par de pas de changement chanint Essai de résistance à l'usure de la surface:: L'essai de résistance à l'usure de la surface a été réalisé de la manière suivante: (a) le voile de l'échantillon de matériau de blindage obtenu de la manière décrite ci-dessus a été mesuré selon la nonne ASTM D1003. (b) Un échantillon de matériau de blindage de 100 mm x 100 mm a été découpé et un trou d'un diamètre de 6 mm a été pratiqué cn son centre. (c) L'échantillon de matériau de blindage a été conditionné pénnant 48 h à une température de 23 C et à une humidité de 50%. (d) L'échantillon de matériau de blindage a été maintenu en contact avec une roue abrasive (CS 10F, charge:250g x 2 = 500 g) tandis que la roue abrasive a été amenée à toumer 500 fois par un appareil d'essai d'abrasion ["Rotary Abrasion Tester", produit par la société Toyoseiki Seisakusho]. L'état de surface de la roue abrasive a été ajusté au préalable par mise en contact de la roue avec du papier de verre. (e) Après lavage à l'eau et séchage de l'échantillon dc matériau dc blindage, le voile a été mesuré de la manière décrite ciicssus dans l'étape (a). #H% = (voile avant l'essai d'usure) - (voile après l'essai d'usure) Plus la valeur #H% est basse, plus la résistance à t'usure de la est élevée. Résultats de l'essai: Produit du 2e mode de réalisation Plaque de résine transparente (âme) #H% 15 70 Exemple 3 Un matériau transparent de blindage contre les neutrons selon la présente invention, qui comportait des couches de protection de la surface (produit du troisième mode de réalisation), a été produit par fixation d'un film de PET à revêtement dur ayant une epaiuseur de 100 m sur chaque cttté d'une plaque de résine transparente (épaisseur : 10 mm) constituée par un copolymère d'oléfine cyclique (APL-6509) au moyen de l'adhsif "UNISTOLE" (produit de la société Mitsui Petrochemical Industries). Un essai de résistance aux radiations s et et un essai d'usure de la surface ont été réalisés pour le produit du troisième mode de réalisation de la même manière que dans l'exemple 2. Résultats de l'essai de résistance aux radiations: état des coudes de protection de la transparence forme surface avant l'irradiation satisfaisante 10 s après l'irradiation satisfaisante pas de pas de changement changement 60 s après l'irradiation satisfaisante pas de pas de changement changement Résultats de l'essai de résistance à l'usure de la surface Produit du 3e. mode de réalisation ~ AH% 13 70 Le matériau transparent de blindage contre les neutrons selon le premier mode de réalisation de la présente invention a une capacité de blindage contre les neutrons élevée et convient notamment comme matériau transparent de blindage contre les neutrons pour panneaux de boîte à gain. Le matériau transparent de blindage contre les neutrons selon le second mode de réalisation de la présente invention a une capacité de blindage contre les neutrons élevée et une excellente résistance à l'usure de sa surface et convient notamment comme matériau transparcnt de blindage contre les neutrons pour parneax de boîte à gants. REVENDICATIONS 1. Matériau transparent de blindage contre les neutrons, caractérisé en ce qu'il comprend une plaque de résine transparente constituée par un copoIymèrc d'oléfine cyclique. 2. Matériau transparent de blindage contrc les neutrons, caractérisé en ce qu'il comprend une plaque de résine transparente constituée par un copolymère d'oléfine cyclique et des couches de protection de la surface ayant une = résistance à l'usure supérieure à ladite plaque de résine transparente et déposées sur les deux surfaces de ladite plaque de résine tansarente. 3. Matériau selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites couches de protection de la surface sont fixées à ladite plaque de résine transparente par un adhésif. 4. Matériau selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdites couches de pctection de la surface sont des films de résine acrylique ou des films de PET à revêtement dur.