Brevet FR2843040A1 — publié le 20040206

La présente invention se rapporte à un extracteur centrifuge ayant la structure dans laquelle une cavité de disposition d'un corps d'absorption de neutrons est prévue au centre d'un rotor. On utilise l'extracteur centrifuge, par exemple, dans le retraitement d'un combustible nucléaire épuisé, pour extraire et séparer l'uranium (U) et le plutonium (Pu). Il existe un procédé Purex qui est l'un de procédés de retraitement d'un combustible nucléaire épuisé produit à partir d'installations nucléaires. Ce procédé comprend, comme on le sait bien, la dissolution du combustible nucléaire épuisé dans de l'acide nitrique, et la séparation et la récupération de l'uranium et du plutonium dissous dans la solution d'acide aqueuse d'acide nitrique par une opération d'extraction par solvant. Il existe certains types de dispositifs servant à exécuter l'opération d'extraction par solvant, parmi lesquels on trouve un extracteur centrifuge destiné à exécuter une séparation de deux phases (une phase aqueuse et une phase organique) par force centrifuge. L'extracteur centrifuge est conçu de sorte qu'un rotor est supporté mobile en rotation dans l'état faisant que le ressort est suspendu dans un boîtier, qu'une phase aqueuse et une phase organique sont délivrées à la circonférence extérieure du rotor et sont mélangées entre le boîtier et le rotor, que la phase mélangée est aspirée dans le rotor et séparée en deux phases dans un champ de force centrifuge généré dans le rotor, et que les phases distinctes sont déchargées, respectivement, vers des collecteurs correspondants. (Voir, par exemple, le brevet US numéro 5 254 075). Ce type d'extracteur centrifuge décrit ci-dessus présente des avantages faisant que la vitesse de traitement est élevée, que, puisque le démarrage du dispositif est rapide, le rendement de fonctionnement est amélioré et le matériel peut être simplifié, que le dispositif peut être conçu plus petit, qu'une dégradation de solvant par rayonnement peut être réduite, et analogue, par comparaison avec d'autres extracteurs (par exemple, un dispositif d'extraction mélangeur - décanteur, un dispositif d'extraction à colonne pulsée, etc.). Par conséquent, on considère que l'extracteur centrifuge est avantageux pour le retraitement d'un combustible nucléaire épuisé d'épuisement spécifique élevé et fortement enrichi en plutonium produit à partir d'un réacteur surrégénérateur rapide, et la recherche et le développement concernant ce dernier ont progressé. Compte tenu du décalage entre le stade de la recherche et du développement et le stade de l'emploi en installation pratique, il est nécessaire de réaliser un extracteur centrifuge plus grand et d'en augmenter la capacité afin d'en améliorer l'aptitude au traitement. Cependant, lorsque l'on tente de concevoir un extracteur centrifuge de grande taille en utilisant la technique de conception de l'art antérieur décrite ci-dessus, la commande de criticité est difficile à n'exécuter que par une commande géométrique, et certaines contre-mesures sont nécessaires en termes de sreté de criticité. Par conséquent, on considère, par exemple, qu'une commande de criticité est exécutée par une commande de concentration, ou analogue, mais que son traitement nécessite une commande de mise en oeuvre compliquée et pénible, et pose de nombreux problèmes en termes de sécurité. De plus, lorsque l'on agrandit l'extracteur centrifuge, on augmente également la masse et le diamètre extérieur du rotor, et il y a un accroissement de la charge d'un moyen de support dans la partie supérieure du rotor, ce qui pose un problème de diminution de durabilité d'un moyen d'entraînement. Par conséquent, c'est un objectif de la présente invention que de proposer un extracteur centrifuge ayant la structure dans laquelle, dans le cas o l'on planifie une taille plus grande et une capacité plus importante, on peut obtenir une amélioration de sreté de criticité. C'est un autre un objectif de la présente invention que de proposer un extracteur centrifuge ayant la structure dans laquelle, dans le cas o l'on