CN1742345A - 制造无污染mox燃料棒的方法和设备 - Google Patents

Abstract

在划分成隔室的密封箱中，使用一个定心和对准芯块的元件和一个长的具有敏感驱动的推进设备，由MOX芯块制造芯块列制造无污染燃料棒的方法和设备。

Description

制造无污染MOX燃料棒的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种在降压(depression)的密封箱中由芯块制造无污染MOX燃料棒的方法，该方法包括对一个燃料棒的下列操作：

-将芯块连续成列装入在其一端预先装有塞子的包层管中；

-装入各种结构部件，特别是止动弹簧；

-在包层管的另一端安装第二塞子；

-周边焊接上述第二塞子；以及

-对上述包层管或燃料棒已经可能污染的部分进行至少一次清洗和至少一次污染检查。

通过再循环利用从民用核燃料的再处理中产生或者从核武器处理程序中产生的钚为商用核反应堆制造新的铀/钚混合氧化物(MOX)燃料的技术正在工业化和全球化。

工业化尤其在于

-制造过程的自动化；

-操作人员受电离辐射的限制；以及

-液体和固体废物的减少。

全球化使得不同政治、经济或人口的大国(美国，日本，俄罗斯，印度，中国等)都能掌握这种再循环利用技术。西欧在该领域中工业过程的发展中保持一定领先地位。

电力生产者对与市场自由化相关的竞争力的寻求驱动着核燃料设计者通过争取连续地增加UO₂燃料和MOX燃料的燃耗值(例如50GWd/t)，来限制反应堆芯更换燃料的频率。这就导致了旨在生产具有较高易裂变钚含量，并且具有逐渐退化同位素组分的民用钚的MOX燃料，也就是生产具有持续增加α发射性的燃料。

为了控制MOX燃料制造工厂的安全(操作员摄取/吸入风险的防止)，运输的安全以及核动力反应堆的安全(主回路的无污染)，装入燃料元件的MOX燃料棒在其包层管外表面上不被污染或仅非常轻微地被污染是重要的，该包层管用其焊接端塞提供MOX芯块的密封。

本发明涉及制造MOX燃料棒的操作，特别是将高度污染的芯块装入包层管中，以及安装和焊接第二端塞的操作，并且涉及工业化生产无污染MOX燃料棒的方法和设备，而不需要使用湿法化学或电解去污操作而产生污染和增加临界风险。

作为提示，核燃料棒通常包括金属包层管(最经常由锆合金或不锈钢制成)，燃料芯块(最经常由铀氧化物或铀/钚氧化物制成)，止动弹簧以及提供对气体的密封和核材料的包容的两个焊接端塞。这些燃料棒用导电惰性气体(最经常是氦)充满，加压或不加压。芯块和包层管之间的间隙非常有限(例如，对于轻水反应堆为150-200μ左右)。除上述止动弹簧之外的结构部件可以装在燃料棒的头部或底部(例如插入管，隔离芯块，“吸气器”，盖层芯块等)。

在燃料棒制造期间，重要的是将芯块装入包层管中的方法须

-限制易于污染的包层管部分以及该污染的等级，为了限制，也许甚至避免，清洗/去污操作；特别是避免包层管外表面中污染物的结壳，尤其在构成第二塞子焊缝的开口端面中，而这些可能的操作可能增加因为不满足外部污染标准而废弃的燃料棒的比例。

-避免超出必需地加压陶瓷芯块，因而避免在装入期间产生机械阻塞的碎片的产生，以及在这些碎片可能引入到包层管中之后，因相邻芯块之间多度间隙的损坏燃料棒的产生。

背景技术

核燃料棒，特别是MOX燃料棒的制造包括上述的各种操作，在描述例如已经公开并且对发明者已知的现有技术之前回顾是有用的。这些操作通常在提供环境和操作员相对于α(以及β，γ)发射体的保护的密封箱中执行：

