CN102203881B - 用于核燃料脱壳的方法和利用包壳变形的粉碎机 - Google Patents

Abstract

本机器包括两个辊子(3)，用于使核燃料包壳(16)成椭圆形以粉碎包壳的内容物使得包壳的内容物容易移除，即使燃料球以很小的间隙布置在包壳中。所述辊子(3)的相对倾斜促使所述包壳(16)自动向前运动。所述包壳的开口和倾斜引起压碎的燃料释放出来。所述辊子是双锥形的，具有半径渐增的输入部分和半径渐减的输出部分，以充分实施椭圆化进而粉碎燃料同时当包壳离开机器时包壳恢复圆状，从而便于碎屑流出。

Description

用于核燃料脱壳的方法和利用包壳变形的粉碎机

技术领域

本发明的主题是一种用于从包壳中释放核燃料的方法和一种用于通过对包壳实施变形而粉碎处于密实状态的该燃料的机器。

背景技术

核燃料的处理和回收通常包括剪切所述包壳以使剪切所释放的燃料和保持容纳在片状的被剪切的包壳(也称为壳体)中的燃料在硝酸中溶解。

关于非放射性的MOX、RNR或LWR燃料的包壳，以前期望通过使包壳的燃料含量排空来分离包壳和燃料，这是因为燃料不容易与壳体一起溶解，并且另外芯块形式的燃料在溶解处理之前必须粉碎，以通过增大酸侵蚀的表面积来改善这种处理。

一种用于核燃料脱壳的常规方法包括使用工具打开包壳，然后倾斜所述包壳使得燃料能够漏出。然而在许多情况下存在困难，特别是当燃料芯块与包壳具有很小的间隙(小于约0.2mm)时，如果他们已经在包壳和脱壳之间膨胀，或者如果他们已经变得碎裂，破裂的渣屑导致包壳内的芯块堵塞。结果，芯块不能在倾斜包壳时得到释放。

其他脱壳方法已经取得了专利权。人们可能提到文件HU-A-48046(经过摘要XP 002 469 759获得)、EP-A-0 169 129或FR-A-1 452 479。这几份文件使用辊子对包壳实施塑性变形以产生接触压力，导致包壳材料粉碎以减小其厚度以及相关地增大其直径。根据这些专利，仍保持密实的燃料的间隙增大，由此便于燃料的释放。然而，这些方法首先取决于包壳内存在处于密实状态的连续芯块，其次取决于芯块在减小包壳的厚度所需要的滚轧压力的影响下仍保持密实状态(完整的芯块)。这些方法因此在存在易碎芯块时可能仍然不能胜任，这些易碎芯块的直径是不均匀的和/或这些易碎芯块在包壳中碎裂，因此导致在这些点处的减小厚度的包壳变劣或中断这些点处的包壳厚度的减小，并因此中断包壳直径的期望增加，并且导致包壳形状的不规则并由此因燃料拥挤而形成燃料释放的进一步障碍。

适当施用这些方法的另一重要条件是打开包壳以使燃料释放的切割必须与第一燃料芯块齐平以免辊子压力在这个开口处产生缩颈，这将阻碍芯块的释放。即使开口和燃料的端部之间的距离小到0.5或1米，也能确定该收缩。还有，开口通常开在距离燃料一定距离处，燃料可能损坏与其接触的切割工具，并且燃料的端部无论如何都是很难确定的：因此发生收缩，并且这将阻碍燃料的释放。

文件JP-A-63 182 559描述了燃料包壳穿过多对相当紧密地放置的辊子，由此使包壳成为非常显著的椭圆形以粉碎燃料，即使其从被分隔成正常形状的芯块的密实状态变成芯块被碎裂成小块或粉末的破碎状态。这种方法的一个缺点是由最后一对辊子所进行的椭圆化是决定性的，并且如果粉碎不彻底，还可能因此危及燃料的释放。

发明内容

本发明提出了用于核燃料脱壳的改进方法，该方法需要包壳变形，变形的程度足以粉碎初始处于密实状态的燃料。本发明的特点在于，包壳的段的变形不是决定性的，恰恰相反，包壳的段的变形在最后一步减小了以便至少在很大程度上恢复包壳的原始圆形(处理后包壳直径的变化小于0.05mm)。这两重原始化在保证燃料移除与以前已知方法相比是非常改进的方面发挥重要作用。

本发明的一个方面因此是一种用于核燃料脱壳的方法，所述燃料处于密实状态，所述方法包括由将包壳放到使包壳变形的机器中，所述机器利用经过多个周期的重复椭圆化引起包壳塑性变形所组成的步骤，其特征在于，经过多个周期的椭圆化是从一个周期到另一个周期地逐渐增加，然后递减，以便粉碎燃料却使包壳保持原始的圆形形状。