planifie une taille plus grande et une capacité plus importante, on peut obtenir une amélioration de sreté de criticité et une amélioration de durabilité. L'invention propose un extracteur centrifuge caractérisé en ce qu'il comprend: un boîtier comportant un palier disposé sur celui- ci, un arbre tournant supporté par ledit palier et s'étendant vers le bas dans ledit boîtier, et un rotor supporté mobile en rotation dans ledit boîtier, dans l'état faisant que ledit rotor est suspendu audit arbre tournant, ledit rotor étant espacé d'une paroi intérieure dudit boîtier pour former un espace entre eux, caractérisé en ce qu'une phase aqueuse et une phase organique sont délivrées audit espace et mélangées dans ledit espace, une phase mélangée est aspirée dans ledit rotor et séparée en deux phases dans un champ de force centrifuge généré dans ledit rotor, et les phases séparées sont déchargées respectivement à des collecteurs correspondant; et caractérisé en ce qu'une partie de cavité est prévue au centre dudit rotor, et en ce qu'un corps d'absorption de neutrons est disposé dans ladite partie de cavité. Dans ce cas, on préfère employer une structure dans laquelle le corps d'absorption de neutrons comprend un corps cylindrique dressé verticalement de la partie inférieure du boîtier vers la partie de cavité, au centre du rotor, et une matière d'absorption de neutrons confinée hermétiquement dans le corps cylindrique. Il est également possible d'employer une structure dans laquelle le corps d'absorption de neutrons comprend un corps cylindrique suspendu à l'arbre tournant en direction de la partie de cavité, au centre du rotor, et une matière d'absorption de neutrons confinée hermétiquement dans le corps cylindrique. La présente invention propose également un extracteur centrifuge caractérisé en ce qu'il comprend: un boîtier comportant un palier disposé sur celui-ci, un arbre tournant supporté par ledit palier et s'étendant vers le bas dans ledit boîtier, et un rotor supporté mobile en rotation dans ledit boîtier dans l'état faisant que ledit rotor est suspendu audit arbre tournant, ledit rotor étant espacé d'une paroi intérieure dudit boîtier pour former un espace entre eux, caractérisé en ce qu'une phase aqueuse et une phase organique sont délivrées audit espace et mélangées dans ledit espace, une phase mélangée est aspirée dans ledit rotor et séparée en deux phases dans un champ de force centrifuge généré dans ledit rotor, et les phases séparées sont déchargées respectivement à des collecteurs correspondants; et en ce qu'une partie de cavité est prévue au centre dudit rotor, et un corps cylindrique est dressé verticalement de la partie inférieure dudit boîtier vers ladite partie de cavité, et un mécanisme de support et d'entraînement en rotation inférieur dudit arbre tournant est disposé au niveau de l'extrémité supérieure dudit corps cylindrique, et une matière d'absorption de neutrons est confinée hermétiquement dans ledit corps cylindrique. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à partir de la description détaillée suivante prise en liaison avec les dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue explicative d'un extracteur centrifuge comportant une partie de cavité dans sa partie centrale, cette structure constituant un principe de la présente invention; la figure 2 est une vue explicative montrant un mode de réalisation d'un extracteur centrifuge selon la présente invention; la figure 3 est une vue explicative montrant un mode de réalisation supplémentaire d'un extracteur centrifuge selon la présente invention; la figure 4 est une vue explicative montrant un autre mode de réalisation d'un extracteur centrifuge selon la présente invention; et la figure 5 est une vue explicative montrant encore un autre mode de réalisation d'un extracteur centrifuge selon la présente invention. La figure 1 est une vue explicative d'un extracteur centrifuge comportant une partie de cavité dans sa partie centrale, et cette structure constitue un principe de la présente invention. Un rotor 12 est suspendu à un arbre tournant 14 à