-引入装配有第一密封塞子的包层管；

-将芯块装入包层管中；

-装入芯块压缩弹簧；

-用惰性气体替换包层管中的空气；

-在芯块装入期间，清洗/去污污染的包层管部分；

-安装第二塞子；

-周边焊接第二塞子；

-若有需要单独地或与前述焊接同时地对包层管加压；

-在单独加压的情况下，焊接加压孔；

-测量受污染的包层管部分的污染度。

由制造者实现的技术目的在于满足有时可能矛盾的各种目标。一些非限制性实例可以被陈述如下：

-操作安全：尤其是，通过排除易挥发洗涤溶剂来限制与中子慢化剂液体的使用相关的临界风险限制，以及火灾/爆炸风险的限制；例如手套式操作箱型的密封箱中放射性物质特别是α放射体的保存；

-生产的燃料棒的质量：尤其是焊接的质量(没有氧化，没有夹杂等)，没有产生芯块之间间隙的碎片，没有固定或可转移的外部污染；

-制造过程的工业化：操作的自动化；生产力；操作员暴露于电离辐射的限制(外部或内部暴露)；在清洗/去污操作期间产生的固体和液体废物的限制。

向这些目标的努力可能导致执行上述操作的特定顺序的选择，或者执行如此这般操作的特定技术选择，从而益于所有这些操作，关于安全、效率或废物限制，或者提高产品质量。对MOX燃料制造过程产生影响的一些技术在下面陈述：

-通过湿法或干法研磨，通过机械装置或通过激光将灰尘从芯块去除，通过限制芯块中再循环利用的废料的部分，通过芯块的均匀翻动等，控制填充之前芯块上灰尘的累积。

-在空气或氮气下将芯块装入包层管中，其需要通过用惰性气体多次填充来稀释所述空气或氮气或者抽空包层管以便接下来将惰性气体引入其中，并且这样做时，污染燃料棒(已经提供或还没有第二塞子)的开口端；

-密封或不密封地放置由最普遍操作TIG(钨极惰性气体)环形焊接的第二塞子，从而允许在另一个工作线或另一个机器中加压；作为选择，焊接过程在单个操作中提供第二塞子的焊接和加压(电阻或激光焊接)。

与本发明领域相关的各种现有发明在下面概述，作为非穷举实例，根据其存在

-在没有特定密封设备(手套式操作箱型)的情况下，使用将芯块引入包层管中的定心装置；

-圆柱形/截顶锥形的固定定心(参看US 4 980 119，US 4 748798，US 5 251 244)；

-圆形横截面的三层定心(一层固定+两层中间)(参看US 3940 908)；

-固定V形定心(参看US 3 907 123)；

-多边形或正方形横截面的固定定心(参看US 4 942 014)；或者

-使用安装在密封箱中(手套式操作箱型)、将芯块引入包层管中的定心设备：

-安装在箱中心的截顶锥形固定定心(参看US 3 925 965)；

-安装在密封箱的两个区域，活动和非活动，边界的定心，活动区域为芯块的装入而保留(参看WO 98/26428)。

应当注意，最后一篇文献提及将箱分成仅两个隔室。

发明者已知的所有上述设备都不满足与用陶瓷芯块工业制造无污染MOX燃料棒相关的需求，除了灰尘的累积之外，其在装入操作期间产生自身产生机械干扰和阻塞的、所有形状和大小的碎片；

-或者这些设备不会将暴露于污染的包层管部分限制于严格最小，或者不存在密封箱中污染级别的管理(从装入区域中的高度污染到当燃料棒离开密封箱时非常轻微地污染或无污染)，该管理的缺乏导致过度或多余的污染，这必须由最经常基于产生各种废物和临界另外风险的液体处理的另外操作来消除。

-或者这些设备对于由成列的芯块传送的灰尘和碎片和/或特别在装入包层管的操作期间产生的灰尘和碎片敏感，该敏感性导致机械阻塞，产生机器停止，密封箱中操作员干预，操作员、车间甚至有时箱隔室的污染的风险应当保持很低甚至无污染；

-或者当芯块的钚含量和钚的α放射性高时，即使以另外的液体去污操作为代价，管理污染和装入芯块的这些设备也不允许含钚燃料棒制造遵循其无污染规范。

发明内容

本发明的目的在于补救上述缺点以及对本领域技术人员众所周知的其他缺点，基于特别对制造过程的实现以及对制造产品的质量具有影响的各种方法，以及这些操作和方法的特殊、新的发明组合。因此：

