Brevet FR2938110A1 — publié le 20100507

PROCEDE DE VIDAGE DE GAINES DE COMBUSTIBLE NUCLEAIRE ET MACHINE DE BROYAGE PAR DEFORMATION DE LA GAINE DESCRIPTION Le sujet de cette invention est un procédé de vidage de gaines contenant du combustible nucléaire ainsi qu'une machine de broyage de ce combustible, à un état compact, en appliquant une déformation aux gaines. Des traitements ou des recyclages de combustibles nucléaires impliquent généralement un cisaillage des gaines pour permettre la dissolution dans de l'acide nitrique du combustible libéré lors du cisaillage et du combustible resté logé dans les morceaux de gaines cisaillées autrement dénommés � coques �. Dans le cadre de gaines de combustibles MOX, RNR, ou LWR non irradiés, il est souhaitable de séparer au préalable les gaines de leur combustible en les vidant car le combustible ne peut se dissoudre facilement avec la coque, et en outre, un broyage du combustible présent sous forme de pastilles est nécessaire avant le traitement de dissolution pour améliorer cette dernière par augmentation de la surface d'attaque. Un procédé classique de vidage des gaines de combustible consiste à ouvrir les gaines par un outil puis à les incliner pour que le combustible s'en échappe. Des difficultés apparaissent toutefois dans de nombreux cas, notamment quand les pastilles de combustible ont un jeu faible avec la gaine (inférieur à 0,2mm environ), qu'elles ont gonflé entre l'engainage et le dégainage, ou qu'elles se sont écaillées avec formation d'éclats provoquant des coincements entre les pastilles et la gaine. L'inclinaison des gaines ouvertes ne permet alors pas de les vider. D'autres procédés de vidage ont été brevetés. On peut citer les documents HU-A-48046 (disponible par l'abrégé XP 002 469 759), EP-A-O 169 129, ou encore FR-A-1 452 479. Plusieurs appliquent à la gaine une déformation plastique par des galets qui créent une pression de contact dont l'effet est d'écraser la matière de la gaine pour diminuer son épaisseur et corrélativement augmenter son diamètre. Selon ces brevets, le jeu avec le combustible demeurant compact est accru, ce qui facilite le vidage. Ces procédés sont cependant tributaires d'une part de la présence de pastilles jointives et à l'état compact dans la gaine, et d'autre part des caractéristiques mécaniques de tenue des pastilles à l'état compact sous l'effet de la pression de laminage nécessaire pour réduire l'épaisseur des gaines (appui de la gaine sur les pastilles � prises en étau � pour assurer le laminage des gaines). Ces procédés peuvent donc rester insuffisants en présence de pastilles fragiles, non homogènes en diamètre et/ou écaillées dans la gaine, en entraînant alors des altérations ou interruptions de réduction d'épaisseur de la gaine à ces endroits, donc de l'augmentation escomptée du diamètre des gaines, des irrégularités de forme de la gaine, et in fine de nouveaux obstacles au combustible par coincement. Une autre condition importante est que l'ouverture de la gaine, nécessaire au vidage, a dû être pratiquée au ras de la première pastille de combustible, faute de quoi la pression des galets produit un retrait à cette ouverture, s'opposant à la sortie des pastilles, puisque la diminution d'épaisseur et l'augmentation du diamètre dépend de l'existence d'une réaction à la pression que procurent les pastilles. Ce rétreint est contrôlé même si la distance entre l'ouverture et l'extrémité du combustible est aussi faible que 0,5 ou 1 mm. Or l'ouverture est normalement pratiquée à distance du combustible, qui pourrait endommager l'outil de coupe et dont la position de l'extrémité est de toute façon difficile à connaître. La présente invention vise à perfectionner les procédés de vidage d'une gaine de combustible nucléaire impliquant une déformation de la gaine. Une caractéristique de l'invention est que les déformations de la gaine sont appliquées à un degré suffisant pour produire un broyage d'un combustible présent d'abord à l'état compact. Une autre caractéristique est que la déformation des sections de la gaine n'est pas définitive mais qu'elle est au contraire réduite dans une étape finale de façon à restaurer la rotondité d'origine de la gaine, au moins dans une large mesure (variations sur le diamètre d'une gaine après le traitement inférieures à 0,05 mm). Cette double originalité concourt à assurer un vidage bien meilleur qu'avec les procédés connus auparavant. Un aspect de l'invention est ainsi un procédé de vidage de gaines de combustible nucléaire, le combustible étant à un état compact, comprenant une étape consistant à introduire la gaine dans une machine appliquant une déformation de la gaine par une