椭圆化是初始圆形段经过压扁变形成椭圆形。椭圆化周期对应包壳的半圈(包壳被放置成恒速旋转)，从而由辊子进行变形的包壳的段的每个点达到辊子经过一个周期所形成的限定的椭圆形的最大半径和最小半径。强椭圆化对应使一段包壳更加扁平。当包壳在辊子之间移动时，递增椭圆化对应于当一段包壳在辊子之间移动时，使同一段包壳从一个周期到另一个周期地渐增地更加扁平，并且相反地递减椭圆化对应于从一个周期到另一个周期地渐减地减小扁平。当所述段的一个点经过椭圆形的最大半径或最小半径时，可以限定一个周期内的最大椭圆化。椭圆化能够使用任意标准测量，说明椭圆形的最大半径和最小半径之间的差或比，或者这些半径中的一个与变形前圆形形状的初始半径之间的差或比。

椭圆化优选使用相当大的力经过至少40个周期粉碎燃料以保证燃料被精细地粉碎。

椭圆化能够实施达到一定程度，使得与密实芯块状态时的直径相比燃料的直径至少减小3％。

本发明还涉及一种用于对核燃料包壳实施变形的机器，所述机器能够实施上述方法。所述机器包括一对相对地面对的且所述包壳穿过其间的辊子，和使辊子旋转的电动机；其特征在于，所述辊子包括具有锥形前段部分和锥形输出部分的周边边缘，这两部分均朝向所述辊子的中央部分延伸，以及所述辊子具有基本上平行于包壳通过所述机器的运动方向的旋转轴，从而所述辊子的边缘的所有所述部分有助于使包壳变形。所述辊子的这个结构允许逐渐实施包壳的充分变形以粉碎燃料，接着逐渐减小变形以使包壳恢复到初始圆形。

本发明的辊子的特征形状是中央厚而两端逐渐变细，并且因此是中凸的，与文件JP-A-63 182 559中的辊子的中凹形状相区别，并且与本发明的辊子不同，文件JP-A-63 182 559中的辊子还具有基本上垂直于包壳的方向的轴线。

前段部分和输出部分是足够宽的和厚的以在包壳上施加进行两次连续的椭圆化，并且与辊子的端面相区别，所述辊子的端面只是限制，不施加任何压力。

所述中央部分是有利的圆柱形的以经过足够数量的椭圆化周期实施最大变形。因此，中央部分常常是相当宽的部分。

根据另一改进，所述辊子具有基本上平行于所述包壳通过机器的运行方向的轴线，但是沿与所述方向相反的方向倾斜，所述倾斜角可能是相对于这个方向2°或者小于2°。所述辊子实施的变形则不仅伴随包壳的旋转产生，而且也伴随包壳的一定速度的运动产生，所述包壳的速度足够慢以使在每一段包壳通过辊子中间空间之前经过期望数量的椭圆化。

所述机器有利地包括包壳导引件，所述包壳导引件沿水平方向倾斜(处于机器的装配状态)，使得当燃料被粉碎时燃料从包壳中移出。即使对于很长的包壳也能更好的保证有效的燃料移出。

附图说明

下面将结合附图描述本发明，其中：

图1是机器的透视图；

图2是机器的侧视图；

图3是机器的俯视图；

图4例示了一个椭圆化过程，以及

图5例示了所有的椭圆化周期。

具体实施方式

所述机器包括一个框架，在框架上安装了一个齿轮电动机2和一对相对地面对的辊子3。辊子布置在杆4上，杆在成对的轴承5中旋转，并且在杆的一个端部设有小齿轮6。齿轮电动机2还包括输出小齿轮7。链8在小齿轮6和7之间张紧以对杆4和辊子3施加等速旋转并沿相同方向旋转。辊子3在其边缘9上包括一个锥形前段部分10(包壳16最先到达锥形前段部分10)，中央部分11和锥形输出部分12(包壳经由锥形输出部分12离开辊子3)，三者不变直径地连接在一起，锥形部分10和12朝向中央部分“扇形散开，中央部分11因此形成辊子3的最宽部分(在图3的例示中它们的锥形形状被夸大)。成对的轴承5安装在滑架13上，滑架13利用各自的调整螺钉14结合于框架上，调整螺钉14是对齐的使得调整螺钉14的旋转允许滑架13之间的距离和辊子3之间的空间变化。最后，所述装置还包括安装在滑架13之间的框架1上的包壳导引件15，以接收容纳核燃料的包壳16，并且为了实施脱壳方法，包壳16以前已经用任何工艺打开，其中包壳16的一个端部的被切断；包壳导引件15中的开口17允许包壳16插入机器中。