-在燃料棒从箱中抽出之前，芯块的装入，暴露于污染的包层管端部的清洗/去污，弹簧的放置以及第二塞子的安装(依赖于所述塞子密封还是未密封地安装，具有或不具有第二塞子的立即焊接)，清洗，以及无污染测量的各种操作可以主要在一个且同一个工作线上或者在根据相应操作的气氛和污染级别而彼此保持隔离的不同箱隔室中执行；所述最后两个隔室至少有利地设计使得它们的污染可以在操作期间无论连续传送多少燃料棒长期维持在低级别(例如，通过具有本领域技术人员众所周知的去污能力)；

-优先引入到密封箱中的包层管部分局限于严格必需的部分，从而限制暴露于污染且在出口处应受污染检查以及可能的清洗/去污操作的部分；

-优先将芯块预先引入到氦或真空下的密封箱中，并装入预先充满氦或预先抽出空气成分的真空下的包层管中。因为氦非常低的动态粘度，能够将芯块以工业速度(100-150mm/sec的级别)在氦下装入包层管中，而不需要抽空包含在包层管中的空气，这将不会使灰尘大量携带到燃料棒的开口端；

-芯块到包层管中的引入-或装入-由具有圆形截棱锥形内部几何条件和精确容差的引入设备提供，从而：

-在包层管的开口端呈现在位置和方向方面充分对准的芯块，以避免机械干扰；

-在引入芯块过程中掩蔽包层管的开口端，以避免所述包层管的大量污染，污染的可能结壳以及另外的机械阻塞；

-捕获和/或收集和/或挡回灰尘和碎片，其可能导致芯块在其引入期间或引入到包层管中的阻塞。

-将芯块装入到包层管中是由包层管轴线上的V形元件上连续成列所保证，为了限制芯块上的力而需使用具有敏感驱动的设备，其力可根据装入过程中芯块列的顺序来限制，列的长度应足以使得包层管内列的引入深度大于待装入下一列的长度；必须注意，在装入包层管期间推动芯块的力根据推进设备引入的深度和装入过程中列的顺序(N)来限制；

-清洗暴露于污染的包层管部分的操作在污染发生之后立即进行，并且以干法，以便避免污染的传播以及控制临界的风险和污染液体废物的产生。

至少，上面新操作和方法的部分组合对于克服先前所述缺点是必需的。

因此，本发明的方法按下述步骤组织：

-将密封箱划分成多个连续隔室；

-将每个隔室连接到它的相邻隔室用于包层管的密封通道，所述通道中至少某些应该对准以便允许包层管沿着它的纵轴移动；

-将待装入、前端开口的包层管经由密封通道或经其输入口引入到第一隔室中；

-在连续隔室之间轴向驱动包层管，直到它的开口端到达最后隔室；

-在最后隔室中将芯块，并且如果适用也将除止动弹簧之外的各种结构部件通过其开口端装入包层管中；

-当装入完成时，将包层管部分轴向抽出，以便将其开口端传送到前面的隔室；

-在该前面隔室中，至少清洗并尽可能对包层管在装入过程中由芯块或由最后隔室的气氛暴露于污染的部分进行污染检查；

-在该清洗之后，轴向移动包层管，使得它的开口端位于另一个隔室中；

-在该其他隔室中，装入止动弹簧并将第二塞子安装在开口端中；

-在该安装之后，在同一隔室中或者在另一个隔室中，移动包层管执行可能的其他操作(例如，环形焊接，加压/开尖头等)；

-在第一或第二隔室中，对暴露于最后隔室的污染的燃料棒的部分进行污染检查，并且如果必要的话清洗；

-将燃料棒从第一隔室中抽出或者经由将箱彼此连接的该第一隔室横向传送到另一个密封箱；

-将各个隔室之间的污染，从第一隔室中无污染或非常轻微地污染到最后隔室中的最大污染进行分级；

-选择供给密封箱隔室(以及存在于那里的任何处理或传送箱)的气体，可由空气、氮、氦、氩、真空等组成；以及

-将隔室中的降压(depression)分级，以便形成从第一隔室中的最弱降压到最后隔室中的最强降压的任何泄漏。

形成本发明主题的上述方法可以有用地在常规MOX燃料制造工厂和制造包含除铀之外其他锕类比例的其它核燃料(作为非限制性实例：基于铀/钚的氮化物或碳化物的燃料，不具有为煅烧锕类而设计的增殖性物质的IMF燃料，基于钍/钚的MOX，具有可燃或不可燃吸收体的MOX等)的工厂中单独或组合地实现。