l'intérieur d'un boîtier 10, l'arbre tournant 14 est supporté mobile en rotation par un palier supérieur 16, et le rotor 12 est entraîné en rotation via l'arbre tournant 14 entraîné par un moteur 18 monté sur la partie la plus haute. Une entrée 20 de liquide sous forme de phase aqueuse et une entrée 22 de liquide sous forme de phase organique sont formées, respectivement, sur les côtés du boîtier 10 et, en outre, un passage 24 d'écoulement de décharge de phase aqueuse et un passage 26 d'écoulement de décharge de phase organique sont situés sur ses côtés. Le rotor 12 est cylindrique et une partie 30 d'entrée de liquide ayant des dimensions prédéterminées est ouverte au niveau de son extrémité inférieure. Quatre palettes 32 de type plaque plate sont disposées à l'intérieur du rotor 12, de sorte qu'elles font saillie de la paroi circonférentielle intérieure du rotor 12 à des intervalles symétriques de 90 degrés et s'étendent dans une direction axiale du rotor 12. Un élément 34 de déviation servant à modifier la direction d'écoulement de liquide (dans le but d'empêcher que du liquide ne se déplace directement vers le haut) est disposé au-dessus de la partie 30 d'entrée de liquide. Une phase aqueuse et une phase organique sont délivrées, respectivement, à partir de l'entrée 20 de liquide sous forme de phase aqueuse et de l'entrée 22 de liquide sous forme de phase organique. Les deux phases délivrées sont mélangées par rotation du rotor 12 dans un dégagement (partie 36 de mélange) situé entre le rotor 12 et le boîtier 10. Par ce mélange, on exécute une extraction d'ions cibles. Le liquide mélangé, à la fin du mélange et de l'extraction, pénètre le rotor 12 depuis la partie 30 d'entrée de liquide à partir du rotor. Dans le but de guider le liquide mélangé vers les palettes 32 (pour éviter que le liquide ne se déplace directement vers le haut), l'élément 34 de déviation, dont la surface supérieure est fermée et dont le côté est ouvert, est disposé au- dessus de la partie 30 d'entrée de liquide, de sorte que le liquide mélangé est délivré à partir du côté ouvert de l'élément 34 de déviation dans le rotor 12. Le liquide mélangé qui a pénétré le rotor 12 est séparé en deux phases par la force centrifuge du rotor 12. Le liquide qui se trouve dans le rotor monte le long des palettes 32, et la phase organique est déchargée vers un collecteur 44 de phase organique en passant par un déversoir 40 de phase organique et un orifice 42 de décharge de phase organique. D'autre part, la phase aqueuse est déchargée vers un collecteur 50 de phase aqueuse en passant par une partie 46 de courant sous-jacent de phase aqueuse, un déversoir de phase aqueuse, et un orifice 48 de décharge de phase aqueuse. Les liquides reçus dans les deux collecteurs 50 et 44 s'écoulent vers le niveau suivant en passant, respectivement, par le passage 24 d'écoulement de décharge de phase aqueuse et par le passage 26 d'écoulement de décharge de phase organique. Normalement, puisque l'extracteur centrifuge de ce type a une structure multiniveaux, le passage 24 d'écoulement de décharge de phase aqueuse est raccordé à l'entrée 20 de liquide de phase aqueuse du niveau suivant, et le passage 26 d'écoulement de décharge de phase organique est raccordé à l'entrée 22 de liquide de phase organique du niveau suivant. La structure et le fonctionnement de l'extracteur centrifuge décrit cidessus peuvent être fondamentalement similaires à ceux de la technique de conception de l'art antérieur. Dans l'extracteur centrifuge selon la présente invention, une partie 52 de grande cavité est réalisée au centre du rotor 12, ce qui constitue l'un de points caractéristiques de la présente invention. Ce genre de structure utilise le fait que le liquide mélangé aspiré dans le rotor 12 monte par rapport à la partie périphérique intérieure du rotor du fait de la force centrifuge, et peut être réalisée par agrandissement du rayon de la partie 30 d'entrée de liquide du rotor, du rayon du déversoir de phase aqueuse, du rayon du déversoir 40 de phase organique, et du rayon de la partie 46 de courant sous-jacent