ovalisation répétée, caractérisé en ce que l'ovalisation est progressive jusqu'à obtenir un broyage du combustible, puis dégressive. L'ovalisation est de préférence appliquée pendant au moins 40 cycles à un degré suffisant pour broyer le combustible de façon à garantir une grande finesse du broyage. Elle peut être appliquée à un degré permettant de réduire de 3% au moins un diamètre du combustible quand celui-ci est encore à l'état de pastilles compactes. L'invention concerne aussi une machine d'application d'une déformation à des gaines de combustible nucléaire qui soit apte à accomplir ce procédé. Elle comprend une paire de galets en vis-à-vis entre lesquelles les gaines passent, et un moteur de mise en rotation des galets ; elle est caractérisée en ce que les galets comprennent une tranche périphérique à portion d'attaque conique et une portion de sortie conique, ces deux portions s'épanouissant toutes deux vers une portion centrale du galet. Cette constitution des galets permet d'appliquer progressivement à la gaine des déformations suffisantes pour broyer le combustible, puis de réduire peu à peu les déformations pour ramener la gaine à la forme circulaire d'origine. La portion centrale est avantageusement une portion cylindrique pour appliquer la déformation la plus grande pendant un nombre de cycles d'ovalisation suffisant. Elle est donc souvent une portion assez large. Selon un autre perfectionnement, les galets ont des axes de rotation essentiellement parallèles à une direction de cheminement des gaines à travers la machine mais inclinés dans des sens opposés par rapport à ladite direction, l'inclinaison pouvant être de 2° ou moins par rapport à cette direction. La déformation des galets s'accompagne alors non seulement d'une rotation de la gaine, mais d'une avance de celle-ci à une vitesse suffisamment lente pour permettre le nombre d'ovalisations souhaité avant que chaque section de la gaine n'ait traversé l'entre-deux des galets. Il est avantageux que la machine comprenne un guide de la gaine qui soit incliné sur la direction horizontale (à l'état de montage de la machine), ce qui permet de vider la gaine à mesure que le combustible est broyé. Un vidage efficace est mieux garanti même avec de grandes longueurs de gaines. L'invention sera maintenant décrite en liaison aux figures, parmi lesquelles : -la figure 1 est une vue en perspective de la machine, -la figure 2 est une vue de côté de la machine, et -la figure 3 est une vue de dessus de la machine. La machine comprend un châssis sur lequel sont montés un moto-réducteur 2 et une paire de galets 3 placés en vis-à-vis. Les galets sont disposés sur les arbres 4 tournant dans des paires de paliers 5 et munis d'un pignon 6 à une extrémité. Le moto-réducteur 2 comprend aussi un pignon 7 de sortie du mouvement. Une chaîne 8 est tendue entre les pignons 6 et 7 pour imposer un mouvement de rotation égal et dans le même sens aux arbres 4 et aux galets 3. Les galets 3 comprennent sur leur tranche 9 une portion d'attaque 10 conique, une portion centrale 11 cylindrique et une portion de sortie 12 conique qui se raccordent entre elles sans variation de diamètre, les portions coniques 10 et 12 s'épanouissant vers la portion centrale 11 qui constitue donc la partie la plus large du galet 3 (leurs conicités sont exagérées dans la représentation de la figure 3). Les paires de paliers 5 sont montées sur des chariots 13 reliés au châssis par des vis de réglage 14 respectives qui sont alignées de sorte que leur rotation permet de faire varier la distance entre les chariots 13 et l'écartement entre les galets 3. Enfin, le dispositif comprend encore un guide-gaine 15 monté sur le châssis 1 entre les chariots 13 pour la réception d'une gaine 16 contenant du combustible nucléaire qui, pour appliquer le procédé de vidage, a été ouverte précédemment par un procédé quelconque par lequel une extrémité de la gaine 16 a été coupée ; une ouverture 17 du guide-gaine 15 permet l'introduction de la gaine 16 dans la machine. Il est à noter que certains procédés pour couper la guide 16 peuvent entraîner un rétreint à l'ouverture, susceptible de gêner le vidage, mais qu'il est possible d'enlever par un fraisage de l'extrémité de la gaine 16. La machine fonctionne comme suit. Le moto- réducteur 2 est mis en marche et la gaine 16 est introduite dans le guide-gaine 15 par l'ouverture 17. Elle est happée par les galets 3, dont l'écartement a été choisi en fonction du diamètre de la gaine 16 pour la déformer progressivement par la portion d'attaque 10, maintenir la déformation par la portion centrale 11 et la relâcher avec restauration de la rotondité par la portion de sortie 12. Une