根据本发明一种实施例，对于芯块的装入和下面相关操作

-从支架到包层管开口端引入、定心和对准成列的芯块；以及

-从该列芯块中去除由装入的芯块传送和/或粘附到芯块的，和/或由引入、定心和对准操作产生的灰尘和碎片，

可执行下述步骤：

-通过一个底部具有连续滑道的V形轮廓并且与具有芯片直径的圆柱形出口相交的通道，校正支架和包层管开口端之间的偏心度，并且将芯块的轴与包层管的轴对准；

-在位于通道圆柱形部分中心的室中，将包层管定心；

-在芯块装入过程中掩蔽包层管的开口端；

-经由芯块和通道壁之间的自由部分，通过重力沉积或通过另外的喷吹和/或抽吸方法，捕获和/或收集和/或挡回灰尘和碎片。

本发明也涉及一种由芯块制造无污染MOX燃料棒，以实现本发明方法的设备。该设备包括执行下面操作的密封箱：

-将成列的芯块装入一端开口而另一端由第一塞子封闭的包层管中；

-清洗和尽可能检查已经与来自所述芯块的污染或灰尘接触的所述包层管部分的污染；

-装入各种结构部件，特别是止动弹簧；

-安装第二塞子；

-尽可能清洗和检查已经与污染物接触的所述包层管部分的污染。

根据本发明，在所述设备中：

-密封箱划分成多个不同的隔室；

-隔室最好从待装入、前端开口的包层管移动的方向上一个接着一个地连续布置；

-箱的隔室由密封隔板彼此隔离，以便使包层管从一个隔室传到另一个隔室，该密封隔板具有包括全通阀门和包层管圆周上的密封设备的通道，所述通道中至少某些须在上述包层管移动方向上对准，并在第一可能遇到的隔室入口处提供开口；

-安排轴向驱动机制，以便在所选隔室中沿着其纵轴移动引入的带有第二塞子的包层管或燃料棒的端部；

-将装入成列芯块的设备和装入除止动弹簧和第二塞子之外的各种结构部件的装置安装在最后隔室中；

-将至少一个用于清洗/去污的设备和可能检查在芯块装入期间暴露于污染的包层管部分的污染的装置安装在前面的隔室中；

-将装入止动弹簧和在包层管开口端中安装第二塞子-密封或不密封-的装置安装在另一个前面的隔室中；

-将执行可能另外焊接和/或加压操作所需的装置安装在同一隔室中或另一个隔室中；

-将检查污染和可能在前述操作期间暴露于污染的燃料棒的部分清洗/去污的装置安装在第一或第二隔室中；以及

-安装通风密封箱、其隔室和安装在其中的任何箱的装置，以及气体供给装置，以便使箱维持在与室内大气压相对的降压，并且可以提供

-每个隔室和/或安装在其中的箱的气体可以选自空气、氮、氦、氩、真空；以及

-隔室的降压的分级-以便形成从第一隔室中的最弱到最后隔室中的最强的任何泄漏的方向并且有助于污染的分级。

如所示，各个隔室可以另外安装一个或多个箱-或内室-并且可以在与隔室大气不同的气氛下操作，这些箱或室通常为过程操作(例如，在真空下装入芯块，在非常高纯度的氦下焊接等)或者处理操作(例如在受控气氛下在包层管开口端的气包中的横向传送)而设计。

