(57)【要約】【課題】放射性を有する使用済燃料棒を複雑な機構や装置無しに遠隔操作で再処理可能な脱被覆方法を提供することである。また、LWR用燃料棒とFBR用燃料棒を同一設備で処理可能な設備の稼働率の向上を図る事のできる脱被覆方法を提供する。【解決手段】原子炉の使用済燃料の再処理工程における被覆管に収納された燃料からなる使用済燃料棒の脱被覆方法において、燃料棒を燃料棒せん断片にせん断する工程と、燃料棒せん断片を重力下で自由落下させて前記被覆管内の燃料を破砕する工程と、前記被覆管と燃料をフルイ機により分離する工程と、分離された燃料を粉砕する工程とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉の使用済燃料の再処理工程における被覆管に収納された燃料からなる使用済燃料棒の脱被覆方法において、
前記燃料棒を燃料棒せん断片にせん断する工程と、
前記燃料棒せん断片を自由落下させて前記被覆管内の燃料を破砕する工程と、
前記被覆管と燃料をフルイ機により分離する工程と、
分離された燃料を粉砕する工程と
を有することを特徴とする原子炉の使用済燃料棒の脱被覆方法。
【請求項２】
請求項１に記載された原子炉の使用済燃料棒の脱被覆方法において、前記分離工程により分離された前記被覆管を破砕する工程と、破砕された前記被覆管を磁力選別により除去して残留燃料を前記粉砕工程へ回収する工程を有することを特徴とする原子炉の使用済燃料棒の脱被覆方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載された原子炉の使用済燃料棒の脱被覆方法において、前記破砕工程は燃料を前記被覆管から分離できる粒径以下に破砕し、前記粉砕工程は燃料を均一粒径に粉砕することを特徴とする原子炉の使用済燃料棒の脱被覆方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載された原子炉の使用済燃料棒の脱被覆方法において、前記破砕工程における前記燃料棒せん断片の自由落下は、螺旋状のブレードを有する水平回転軸を持つ回転胴内に前記燃料棒せん断片を投入し、前記回転胴を回転させ回転胴内で被覆管を落下させて行うことを特徴とする原子炉の使用済燃料棒の脱被覆方法。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載された原子炉の使用済燃料棒の脱被覆方法において、前記破砕工程における前記燃料棒せん断片の自由落下は、振動台上で跳ね上げられた前記燃料棒せん断片を落下させて行うことを特徴とする原子炉の使用済燃料棒の脱被覆方法。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれかに記載された原子炉の使用済燃料棒の脱被覆方法において、前記破砕工程における前記燃料棒せん断片の自由落下は、各工程に前記被覆管を搬送する複数の搬送機の間に設けた段差によって前記燃料棒せん断片の落下を行うことを特徴とする原子炉の使用済燃料棒の脱被覆方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載された原子炉の使用済燃料棒の脱被覆方法において、前記被覆管内の燃料を破砕する破砕工程は加熱状態で行うことを特徴とする原子炉の使用済燃料棒の脱被覆方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電所等の原子炉から発生する使用済燃料棒を再処理する際、燃料集合体を解体して燃料棒をせん断後、被覆管より燃料を分離する脱被覆処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所の軽水炉(以下LWR)、高速増殖炉(以下FBR)等から発生する使用済燃料を再処理する際、燃料棒集合体を解体して燃料棒をせん断後、被覆管から燃料を分離回収する脱被覆処理が必要である。
【０００３】
従来の再処理方法で採用されている湿式による脱被覆方法では、せん断した燃料棒を被覆管ごと溶解槽に投入し、燃料のみを硝酸溶液により溶解して被覆管と分離していた。
【０００４】
一方、将来計画として先進的な再処理法の開発が進められており、この中には乾式の再処理を行う方法も候補として上がっており、溶解法によらない脱被覆方法の開発が必要となっている。
【０００５】
ここで、乾式の脱被覆方法として下記が開発されている。例えば特許文献１、特許文献２では、LWR用燃料棒ではせん断後、加熱処理を行うことにより燃料の結晶構造を変化させて粉体化し、その後フルイ分けを行うことにより燃料と被覆管を分離する。また、非特許文献１では、FBR用燃料棒についてはせん断後、破砕処理を行ったあと磁力選別方式で燃料と被覆管を分離する。
【０００６】
また、特許文献３には、切断された燃料要素をボールミル内でボールにより叩いて粉体化する構成が開示されている。さらに、特許文献４には、脱被覆された燃料ペレットを細かく粉砕する構成が開示されている。
【０００７】
しかしながら、いずれにおいても、ＬＷＲ用燃料棒とＦＢＲ用燃料棒の両方を処理可能な脱被覆方法は技術的に確立されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許３１２８０６６号公報
