Brevet FR2843046A1 — publié le 20040206

L'invention concerne un appareil de dissolution pour le retraitement d'un combustible nucléaire épuisé tel qu'un combustible à oxyde mixte (MOX) dans un cycle de combustible nucléaire. Un exemple d'appareil d'agitation de suspension (poudre) est décrit dans le brevet japonais mis à l'Inspection Publique sous le NO 07-060093/1995. Comme montré sur la figure 6 des dessins annexés et décrits ciaprès, cet appareil d'agitation est conçu pour agiter une poudre 51 et un liquide à l'aide d'un moyen d'agitation 52 (une lame d'agitation) dans une cuve d'agitation 50. Lors de l'exécution d'un traitement de dissolution de combustible nucléaire épuisé dans un appareil d'agitation tel que décrit ci-dessus, des particules de poudre non dissoutes s'élèvent sous l'effet d'une agitation de la lame d'agitation dans une solution, fuyant de façon désavantageuse d'une sortie de la solution disposée sur la partie supérieure de la cuve d'agitation. L'invention a été menée à bien en se basant sur le contexte technique précité, et un objet de l'invention est de proposer un perfectionnement pouvant empêcher les particules non dissoutes de fuir. Conformément à l'invention, il est proposé un appareil de dissolution de poudre du type à agitation pour le retraitement de combustible nucléaire épuisé, l'appareil comportant: une cuve de dissolution qui est alimentée en poudre de combustible nucléaire épuisé; un élément d'agitation disposé de façon à pouvoir tourner dans la cuve de dissolution; et un moyen empêchant l'élévation, disposé dans la cuve de dissolution au-dessus de l'élément d'agitation, pour empêcher la poudre de tourbillonner et de s'élever sous l'effet de la rotation de l'élément d'agitation. Dans une forme de réalisation de l'invention, le moyen empêchant l'élévation est composé de plusieurs aubes fixes destinées à faire descendre la poudre qui, autrement, tourbillonnerait et s'élèverait sous l'effet de la rotation de l'élément d'agitation. Chaque aube fixe présente avantageusement une pente descendante par rapport au sens de tourbillonnement dans le tourbillonnement et l'élévation. Une plaque supérieure présentant un certain nombre d'ouvertures de distribution est avantageusement disposée au-dessus des aubes fixes. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, le moyen empêchant l'élévation comporte plusieurs plaques de forme demi-ronde, empêchant le tourbillonnement et l'élévation, qui sont agencées hiérarchiquement, chacune des plaques d'empêchement ayant une dimension telle qu'elles se chevauchent les unes les autres dans les centres respectifs de leurs bâtis, et que la plaque d'empêchement présente une pente montant vers l'extérieur. Dans une autre forme de réalisation encore de l'invention, le moyen empêchant l'élévation comporte un élément d'empêchement de tourbillon et d'élévation, en forme de cône retourné, au centre duquel un trou de distribution est formé. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un appareil de dissolution de poudre du type à agitation pour le retraitement de combustible nucléaire épuisé, l'appareil comportant: une cuve de dissolution qui est alimentée en poudre de combustible nucléaire épuisé; un élément d'agitation disposé de façon à pouvoir tourner dans la cuve de dissolution; un moyen de blocage d'élévation, disposé dans la cuve de dissolution au-dessus de l'élément d'agitation, pour empêcher la poudre de tourbillonner et de s'élever sous l'effet de la rotation de l'élément d'agitation; un système d'alimentation en poudre pour amener la poudre du combustible nucléaire épuisé à une partie inférieure de la cuve de dissolution; un système d'alimentation en acide nitrique pour amener de l'acide nitrique à la partie inférieure de la cuve de dissolution; et un système de décharge de solution destiné à décharger une solution comprenant la poudre dissoute dans l'acide nitrique depuis une partie supérieure de la cuve de dissolution. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale montrant un exemple d'un appareil de dissolution de poudre du type à agitation pour le retraitement de combustible nucléaire épuisé selon une forme appréciée de réalisation de l'invention; la figure 2A est une vue en coupe longitudinale montrant un exemple d'une cuve de dissolution selon la forme appréciée de réalisation de l'invention; la figure 2B est une vue en coupe horizontale montrant la cuve de dissolution de la figure 2A; la figure 3A est une vue en coupe longitudinale montrant un autre exemple d'une cuve de dissolution selon la forme appréciée de réalisation de l'invention; la figure 3B est une vue en coupe horizontale de la cuve de dissolution de la figure 3A; la figure 4A est une vue en coupe longitudinale montrant encore un autre exemple d'une cuve de dissolution selon la forme appréciée de réalisation de l'invention; la figure 4E est une vue en coupe horizontale montrant la cuve de dissolution de la figure 4A; la figure 5 est une vue en coupe longitudinale montrant un autre exemple d'une cuve de dissolution selon la forme appréciée de réalisation de l'invention; et la figure 6 montre un exemple d'un appareil d'agitation de suspension de l'art antérieur. On décrira maintenant un exemple tel que représenté sur les figures 1, 2A et 2B. La figure 2A est une vue en coupe longitudinale d'une cuve de dissolution, tandis que la figure 2B en est une vue en coupe horizontale. Bien que divers types de combustibles nucléaires épuisés doivent être retraités, on donnera une explication portant sur du combustible du type MOX (à oxyde mixte) à titre d'exemple de combustible. Une cuve 1 de dissolution est une enceinte cylindrique longitudinale. Un élément d'agitation (une palette verticale d'agitation analogue à une plaque) 3 est agence de façon à pouvoir tourner dans la cuve 1 de dissolution. La surface périphérique extérieure de la cuve 1 de dissolution est recouverte d'une chemise 24 à vapeur d'eau, qui est alimentée en vapeur d'eau à des fins de chauffage. Un moteur 8 est disposé au-dessus de la cuve 1 de dissolution et transmet sa rotation à un arbre 2 supportant l'élément d'agitation 3, par l'intermédiaire d'un engrenage. Dans la cuve 1 de dissolution, au-dessus de l'élément d'agitation 3, se trouvent des aubes fixes 11 qui servent de moyen de blocage d'élévation destiné à empêcher des particules non dissoutes décrites ci-après de tourbillonner et de s'élever dans une solution. Chacune des aubes fixes 11 est en forme d'éventail. Un certain nombre d'aubes fixes 11 sont agencés côte à côte autour de l'arbre 2. L'aube fixe 11 est supportée et fixée sur la cuve 1 de dissolution. La surface périphérique extérieure de l'aube fixe 11 est en appui contre la surface intérieure de la cuve 1 de dissolution, tandis que l'extrémité intérieure de l'aube n'est pas en contact avec la périphérie extérieure de l'arbre 2 afin qu'un petit espace soit formé entre elles. Cet espace empêche l'extrémité intérieure de l'aube fixe il de venir en contact avec la périphérie extérieure de l'arbre 2 lors de la rotation de l'arbre 2. Les aubes fixes adjacentes 11 sont agencées d'une manière telle qu'elles se chevauchent les unes les autres à leurs parties extrêmes, et que chaque aube présente une pente descendante par rapport au sens de rotation de l'élément 3 d'agitation. Une cuve 7 de poudre, pour le stockage du combustible MOX et analogue, est raccordée à la partie inférieure de la cuve 1 de dissolution par un conduit 5 d'alimentation en poudre. Un système d'alimentation en poudre, qui comporte la cuve 7 de poudre et le conduit 5 d'alimentation en poudre, comprend en outre une vanne placée au milieu de la longueur du conduit 5 d'alimentation, de façon à arrêter l'alimentation de la cuve 1 de dissolution. Un réservoir 6 d'acide nitrique pour le stockage d'acide nitrique est raccordé à la partie inférieure de la cuve 1 de dissolution par l'intermédiaire d'un conduit 4 d'alimentation en acide nitrique. Un système d'alimentation en acide nitrique, qui comporte le réservoir 6 de l'acide nitrique et le conduit 4 d'alimentation en acide nitrique, comprend en outre une vanne placée au milieu de la longueur du conduit 4 d'alimentation, de façon à régler la quantité d'acide nitrique amenée à la cuve 1 de dissolution et/ou à arrêter son amenée. Une sortie de solution est disposée sur la partie supérieure de la cuve 1 de dissolution. La position verticale de la sortie de solution peut se trouver audessus de la position des aubes fixes 11, et peut être au niveau ou en dessous de la position du haut de la cuve 1 de dissolution. Cette sortie de solution est raccordée à une cuve 17 de stockage de solution par l'intermédiaire d'un conduit l de déchargement de solution. La cuve 17 de stockage de solution est en outre