优点

由本发明带来的优点是：

-制造具有高钚含量、无污染并且在焊接中不具有内含物和过度芯块间空间的燃料棒；

-不同的实现可能性：

-从完全手工处理到完全自动处理；

-从低/中生产力制造设备(一次仅处理一个燃料棒的“单燃料棒”装备)到高生产力设备(同时处理多个燃料棒的“多燃料棒”装备)；

-包层管/第二塞子的不同配置(例如，在包层管中密封或不密封安装的塞子，具有轴向或横向尖头的塞子，等)；

-环形焊接(TIG，电阻，激光等)和加压的不同技术；

-不同的干法清洗/去污技术(机械摩擦，激光等)；

-在干法研磨或各种处理操作之后，灰尘覆盖的芯块的装入而无需任何特殊预防措施；

-在装入芯块和焊接之前用惰性气体填充的操作期间，从表面面积和等级方面，限制包层管的污染，从而将去污操作仅局限于例如通过摩擦暴露于污染的燃料棒的端部的清洗，以及同样由机械摩擦在出口处对不可转移污染的测量；

-不产生液体废物；有限产生通过摩擦在可转移污染的清洗和测量期间固体废物；

-减小临界的风险，从而允许使用高含量和大量易裂变物质；

-整体操作节约。

本发明的其他细节和特殊特征将从其他专利范围和从以未定义且不同比例的示意图的描述中显现出来。这些示意图伴随本说明书并且作为非限制性实例说明本发明的方法以及根据本发明的设备或其组件的特别形式。

附图说明

图1以轴向截面显示根据本发明方法制造的燃料棒的一种实施例。

图2A-C示意地显示本发明一种实施例的密封箱的隔室中的组织，以及隔室内装备的各种排列，以便允许包层管的前进，或者所述装备的横向移动或者所述装备的内部排列以便允许包层管的轴向传送。

图2B示意地显示将根据图1构成的燃料棒引入到根据各种变化实施例、单独或集合在一起的密封箱的第一隔室中；

-通过允许除房间空气之外的隔室内的气氛的密封闸室进入第一隔室；

-第一隔室的长度大于燃料棒的长度；

-包层管/燃料棒的横向传送(“多燃料棒”设备的情况)；

图2C示意地显示图1的燃料棒的引入，以便在密封箱的最后隔室中结束。

图3以透视图显示为本发明的实现而设计的、将芯块引入包层管中的元件。

图3B显示纵向和横向凹槽和喷气管嘴G的实例性实施例。

图4A～4F以平面图显示对于本发明的一种实现，将连续成列的芯块装入包层管中的不同步骤。图4A也显示用有限力驱动推进设备的机制。作为实例，图4A～4F显示使用长的推进设备53装入两个连续列“a”和“b”，深入到包层管2中。

在不同的图中，相同的参考符号指示相同或类似的元件。

具体实施方式

本发明涉及的燃料棒1(图1)可以包括，如已经提及和已知的，由第一塞子3在一端塞住且由第二塞子4在另一端塞住的包层管2。在这些塞子3和4之间，可以在包层管2中密封芯块6，弹簧7和结构部件，例如一个或多个插入元件5。

作为本发明主体，由芯块6制造无污染MOX燃料棒1的设备和方法，因为它们的完全相互交织而在本说明书中综合说明。

所述方法包括在例如手套式操作箱型密封箱10(图2)中执行下面的操作，如下面说明的：

-使用引入设备(例如在图3中详细描述并且在图2和4中示意显示的14)将列12中的芯块6(图4)从在垂直于所述列12和包层管2的轴的方向上连续移动的V或凹槽板38装入到包层管2中；

-装入各种结构部件5，特别是止动弹簧7；

-将第二塞子4安装在包层管2中，可密封或者不密封；

-可能环形焊接第二塞子4，特别是如果它没有密封地安装在包层管2中；

-可能清洗和检查已经与由芯块6产生的灰尘或浮质接触的包层管2部分的污染。

根据本发明，因此做好准备以实现下面的方法和规定(图2～4)：

-密封箱10划分成以密封方式彼此邻接且隔离的隔室(例如，在4个隔室的情况下根据图2，I，II，III和IV)，α发射体的污染级别，以及气体的特性和压力在这些隔室的每个中控制；