【特許文献２】特開平３−１４６８９９号公報
【特許文献３】特公昭４６−２２２８０号公報
【特許文献４】特開６１−１３４６９７号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】サイクル機構技報No.25 2004.12「高速炉燃料再処理における新脱被覆システムの開発」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、放射性を有する使用済燃料を複雑な機構や装置を用いることなく遠隔操作で処理可能な脱被覆方法を提供することである。また、LWR用燃料棒とFBR用燃料棒を同一設備で処理可能な、設備の稼働率の向上を図ることのできる脱被覆方法を提供することである。
【００１１】
具体的には、ぜい性が高く衝撃により破砕しやすい焼結燃料の性質を利用して被覆管内の燃料のみを破砕し、その後フルイ分けを行い被覆管と燃料を分離し、分離された燃料破砕片は次工程での取扱性を考慮し粉砕処理を行ったのち、脱被覆工程から次工程に払い出すものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、原子炉の使用済燃料の再処理工程における被覆管に収納された燃料からなる使用済燃料棒の脱被覆方法において、前記燃料棒を燃料棒せん断片にせん断する工程と、前記燃料棒せん断片を自由落下させて前記被覆管内の燃料を破砕する工程と、前記被覆管と燃料をフルイ機により分離する工程と、分離された燃料を粉砕する工程とを有することを特徴とする。
【００１３】
また、原子炉の使用済燃料棒の脱被覆方法において、前記分離工程により分離された前記被覆管を破砕する工程と、破砕された前記被覆管を磁力選別により除去して残留燃料を前記粉砕工程へ回収する工程を有することを特徴とする。
【００１４】
また、原子炉の使用済燃料棒の脱被覆方法において、前記破砕工程は燃料を前記被覆管から分離できる粒径以下に破砕し、前記粉砕工程は燃料を均一粒径に粉砕することを特徴とする。
【００１５】
また、原子炉の使用済燃料棒の脱被覆方法において、前記破砕工程における前記燃料棒せん断片の自由落下は、螺旋状のブレードを有する水平回転軸を持つ回転胴内に前記燃料棒せん断片を投入し、前記回転胴を回転させ回転胴内で被覆管を落下させて行うことを特徴とする。
【００１６】
また、原子炉の使用済燃料棒の脱被覆方法において、前記破砕工程における前記燃料棒せん断片の自由落下は、振動台上で跳ね上げられた前記燃料棒せん断片を落下させて行うことを特徴とする。
【００１７】
また、原子炉の使用済燃料棒の脱被覆方法において、前記破砕工程における前記燃料棒せん断片の自由落下は、各工程に前記被覆管を搬送する複数の搬送機の間に設けた段差によって前記燃料棒せん断片の落下を行うことを特徴とする。
【００１８】
また、原子炉の使用済燃料棒の脱被覆方法において、前記被覆管内の燃料を破砕する破砕工程は加熱状態で行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、原子炉の使用済燃料の再処理工程における被覆管に収納された燃料からなる使用済燃料棒の脱被覆方法において、前記燃料棒を燃料棒せん断片にせん断する工程と、前記燃料棒せん断片を重力下で自由落下させて前記被覆管内の燃料を破砕する工程と、前記被覆管と燃料をフルイ機により分離する工程と、分離された燃料を粉砕する工程とを有することにより、LWRに用いられる燃料棒とFBRに用いられる燃料棒を、乾式でかつ共通の設備で脱被覆処理を行うことが可能となり、稼働率の向上が可能となる。さらに、複雑な機構を用いることなく遠隔操作で脱被覆処理が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１を示すブロックフロー図である。
【図２Ａ】本発明の実施例１に用いる脱被覆機の模式図である。
【図２Ｂ】本発明の実施例１に用いる脱被覆機の斜視図である。
【図２Ｃ】本発明の実施例１に用いる燃料棒せん断片の模式図である。
【図３】本発明の実施例１の全体構成を示す模式図である。
【図４】本発明の実施例２に用いる脱被覆機の模式図である。
【図５】本発明の実施例３に用いる脱被覆機の模式図である。
【図６】本発明の実施例４を示すブロックフロー図である。
【図７】本発明の実施例６に用いる脱被覆機の模式図である。
【図８】本発明の実施例７に用いる脱被覆機の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明において、せん断した燃料棒への衝撃の与え方については、ハンマーミルやボールミルのように強制的に燃料棒せん断片に打撃等を与えた場合、被覆管が潰れて燃料が被覆管内に閉じ込められる可能性が高いため、強制的に衝撃を与える方法は適当でない。そのため本発明では、燃料棒せん断片自体を重力下で自由落下させることことにより衝撃を与える方法とする。自由落下距離は、燃料が破砕可能でかつ被覆管が潰れない高さを事前に調査し選定することとする。また、落下距離以外に落下回数も事前に調整することにより最適な回数を選定可能とする。
【００２２】