ovalisation cyclique de la gaine 16 se produit, qui broie le combustible compact sans nuire à la restauration de la rotondité de la gaine 16 en sortie de machine. Les galets 3 ont des aires essentiellement parallèles à la direction de la gaine 16 ; mais la figure 3 montre clairement que les galets 3 sont toutefois inclinés dans des sens opposés par rapport à la direction de la gaine 16 quand elle est prise dans la piste de cheminement définie par l'alignement du guide-gaine 15, l'un vers l'avant de la gaine 16 et l'autre vers l'arrière, afin que les galets 3 exercent un mouvement de translation de la gaine dirigé vers l'avant et fassent ainsi avancer la gaine 16 entre les galets 3. Si le châssis est incliné par rapport à l'horizontale ou plus généralement si la gaine 16 traverse la machine en étant inclinée de façon que l'ouverture 17 d'introduction des gaines dirige la gaine vers le bas, le combustible broyé s'échappe immédiatement de la gaine 16 pour tomber au-dessous, dans une trémie non représentée. Voici maintenant quelques renseignements plus concrets de description de l'invention dans des conditions usuelles. La gaine peut être mise en rotation à environ 300 tours à la minute. L'ovalisation par la portion centrale 11 des galets peut produire un broyage efficace avec une restauration finale de la forme ronde de la gaine 16 quand elle produit une réduction de 5% à 15% du diamètre extérieur de la gaine 16 de sorte que le diamètre intérieur de la gaine 16, à l'endroit le plus réduit par l'ovalisation, soit inférieur au diamètre du combustible de 0,3 à 0,6mm environ. L'inclinaison des axes de rotation des galets 3 peut être de 1 à 2° environ. Ce petit angle permet, avec une largeur raisonnable de la portion centrale 11, de créer l'ovalisation maximale de chaque section pendant 20 tours, c'est-à-dire 40 ovalisations au total en tout point angulaire de la gaine et de son contenu. Ce nombre doit donner un broyage général et assez fin du combustible. L'inclinaison du guide-gaine 15 peut être comprise entre 15° et 90° sur l'horizontale (angle A de la figure 2). La portion centrale 11 peut avoir une largeur de 10mm environ. La portion d'attaque 10 a l'effet de déformer peu à peu la gaine 16 sans à-coup excessif, et la portion de sortie 12 a la propriété d'appliquer à la gaine 16 des déformations plastiques de moins en moins importantes qui la ramènent progressivement à sa forme ronde d'origine. Avec les paramètres donnés ci-dessus, on a constaté la répartition granulométrique suivante des 5 éclats de pastilles de combustible et de poudre obtenus par la machine pour des gaines emplies de pastilles d'oxyde d'uranium non irradié de 7,2mm de diamètre et de 10,1mm de longueur. Famille Fraction massique Fraction cumulée granulométrique (%) (%) (mm) 41 3,15 25,4% 99,9% 10 REVENDICATIONS1) Procédé de vidage de gaines de combustible nucléaire, le combustible étant à un état compact, comprenant une étape consistant à introduire la gaine dans une machine appliquant une déformation de la gaine par une ovalisation répétée, caractérisé en ce que l'ovalisation est progressive jusqu'à obtenir un broyage du combustible, puis dégressive. 2) Procédé de vidage de gaines de combustible nucléaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ovalisation est appliquée à un degré suffisant pour broyer le combustible pendant au moins quarante cycles. 3) Procédé de vidage de gaines de combustible nucléaire selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'ovalisation est appliquée à un degré permettant de réduire de 3% au moins un diamètre du combustible à l'état compact. 4) Machine d'application d'une déformation à des gaines (16) de combustible, comprenant une paire de galets (3) en vis-à-vis et un moteur (2) de mise en rotation des galets, caractérisée en ce que les galets comprennent une tranche périphérique (9) à portion d'attaque (10) conique et une portion de sortie (12) conique, la portion d'attaque (10) et la portion desortie (12) s'épanouissant toutes deux vers une portion centrale des galets. 5) Machine selon la revendication 4, caractérisée en ce que la portion centrale est cylindrique. 6) Machine selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que les galets ont des axes de rotation essentiellement parallèles à une direction de cheminement des gaines à travers la machine mais inclinés dans des sens opposés par rapport à ladite direction. 7) Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que les galets sont inclinés d'au plus 2° par rapport à ladite direction. 8) Machine selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend un guide de la gaine, qui est incliné sur une direction horizontale.