-操作(装入，清洗，塞子的安装，污染检查)通过包层管在这些隔室I～IV之间的轴向连续移动在包层管2上连续执行，所述包层管的引入和输出从一个且同一个隔室I提供；

-隔室I～IV之间的密封每次由闸室24(图2)提供，该闸室包括具有包层管2完全通过的阀门26(例如闸刀或球阀形)以及具有围绕包层管2的弹性密封(O环，唇形密封或特殊密封)的密封元件28；该闸室24使得能够允许燃料棒1从一个隔室进入另一个，而不破坏隔室之间的密封和如果必要的话在通道处修改燃料棒1的内部气氛(例如，为了在氦下或真空下允许先前在空气下的包层管2进入)。在最后这种情况下，由闸室24的外壳、阀门26和密封设备28限制的气体量由真空泵(没有描绘)经由阀门32或任何其他设备抽出，并且用所选气体替换。密封元件28可以占据各种位置，或者它保留完全通过开口而不接触包层管，或者当静止不同时它在包层管圆周上提供静态密封，或者在传送或处理操作所需的相对平移或旋转运动期间它提供围绕包层管的动态密封。

-芯块6的装入和除止动弹簧7和第二塞子4之外结构部件5的装入在距离引入隔室I最远的隔室IV中发生；

-暴露于污染的包层管2部分的清洗(特别是开口端区域34)在芯块6和其他上述结构部件5装入之后，以及弹簧2和第二塞子4装入之前，先在与装入隔室IV邻接的隔室III中执行；怀疑已经被污染的表面的清洗例如通过使用纤维或无纺材料的条带摩擦，干燥地或用液体(水，溶剂或化学去污剂)稍微浸渍之后提供。

-包层管2中弹簧7的装入和第二塞子4的安装，以及该第二塞子4的可能环形焊接，在位于清洗隔室III和隔室I之间的隔室II中执行；

-已经引入到密封箱10的隔室II～IV中的包层管2部分的无污染检查和可能清洗在与隔室II分离的隔室中提供。清洗可以使用例如干燥的或用液体(水，溶剂或去污剂)稍微浸渍的纤维或无纺材料的条带，通过干燥或轻微潮湿摩擦在那里执行。无污染可以依赖于是否期望检查可转移污染来接触或不接触地检查。在后者情况下，最常见的是检查由擦拭试验的实现及其到本领域技术人员众所周知的仪器(例如ZnS检测器)的提交而进行。总污染可以直接使用ZnS环形检测器来检查。应当注意，其他干法清洗技术是已知的，其例如需要由激光束照射所关注表面。

-包层管2的引入和燃料棒1的污染的检查可以有利地在同一隔室中执行。例如如果燃料棒1朝向位于另一个箱中的装备的另一项抽出，这也同样成立(特别是密封安装在轻水反应堆燃料的包层管2中的塞子4的情况，引起单独箱中的焊接)；

-污染的级别从隔室IV到位于箱10出口的隔室I分级；这些级别，特别是最少污染隔室I，II，III的那些被检查(连续地或周期性地)，为了不过度地输出污染到下游隔室I，II并且在朝向所述输出移动期间限制装备或没有装备其第二塞子4的包层管2的污染；在意外污染或逐渐累积的污染的情况下，重要的是通过清洗所述隔室和安装在其中的装备的操作能够将这些隔室的污染级别降低到可接受级别；箱10隔室的污染控制也在于适当的通风和过滤(例如，以2～3的最小更新率为目标，而不产生扰动)；

-上述各个隔室I～IV的气氛可以包括各种气体，例如空气，N₂，Ar，He(或对于装入隔室IV甚至真空)；

-这些各个隔室I～IV的降压被分级以便构成从最少污染朝向最多污染的任何泄漏；依赖于这些隔室中存在的气体，降压级联的控制由每个隔室降压的单独控制-相对于箱10位于的房间的气氛-或者由从一个隔室到另一个的通风流的构成来提供；应当注意，各个隔室必须全部位于相对于制造燃料棒1的工厂在其中操作的房间的降压中。

上面提出的制造方法从控制污染的观点特别有利，当芯块6的装入，塞子4的清洗和安装在氦气氛下在隔室中发生时，这构成本发明的另一个目的。为此，当它引入到箱10中时，没有芯块的包层管2在遇到的氦下到第一隔室(通常用于安装塞子的一个II)的传送在房间的空气或包含在所述包层管2中的操作箱的氮抽出并且用隔离所关注两个隔室的隔离闸室24中的氦替换之后发生。如已经指示的，该方法选择使得能够将塞子在氦下安装(也许甚至焊接)在燃料棒1中并且使得能够避免必须抽空装有芯块6和空气或氮气的包层管2，以便用填充氦替换后者。应当注意，因为它的低动态粘度(与密封箱的通常气体空气或氮气相比较)，在芯块6的列12引入时包含在包层管2中的氦的排出发生，而没有灰尘或浮质朝向燃料棒1开口端34的显著携带。