自由落下させる方法としては回転する円筒内に燃料棒せん断片を入れ、円筒の回転と供に燃料棒せん断片が持ち上げられ、自由落下する運動を繰返し、燃料棒に衝撃を与えるものである。別の方法としては振動により燃料棒せん断片を上下運動させ、繰返し燃料棒に衝撃を与える方法も同様の効果が期待できる。更に、移送経路の中で複数個の段差を設け燃料棒を自由落下させることにより繰返し燃料棒に衝撃を与える方法も考えられる。
【００２３】
また、必要に応じ自由落下する燃料棒せん断片の加熱が可能な設備とすることも可能とする。更に、必要に応じフルイ分けの後段に破砕機を設置し、万一被覆管内に燃料が閉じ込められた場合のバックアップ機能を持たせることも可能である。
【００２４】
以下、本発明の実施形態を実施例及び図面について説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１において、解体装置１で解体された燃料棒集合体は、供給装置によりせん断装置２に搬送され、せん断装置２内で端栓部やプレナム部を除去されて燃料棒せん断片にせん断された後、せん断片受ホッパ３に搬送され、脱被覆機４で被覆管から燃料が破砕され分離されたのち、フルイ機５に搬送され被覆管を除去された後、粉砕機６に搬送されて燃料が粉砕され、次工程に搬送される。
【００２６】
ここで、ＬＷＲ用燃料被覆管は通常、直径約１０ｍｍの非磁性ジルカロイを用い、ＦＢＲ用燃料被覆管は通常、直径約６ｍｍのステンレス鋼を用いる。脱被覆機４で破砕される燃料の粒径は被覆管から燃料が分離される大きさであり、粉砕機６で粉砕される燃料の粒径は後処理のため数ｍｍ程度の均一な粒径とする。
【００２７】
７はせん断装置２に接続された端栓部処理設備、８はフルイ機５に接続された被覆管処理設備である。
【００２８】
図２Ａ〜２Ｃおよび図３に示す様に、脱被覆機４は内部に円筒状の回転胴１１を有し、内部に螺旋状のブレード１２からなる撹拌部材、端部に端板１３を有する。燃料棒せん断片１０は被覆管Ａと燃料Ｂからなる。
【００２９】
せん断片投入管台１６から回転胴１１内に投入された燃料棒せん断片１０は、モータ１５により駆動回転する回転胴１１内で、ブレード１２により上昇と自由落下を反復しながら軸方向に搬送され、せん断片排出管台１７から排出される。この過程で自由落下により被覆管Ａ内の燃料Ｂのみが破砕され、被覆管Ａから分離される。
【００３０】
ブレード１２は、回転胴１１の軸方向に平行な板材からなるラダーを螺旋状に配列しても良い。回転胴１１の直径、長さ等は燃料に最適な破砕を与えるために適宜選択することができ、回転数も同様に選択することができる。
【実施例２】
【００３１】
図４に、実施例１と異なる構成の脱被覆機を有する実施例２を示す。実施例２の脱被覆機２４は、回転胴１１の外周に加熱用ヒータ２０を追設したものである。上記の構成によれば、加熱により燃料がより破砕されやすくなるため、特に磁力選別ができないＬＷＲ用燃料棒の脱被覆に効果を有する。
【実施例３】
【００３２】
図５に、他の加熱手段をもつ脱被覆機を有する実施例３を示す。実施例３の脱被覆機３４は、回転胴１１の外周に燃焼器または外部ヒータ等からなる外部加熱源２１を追設したものである。上記の構成によっても、加熱により燃料が破砕されやすくなるため、特にＬＷＲ用燃料棒の脱被覆に効果を有する。
【実施例４】
【００３３】
図６に、本発明の実施例４のブロックフロー図を示す。実施例４は、図1のフローの後段に被覆管の破砕処理工程を追設したもので、フルイ機５の下部に被覆管破砕機３０を設け、破砕した被覆管を磁選機３１に導入して被覆管を分離し、残留した燃料粉を粉砕機６に回収するものである。これはステンレス鋼を用いるＦＢＲ用燃料棒の脱被覆に効果を有する。ステンレス鋼は破砕処理の過程で磁力選別が可能となる。
【００３４】
被覆管破砕機３０には2軸せん断破砕式の破砕機等を用いることができる。また、磁選機３１にはドラム型磁気分離機等を用いることができる。
【実施例５】
【００３５】
実施例４に示したフローの脱被覆システムにおいて、脱被覆機４に実施例２、３で示した加熱機構を追設した設備および処理工程を用いることにより、ＬＷＲ用燃料棒およびＦＢＲ用燃料棒の双方に効果のある設備および処理工程とすることが可能である。
【実施例６】
【００３６】
図７は、他の分離手段をもつ脱被覆機を有する実施例６を示す。図７において、脱被覆機４０は振動台４１と、振動発生機４２を有する。振動台４１上で上方に跳ね上げられた燃料棒せん断片１０は、下降工程で自由落下により振動台４１上に落下し、燃料が破砕される。４３はせん断片投入管台、４４はせん断片排出管台である。
【実施例７】
【００３７】
図８は、他の分離手段をもつ脱被覆機を有する実施例７を示す。図７において、脱被覆機５０は互いに段差を持つ複数の搬送機５１を有し、各搬送機５１上の燃料棒せん断片１０は次の搬送機５１上に自由落下する際に燃料が破砕される。従ってこの場合は格別な脱被覆装置を必要としない。次工程への払出しは搬送機５１にダンパ５２を出し入れ可能に設置しておこなう。
【符号の説明】
【００３８】
Ａ：被覆管
Ｂ：燃料
４：脱被覆機
５：フルイ機
１０：燃料棒せん断片
１１：回転胴
１２：ブレード
４０：振動台
５１：搬送機
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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