de phase aqueuse. Conjointement avec ceci, on raccourcit la largeur de chaque palette (la longueur dans la direction de rayon du rotor), ce par quoi l'on peut former la partie 52 de grande cavité au centre du rotor 12. La figure 2 est une vue explicative montrant un mode de réalisation d'un extracteur centrifuge selon la présente invention. La structure fondamentale, en tant qu'extracteur centrifuge, est similaire à celle que montre la figure 1, et l'on utilisera les mêmes repères pour désigner les éléments correspondants dans le but d'en simplifier l'explication. Dans ce mode de réalisation, un corps 60 d'absorption de neutrons est dressé verticalement à partir de la partie inférieure du boîtier 10, de sorte qu'il est reçu dans la partie 52 de cavité formée à l'intérieur du rotor. En tant que matière d'absorption de neutrons, on utilise du carbure de bore, ou analogue. Cependant, puisque la partie de cavité est exposée à une solution corrosive, comme de l'acide nitrique, du solvant, et analogue, le corps 60 d'absorption de neutrons a, par exemple, une structure dans laquelle le carbure de bore est confiné hermétiquement dans un corps cylindrique pourvu d'une partie inférieure et d'un couvercle et réalisé en acier inoxydable. Par rapport à la taille du corps cylindrique, il est nécessaire de la déterminer en la réglant à la taille de l'extracteur centrifuge à concevoir. Le procédé de conception est le suivant: (1) décision d'une zone d'ouverture de la partie d'entrée de liquide; pour une zone d'entrée de liquide agrandie dans une mesure de 1,7 fois une zone d'entrée de liquide calculée de manière optimale dans un rotor classique (diamètre de rotor: environ 8 cm, capacité environ 10 kg/h, et vitesse de rotor 3500 rpm) pour lequel était établi jusqu'à maintenant le procédé de conception, on a obtenu pratiquement la même performance que celle du rotor classique. On a eu la confirmation du fait que, lorsque l'on agrandit une zone d'entrée de liquide d'environ deux fois, la performance diminue. Par conséquent, la zone d'entrée de liquide est fixée à presque 1,7 fois, ou bien l'on choisit une zone d'ouverture optimale de deux fois celle-ci, ou moins, si l'on a besoin d'une zone davantage agrandie. (2) Décision de taille du corps cylindrique; Si un pourcentage d'occupation est de pratiquement %, ou moins, par rapport à la zone d'ouverture de la partie d'entrée de liquide, la performance demeure inchangée par comparaison avec le cas dans lequel le corps cylindrique n'est pas prévu. Cependant, on a eu la confir30 mation du fait que, lorsque l'on augmente le pourcentage d'occupation dans une mesure allant jusqu'à 50 %, la performance se détériore fortement. Par conséquent, lors de la conception, on fixe le pourcentage d'occupation à presque 30 %, ou l'on choisit le meilleur pourcentage d'occupation voisin de 50 %, ou moins, si nécessaire. En formant la partie de grande cavité au centre du rotor et en y confinant hermétiquement une matière d'absorption de neutrons, comme on l'a décrit ci-dessus, on peut obtenir simultanément une commande géométrique et une commande de matière d'absorption de neutrons, ce par quoi l'on améliore également la commande de criticité résultant d'un type plus grand d'extracteur centrifuge, et l'on améliore également la sécurité. Puisque le corps 60 d'absorption de neutrons est monté sur le boîtier 10, on peut supprimer une augmentation de masse du rotor 12 à une valeur minimale pour obtenir un avantage permettant d'empêcher une augmentation de la charge de paliers. La figure 3 est une vue explicative montrant un mode de réalisation supplémentaire d'un extracteur centrifuge selon la présente invention. La structure fondamentale, en tant qu'extracteur centrifuge, est similaire à celle de la figure 1, et l'on a utilisé les mêmes repères pour désigner les éléments correspondants dans le but d'en simplifier l'explication. Dans ce mode de réalisation, un corps 62 d'absorption de neutrons est disposé à l'intérieur du rotor 12. Le corps 62 d'absorption de neutrons, ayant la structure dans laquelle du carbure de bore est