上面提出的制造方法当芯块的装入在真空下发生时也是有利的；在这种情况下，包层管在真空下的最后隔室(或者包含真空下的室)的入口处提交，没有芯块和气体，在隔离闸室24中已经没有空气进入该隔室之后；清洗和安装(以及焊接)隔室的各种气氛选择是可能的；在这两个隔室中氦气氛，与装入隔室中的真空气氛相组合，具有关于污染控制的特别优势，尽管较高的实现复杂性。

在芯块6的装入操作期间，重要的是

-在包层管2的开口端34引入芯块6以便在位置和方向方面完全与其对准，从而避免机械干扰；

-在引入芯块6期间掩蔽包层管2的开口端34，以便避免其大量污染和另外的机械阻塞和干扰的产生；

-捕获和/或收集和/或挡回在其引入期间可能导致芯块6阻塞，或者可能甚至产生损坏燃料棒的灰尘和碎片，并且该灰尘和碎片或者由所述芯块6在装入过程中携带，或者在装入操作自身期间产生。

为此，可以利用引入芯块6的设备14(图3)，其中芯块6最经常出现在固定V上或(图4)具有V形凹槽且可横向移动的已知板38上的列12中；该装入设备，本发明的另一个目的，包括由例如两个部分形成的中空固定金属元件14，并且其内部轮廓42连续地包括，特别如图3描绘的，在其尖部44的正方形输入，在其尖部具有连续减小正方形横截面(T+U)的部分46，具有芯块6直径的圆形横截面(Y)、与具有正方形横截面的部分46连续连接的圆柱形输出48，以及最后具有包层管2外部直径(Z)的圆柱形孔49。其尖部44上的正方形输入(T)允许芯块6的大间隙(高达1～2mm)以便容纳许多原因形成的未对准(例如，提交芯块6的列12的凹槽板38的V的垂直和水平未对准)。在其尖部具有正方形横截面的部分46具有连续减小的直径(T+U)，以便逐渐使芯块6居中；各种几何减小规则可以用现代数字控制机制(CNC)再现，例如(图3)从导致截棱锥的线性减小(U)，到使得能够在短长度上校正大的未对准并且有助于释放灰尘和碎片的非线性(例如二次)减小(T)，作为芯块与彼此相对方向改变的结果。至于两个圆形横截面48和49，其两个孔D_Y和D_Z分别为芯块(例如，D_Ynom＝Dpell_max+0.02mm)和包层管(例如，D_Znom＝Dcas_max+0.01mm)的直径，并具有0.01mm的同心度和-0/+0.01mm的直径容差。该引入元件也可以提供有(图3B)用于捕获、收集或挡回粘附到芯块或由芯块传送的灰尘和碎片的各种气体注入孔径或插拔孔径。纵向和/或横向凹槽也可以在元件14中加工，以便有助于捕获碎片和灰尘。应当注意，在本发明的其他可能实施例中，通道42的上部可以具有除倒转V之外的形状。

同样应当注意，引入设备14可以用于芯块到包层管中的直接引入，以及在包层管之前提供的任何中间设备中芯块的定心和对准。

在芯块列12的装入期间，重要的是限制所使用的轴向力，以便

-避免列12在轴向压力下的横向力以及由芯块6的端面垂直损坏产生的可插拔式；当芯块6跨越机械过渡时(V或凹槽板38朝向引入单元14，引入单元14朝向包层管6)，这些力是危害的；以及

-通过施加在与其端面接触的芯块6边缘上的局部压力，避免在装入期间另外的碎片和灰尘的产生。

为了这样做，三种方法可以单独地或组合地使用：

-在具有低动态粘度的气体(氦)或在真空下装入芯块6，以便限制芯块列12的驱动进入期间包层管2中的压力；应当注意，例如，芯块列的装入进展得越远，对于相同的装入速度，气体的压力因增加的差压沿着芯块列12增加得越多；