raccordée à un réservoir 18 de réglage de la solution. Un système de décharge de solution allant de la sortie de la solution jusqu'au réservoir 18 de réglage de solution comprend en outre un filtre 14 et une électrovanne 13 placée au milieu de la longueur du conduit 12 de déchargement de la solution. La chemise 24 à vapeur d'eau comporte une entrée 9 de vapeur d'eau sur sa partie inférieure et une sortie 10 de vapeur d'eau sur sa partie supérieure. De la vapeur d'eau ayant une température d'environ 600C à 800C est amenée à la chemise 24 à vapeur d'eau afin de réchauffer la cuve 1 de dissolution à partir de sa périphérie extérieure. La sortie de solution décrite ci-dessus est agencée dans une position légèrement inférieure à celle de la sortie 10 de la vapeur d'eau, afin que le niveau de fluide d'une solution 20 soit à fleur avec la sortie de la solution. Il est prévu, sur la partie supérieure de la cuve 1 de dissolution (qui est placée plus haut que la sortie de la solution), une sortie de gaz de dégagement destinée à en décharger un gaz de dégagement (MOX) produit par une réaction entre le combustible MOX et l'acide nitrique. La sortie de gaz de dégagement est raccordée à un système 19 de traitement de gaz de dégagement par l'intermédiaire d'un conduit 23 de déchargement de gaz de dégagement. Le système 19 de traitement de gaz de dégagement est en outre raccordé au réservoir 17 de stockage de la solution. La réaction de dissolution de la poudre du combustible MOX est une réaction exothermique, ce qui peut donc conduire à l'apparition de soubresauts. Pour recapter une solution contenue dans les gaz de dégagement (NOJ) du fait des soubresauts, le système 19 de traitement des gaz de dégagement est raccordé au réservoir 17 de stockage de la solution. Une pompe 16 à jet de vapeur d'eau est disposée de façon à décharger un liquide, son côté d'aspiration étant raccordé au fond de la cuve 1 de dissolution. La pompe 16 à jet de vapeur d'eau destinée à décharger un liquide peut décharger un résidu non dissous et autre s'accumulant dans le fond de la cuve 1 de dissolution. Trois analyseurs 15 de concentration d'acide nitrique sont prévus pour mesurer la concentration de l'acide nitrique dans la cuve 1 de dissolution. En détail, le premier analyseur de concentration est disposé de façon à mesurer la concentration de l'acide nitrique se trouvant au fond de la cuve 1 de dissolution, le deuxième analyseur est placé de façon à mesurer la concentration au milieu de cette cuve (entre l'élément 3 d'agitation et les aubes fixes 11), et le troisième analyseur est placé de façon à mesurer la concentration dans sa partie supérieure (audessus des aubes fixes 11). Par conséquent, les concentrations d'acide nitrique dans le fond, le milieu et le haut de la cuve 1 de dissolution sont mesurées par les analyseurs 15 de concentration d'acide nitrique. Les vannes du système d'alimentation en poudre et du système d'alimentation en acide nitrique sont utilisées pour régler la quantité de poudre et la quantité de solution d'acide nitrique fournies, afin de maintenir un bon état de dissolution. Le combustible MOX et la solution d'acide nitrique sont amenés à la cuve 1 de dissolution depuis le réservoir 7 de poudre et le réservoir 6 d'acide nitrique, respectivement, agités et mis en rotation par l'élément d'agitation 3 afin que la dissolution du combustible MOX ait lieu. La solution dissoute s'écoule en trop-plein de la sortie de la solution disposée à la partie supérieure de la cuve 1 de dissolution pour s'écouler vers le réservoir 17 de stockage de solution et/ou le réservoir 18 de réglage de solution en passant par le système de déchargement de la solution. Dans un tel traitement de dissolution, la rotation de l'élément d'agitation 3 provoque un écoulement tourbillonnant et montant au-dessus de l'élément d'agitation 3. La périphérie extérieure de cet écoulement s'élève vers l'extérieur et tourbillonne, tandis que son centre descend. Les particules fines non dissoutes (poudre fine ayant un diamètre d'environ 100 Mm), qui sont en cours de dissolution dans une solution, sont portées sur l'écoulement tourbillonnant et montant de façon à s'élever ou prendre de la hauteur. Alors que les particules relativement grosses s'enfoncent sous l'effet de leur propre poids, les particules fines sont si légères qu'elles peuvent être portées par l'écoulement