应当注意的是，切割包壳16的一些工艺可能导致包壳16在开口处收缩，这可能阻碍燃料的移除，但这一部分能够通过磨削包壳16的端部移除。

所述机器操作如下。齿轮电动机2开始工作，且包壳16经由开口17插入包壳导引件15。包壳16被辊子3捕获，辊子3的空间根据包壳16的直径进行选择，并且包壳16由前段部分10逐渐变形，变形经中央部分11得到保持，然后包壳经由输出部分12恢复圆状且释放。在这里发生了包壳16的周期性椭圆化，其中，当包壳16通过前段部分10、中央部分11接着输出部分12时，包壳16起初增大，接着保持稳定然后减小，在不损害包壳16离开机器时所恢复的圆状的前提下粉碎密实的燃料。

图4和图5给出了一些解释。包壳16的每一段假定是椭圆的，大约椭圆形形状，当通过辊子3之间时引起包壳16变形。椭圆形状的最大半径是R，最小半径是r，这取决于在所考虑的包壳16的段处辊子3之间的距离。包壳的任意点C具有半径rx。图5例示了当包壳16在正在旋转的辊子3之间行进时，点C的半径rx随时间的变化；从对应于非变形状态(圆形)的包壳16的半径ro的扁平部分开始，曲线在通过前段部分10的第一步处(对应于所考虑的点C所属的包壳16的段穿过)逐渐增大波动，接着当所述段穿过中央部分11时相等波动，然后当所述段穿过输出部分12时逐渐变小，并且当点C的段离开辊子3时，所述段恢复大约圆形，点C的半径再次假定为接近ro的稳定值。曲线的上包络线通过最大半径R，下包络线通过最小半径r。一个椭圆化周期Z对应包壳16旋转半圈，并且对应于点C从大半径R转换到小半径r，或者对应于图5中曲线的一个完整波动。该曲线依次被包壳16的所有段的所有点遵循。能够限定一个周期Z所达到的椭圆化，例如当在椭圆形形状具有最小半径的点处，即圆形形状的原始半径r_o降低，因而零椭圆化对应于圆形形状，大椭圆化对应于非常

微粒尺寸族(mm)	质量百分比(％)	累积百分比(％)
			φ＜0.080	15.8％	15.8％
0.08＜φ＜0.125	3.8％	19.6％
			0.0125＜φ＜0.16	2.6％	22.2％
0.16＜φ＜0.2	1.5％	23.7％
			0.2＜φ＜0.315	5.3％	29.0％
0.315＜φ＜0.5	6.3％	35.3％
			0.5＜φ＜0.8	6.6％	41.9％
0.8＜φ＜1.25	8.6％	50.6％
			1.25＜φ＜1.8	6.8％	57.4％
1.8＜φ＜2	2.2％	59.6％
			2＜φ＜3.15	14.9％	74.5％
φ＞3.15	25.4％	99.9％

Claims (7)

1.一种用于从圆形包壳中移除核燃料的方法，所述燃料处于密实状态，所述方法包括由将所述包壳插入对所述包壳实施变形的机器中以利用经过多个周期的重复椭圆化使所述包壳发生塑性变形所组成的步骤，其特征在于，椭圆化在所述周期过程中从一个周期到另一个周期是逐渐增加的，然后递减，以便粉碎所述燃料并且然后恢复所述包壳到原始圆形形状，

所述方法还包括，当所述核燃料已被粉碎时，使所述包壳倾斜，直到所述核燃料从所述包壳移除。

2.按照权利要求1所述的用于从圆形包壳中移除核燃料的方法，其特征在于，所述燃料经过至少四十个周期被粉碎。

3.按照权利要求1或2所述的用于从圆形包壳中移除核燃料的方法，其特征在于，通过比处于密实状态的燃料的直径减小至少3％来实施椭圆化。

4.一种用于对燃料包壳(16)实施变形的机器，包括一对相对地面对的辊子(3)和使所述辊子旋转的电动机(2)，其特征在于，

所述辊子包括具有锥形前段部分(10)和锥形输出部分(12)的周边边缘(9)，所述前段部分(10)和输出部分(12)均朝向所述辊子的中央部分延伸并且所述辊子在中央厚且在端部逐渐变细，并且所述辊子具有基本上平行于所述包壳通过所述机器的运动方向的旋转轴，因而所述辊子的边缘的所有所述部分有助于包壳变形，所述中央部分是圆柱形的。

5.按照权利要求4所述的机器，其特征在于，所述辊子具有在与所述运动方向相反的方向倾斜的旋转轴。

6.按照权利要求5所述的机器，其特征在于，所述辊子相对于所述方向倾斜不超过2°。

7.按照权利要求4至6中的任意一项所述的机器，其特征在于，所述机器包括相对于水平方向倾斜的包壳导引件。