confiné hermétiquement dans un corps cylindrique réalisé en acier inoxydable, est suspendu à l'arbre tournant 14. Même avec cette structure, on peut obtenir simultanément la commande géométrique et la commande de matière d'absorption de neutrons. Pour exécuter simultanément la commande géométrique et la commande de matière d'absorption de neutrons, on peut employer une structure dans laquelle la matière d'absorption de neutrons est disposée autour du boîtier 10. Cependant, pour améliorer l'effet d'absorption de neutrons, il est nécessaire de raboter des parties de coulée d'acier inoxydable constituant le boîtier et de déposer, sur celles-ci, la matière d'absorption de neutrons. Par conséquent, il y a un risque de complication de la structure, d'abaissement de la liberté de conception du boîtier ou de gêne de la miniaturisation. Pour cette raison, la structure de la présente invention, dans laquelle on dispose la matière d'absorption de neutrons à l'intérieur du rotor, est meilleure. Dans le cas o il est nécessaire d'améliorer encore l'effet d'absorption de neutrons, il est bien entendu possible de combiner la structure de la présente invention dans laquelle on dispose la matière d'absorption de neutrons à l'intérieur du rotor et la structure dans laquelle on dispose la matière d'absorption de neutrons autour du boîtier. Les figures 4 et 5 sont des vues explicatives montrant encore un autre mode de réalisation d'un extracteur centrifuge selon la présente invention. Ces deux vues montrent la structure dans laquelle l'arbre tournant est supporté à ses deux extrémités et dans laquelle, dans le même temps, la matière d'absorption de neutrons est disposée à l'intérieur du rotor. Avec cette structure, on peut améliorer la sreté de criticité et la durabilité du rotor. Dans un exemple que montre la figure 4, un corps cylindrique 64 est dressé verticalement au centre de la partie inférieure du boîtier 10, et un palier glisseur 66 est monté sur l'extrémité supérieure du corps cylindrique pour supporter l'extrémité inférieure de l'arbre tournant 14 d'un rotor 12. A savoir que l'arbre tournant 14 du rotor 12 est supporté par le palier glisseur 66 au niveau de son extrémité inférieure et par le palier supérieur 16 au niveau de son extrémité supérieure. Ainsi, même si le rotor a une grande taille, la charge appliquée au palier supérieur 16 est réduite, et le rotor peut être maintenu stable, et l'on améliore la durabilité d'un moyen d'entraînement. On doit noter que le palier glisseur 66 est placé au niveau d'une partie que le liquide n'atteint pas (c'est-à-dire une partie supérieure). En outre, la matière i1 d'absorption de neutrons est confinée hermétiquement dans le corps cylindrique 64. Dans un exemple que montre la figure 5, un corps cylindrique 70 comportant une partie concave au niveau de son extrémité supérieure est dressé verticalement au centre de la partie inférieure du boîtier 10. Un élément 74 de support de palier comportant une partie convexe à son extrémité inférieure est monté sur le corps cylindrique 70, de sorte que la partie convexe de l'élément 74 de support de palier est appuyée dans la partie concave du corps cylindrique 70 via un ressort 72 de compression. Un palier 76 de poussée est monté sur l'élément 74 de support de palier pour supporter l'extrémité inférieure de l'arbre tournant 14 du rotor 12. Par conséquent, l'arbre tournant 14 du rotor 12 est supporté par le palier 76 de poussée au niveau de son extrémité inférieure et par le palier supérieur 16 au niveau de sa partie supérieure. Le ressort 72 de compression exerce en permanence une force vers le haut sur le palier 76 de poussée. Ainsi, même si le rotor a une grande taille, la charge appliquée au palier supérieur 16 est réduite et le rotor peut être maintenu stable, et la durabilité d'un moyen d'entraînement est améliorée. On doit noter qu'une matière d'absorption de neutrons est confinée hermétiquement dans le corps cylindrique 70. Comme il apparaît à partir de la description qui précède, puisque la présente invention concerne un extracteur centrifuge dans lequel la