tourbillonnant et montant. Les particules fines non dissoutes qui s'élèvent en étant portées sur l'écoulement tourbillonnant et montant entrent en collision avec les aubes fixes inclinées il disposées audessus de l'élément d'agitation 3 de façon à changer leur sens d'écoulement en le dirigeant vers le bas, ce qui a pour résultat de réduire la possibilité pour les particules non dissoutes de s'élever audelà des aubes fixes 11. Ceci permet à une solution hautement concentrée de s'écouler de la sortie de la solution, empêchant ainsi les particules non dissoutes de s'écouler en trop-plein par la sortie de la solution. L'aube fixe 1l présente une pente descendante par rapport au sens de rotation de l'élément 3 d'agitation (à savoir le sens de tourbillonnement de l'écoulement tourbillonnant et montant). De plus, les aubes fixes 11 sont agencées d'une manière telle qu'elles se chevauchent mutuellement à leurs parties extrêmes. Ceci élimine la présence d'un espace ou d'un intervalle entre les aubes fixes 11, empêchant les particules non dissoutes portées sur l'écoulement tourbillonnant et montant de s'échapper vers le haut de l'espace entre les aubes fixes 11, ce qui diminue l'écoulement par trop-plein des particules non dissoutes. Ceci procure donc une amélioration portant sur la vitesse du retraitement du combustible nucléaire épuisé et sur l'aptitude à exécuter le cycle de traitement du combustible nucléaire. On décrira maintenant un autre exemple en référence aux figures 3A et 3B. La figure 3A montre une vue en coupe longitudinale d'une cuve de dissolution, tandis que la figure 3B en est une vue en coupe horizontale. La description suivante de cet exemple portera sur les points différents de ceux des figures 2A et 2B. Les éléments sur ces figures qui sont communs avec ceux des figures 2A et 2B sont désignés par les mêmes références numériques et leur description ne sera pas reprise. Plusieurs plaques 11' de blocage de tourbillon et d'élévation, servant de moyen de blocage d'élévation, ayant chacune une forme demi-ronde, sont disposées hiérarchiquement de manière à se chevaucher mutuellement aux centres respectifs de leurs structures. La plaque 11' de blocage de tourbillon et d'élévation est fixée par sa surface périphérique extérieure en appui contre la surface intérieure de la cuve 1 de dissolution. Au centre de sa structure, la plaque il' de blocage de tourbillon et d'élévation présente un trou dans lequel passe l'arbre 2. Un espace est établi entre le trou et l'arbre 2 afin que ce dernier n'entre pas en contact avec la surface intérieure du trou. La plaque 11' de blocage de tourbillon et d'élévation présente une pente s'élevant vers l'extérieur. Le moyen de blocage de tourbillon et d'élévation,- peut avoir la forme d'un cône retourné. L'écoulement tourbillonnant et montant produit par la rotation de l'élément 3 d'agitation vient heurter la plaque 11' de blocage de tourbillon et d'élévation de manière que son écoulement soit changé pour être dirigé vers le bas. Il est donc peu probable que des particules non dissoutes s'écoulent de la sortie de la solution. On décrira maintenant un autre exemple en référence aux figures 4A et 4B. La figure 4A montre une vue en coupe longitudinale d'une cuve de dissolution, tandis que la figure 4B en est une vue en coupe horizontale. La description suivante de cet exemple portera sur les points différents de ceux des figures 2A et 2B. Les éléments de ces figures qui sont communs avec ceux des figures 2A et 2B portent les mêmes références numériques et leur description ne sera pas reprise. Une aube 11" de blocage de tourbillon et d'élévation, constituant le moyen de blocage d'élévation, est en forme de cône retourné et est constituée d'une plaque. Cette aube 11h" de blocage de tourbillon et d'élévation présente un trou de distribution formé en son centre, dans lequel passe l'arbre 2. L'écoulement tourbillonnant et montant produit par la rotation de l'élément 3 d'agitation vient heurter l'aube l' de blocage de tourbillon et d'élévation afin que son sens d'écoulement soit modifié pour être dirigé vers le bas. Il est peu probable que les particules non dissoutes s'écoulent de la sortie de la solution. Une solution hautement concentrée s'élève donc à travers le trou de distribution pour s'écouler de la sortie de la solution. On décrira enfin ci-dessous un autre exemple en référence à la