matière d'absorption de neutrons est confinée hermétiquement dans la partie de cavité formée au centre du rotor, le facteur efficace de multiplication au moment de l'évaluation de criticité peut être diminué. Par conséquent, dans le cas o l'on conçoit un extracteur centrifuge de grande taille, on peut obtenir une commande de criticité sans dépendre d'un procédé qui nécessite la commande de mise en oeuvre, comme la commande de concentration, et la sécurité est améliorée. En outre, puisque la présente invention concerne un extracteur centrifuge dans lequel, en utilisant la partie de cavité située au centre du rotor, un moyen de support inférieur de l'arbre tournant est disposé en plus au niveau d'une partie que le liquide n'atteint pas, on réduit les vibrations inutiles du rotor par comparaison avec le type classique qui ne comporte qu'un moyen de support supérieur, et l'on améliore la durabilité du moyen d'entraînement, en allongeant ainsi la durée de service. REVENDICATIONS 1. Extracteur centrifuge, caractérisé en ce qu'il comprend: un boîtier (10) comportant un palier (16) disposé sur celui-ci, un arbre tournant (14) supporté par ledit palier (16) et s'étendant vers le bas dans ledit boîtier (10), et un rotor (12) supporté mobile en rotation dans ledit boîtier (10) dans l'état faisant que ledit rotor (12) est suspendu audit arbre tournant (14), ledit rotor (12) étant espacé d'une paroi intérieure dudit boîtier (10) pour former un espace entre eux, caractérisé en ce qu'une phase aqueuse et une phase organique sont délivrées audit espace et mélangées dans ledit espace, une phase mélangée est aspirée dans ledit rotor (12) et séparée en deux phases dans un champ de force centrifuge généré dans ledit rotor (12), et les phases séparées sont déchargées respectivement à des collecteurs correspondants; et en ce qu'une partie (52) de cavité est prévue au centre dudit rotor (12), et un corps (60; 62) d'absorption de neutrons est disposé dans ladite partie (52) de cavité. 2. Extracteur centrifuge selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps (60; 62) d'absorption de neutrons comprend un corps cylindrique (64; 70) dressé verticalement de la partie inférieure dudit boîtier (10) vers ladite partie (52) de cavité, au centre dudit rotor (12) , et en ce qu'une matière d'absorption de neutrons est confinée hermétiquement dans ledit corps cylindrique (64; 70). 3. Extracteur centrifuge selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps (60; 62) d'absorption de neutrons comprend un corps cylindrique (64; 70) suspendu audit arbre tournant (14) en direction de ladite partie (52) de cavité, au centre dudit rotor (12), et en ce qu'une matière d'absorption de neutrons est confinée hermétiquement dans ledit corps cylindrique (64; 70). 4. Extracteur centrifuge, caractérisé en ce qu'il comprend: un boîtier (10) comportant un palier (16) disposé sur celui-ci, un arbre tournant (14) supporté par ledit palier (16) et s'étendant vers le bas dans ledit boîtier (10), et un rotor (12) supporté mobile en rotation dans ledit boîtier (10) dans l'état faisant que ledit rotor (12) est suspendu audit arbre tournant (14), ledit rotor (12) étant espacé d'une paroi intérieure dudit boîtier (10) pour former un espace entre eux, caractérisé en ce qu'une phase aqueuse et une phase organique sont délivrées audit espace et mélangées dans ledit espace, une phase mélangée est aspirée dans ledit rotor (12) et séparée en deux phases dans un champ de force centrifuge généré dans ledit rotor (12), et les phases séparées sont déchargées respectivement à des collecteurs correspondants; et en ce qu'une partie (52) de cavité est prévue au centre dudit rotor (12), et un corps cylindrique (64; 70) est dressé verticalement de la partie inférieure dudit boîtier (10) vers ladite partie (52) de cavité, et un mécanisme de support et d'entraînement en rotation inférieur dudit arbre tournant (14) est disposé au niveau de l'extrémité supérieure dudit corps cylindrique (64; ), et une matière d'absorption de neutrons est confinée hermétiquement dans ledit corps cylindrique (64; 70).