figure 5 qui montre une vue en coupe longitudinale d'une cuve de dissolution. L'explication suivante de cet exemple portera sur les points différents de ceux des figures 2A et 2B. les éléments de ces figures qui sont communs aux figures 2A et 2B portent les mêmes références numériques et leur description ne sera pas reprise. Une plaque supérieure 21, présentant un certain nombre d'ouvertures de distribution, est disposée au-dessus des aubes fixes 11, ce qui rend l'exemple de la figure 5 différent de celui des figures 2A et 2B. La plaque supérieure 21 disposée au-dessus des aubes fixes 11 empêche plus efficacement les particules non dissoutes de s'élever dans la solution. La possibilité pour les particules non dissoutes'de s'écouler vers l'extérieur en passant par la sortie de la solution est donc réduite. Le choix approprié des positions des ouvertures de distribution dans la plaque supérieure 21 par rapport aux positions des aubes fixes 11 permet de diminuer l'écoulement par trop-plein des particules non dissoutes. 1l Comme on peut le voir d'après ce qui précède, l'invention empêche efficacement les particules non dissoutes de s'écouler par trop-plein, apportant ainsi une amélioration de la vitesse à laquelle du combustible nucléaire épuisé peut être retraité et de l'aptitude à exécuter le cycle de traitement du combustible nucléaire. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil de dissolution décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil de dissolution de poudre du type à agitation pour le retraitement de combustible nucléaire épuisé, l'appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte une cuve (1) de dissolution qui est alimentée en combustible nucléaire épuisé en poudre; un élément d'agitation (3) disposé de façon à pouvoir tourner dans la cuve de dissolution; et un moyen (11) de blocage d'élévation disposé dans la cuve de dissolution, au-dessus de l'élément d'agitation, pour empêcher la poudre de tourbillonner et de s'élever sous l'effet de la rotation de l'élément d'agitation. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de blocage d'élévation est constitué de plusieurs aubes fixes (11) pour amener la poudre, qui, autrement, tourbillonnerait et s'élèverait sous l'effet de la rotation de l'élément d'agitation, à se déplacer vers le bas. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'aube fixe présente une pente descendante par rapport à un sens de tourbillonnement dans un mouvement tourbillonnant et montant. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de blocage d'élévation comporte plusieurs aubes (11') de blocage de tourbillonnement et d'élévation, de forme demi-ronde, qui sont disposées hiérarchiquement, chacune des aubes de blocage ayant une dimension telle qu'elles se chevauchent les unes les autres dans les centres respectifs de leurs structures, et chaque aube de blocage d'élévation présente une pente montant vers l'extérieur. 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de blocage d'élévation comporte une aube (11") de blocage de tourbillon et d'élévation, en forme de cône retourné, au centre de laquelle un trou de distribution est formé. 6. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une plaque supérieure (21) présentant un certain nombre d'ouvertures de distribution est disposée au-dessus des aubes fixes. 7. Appareil de dissolution de poudre du type à agitation pour le retraitement de combustible nucléaire épuisé, l'appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte une cuve (1) de distribution qui est alimentée en combustible nucléaire épuisé en poudre; un élément d'agitation (3) de façon à pouvoir tourner dans la cuve de dissolution; un moyen (11) de blocage d'élévation, disposé dans la cuve de dissolution, au-dessus de l'élément d'agitation, pour empêcher la poudre de tourbillonner et de s'élever sous l'effet de la rotation de l'élément d'agitation; un système (5, 7) d'alimentation en poudre pour amener le combustible nucléaire épuisé en poudre à une partie inférieure de la cuve de dissolution; un système (4, 6) d'alimentation en acide nitrique pour amener de l'acide nitrique à la partie inférieure de la cuve de dissolution; et un système (12, 13, 14) de déchargement de solution destiné à décharger une solution comprenant la poudre dissoute dans l'acide nitrique, depuis une partie supérieure de la cuve de dissolution.