-在装入过程中(图4)将列12驱动进入包层管2中，以等于至少基本列12的长度的深度；这样，列N(在图4描绘的实例中，N从“a”到“e”)的第一芯块6，在其装入到包层管2期间，与已经装入的列(N-1)的最后芯块6接触，并且仅当列N的最后芯块已经位于包层管2内部时将推动已经装入的(N-1)列的长队；由芯块6产生的横向力因此达到最小并且因为由包层管2提供的极好机械制导具有对其有限的损害；

-使用具有敏感驱动的芯块推进机制50，也就是目的在于以通常的方法将可以发展的力限制到仅必需力的机制；这是因为所需的力随着较大数目的基本列12装入而增加。这些力例如通过根据推进设备的引入深度和装入的列的级别N来控制DC电机或伺服电机52的电源供给而用电力限制；最后，考虑到工业装入速度高，应当注意通过使用具有中空燃料棒的芯块推进设备53以及具有滑动量和低惯性的转矩限制器54例如磁粉末转矩限制器，来避免惯性的影响。

芯块列长队的推进速度的减小可以有利于实现最后一列或多列的装入。

实施方式

各种箱的划分方式以及在其中执行的操作分布方式是可能的。表格1给出几种可能的实例。

表格1-可能实例性实施例
								隔室
#	I	II	III	IV	V	注释
							1	包层管的输入去污检查燃料棒的输出(空气或氦)	弹簧的装入第二塞子的安装(塞子的焊接，如果塞子松)(氦)	包层管的清洗(氦)	芯块的装入(氦)		单燃料棒设备
2	包层管的输入/输出(变体：包层管到另一个箱的传送)(空气或N2)	污染检查可能清洗(空气或N2)	弹簧的装入第二塞子的安装(塞子的焊接，如果塞子松)(空气或N2)	包层管的清洗(空气或N2)	芯块的装入(空气或N2)	多燃料棒设备
							3	包层管的输入燃料棒的输出(空气)	污染检查可能清洗(空气)	弹簧的装入第二塞子的安装(塞子的焊接，如果塞子松)(氦)	芯块在真空下的装入(空气)		单燃料棒设备
4	包层管的输入污染检查包层管的输出(空气)	真空下传送到另一个设备(安装、焊接等)(空气)	芯块在真空下的装入(包层管在真空下的可选清洗)(空气)			多燃料棒设备(旋转鼓)
							注意：阿尔法密封箱被划分成彼此密封的3～5个隔室；在某些情况下，隔室的气氛可能与操作执行的气氛不同；在这种情况下，所关注的隔室提供有密封箱或室(例如，在真空下用于装入的箱或在氦下用于焊接的室)

下面是关于由发明者实现的表格1的实施例1的细节。

a.操作序列

-装入包含制造废料和基础的芯块6，并在逐步横向移动的凹槽板38上干燥，；

-根据隔室的气氛和功能分布：

IV：氦下    -芯块的装入；

III：氦下   -开口端的清洗；

II：氦下    -弹簧和非密封塞子的装入；

            -第二塞子的周边焊接；

I：空气下   -燃料棒的端部的可能清洗；

            -测量可转移污染的擦拭试验；

            -在装备的另一项中，为了其加压的燃料棒的抽出；

-隔室的隔离：通过闸室24，其包括全通真空阀门和双重弹性密封，并具有障碍真空或气体。

存在于各个隔室中的氦从用于从箱中提取的氦提纯(再循环利用)的中心配给以便维持所述箱为降压，以及从新鲜氦中心提供以便补偿泄漏，而隔室II的焊接箱直接用高纯度的氦提供。

变体包括用氦供给隔室1，以便制造沸水反应堆的MOX燃料。

b.产品和规格(非限制性)

-芯块的总钚含量(％)                             9.5

-钚Pu^{238，239，240，241，242}的同位素(％)       2-57-27-8-6

-Am²⁴¹含量(％)：                               2

-钚的α放射性(10¹⁰Bq/g)：                      1.8

-制造废料含量(％)：                             22

-芯块直径(mm)：                                 7-12

-芯块装入速度(mm/sec)：                         100-150

-环缝焊接：                                     TIG

-包层管材料：合金：                                      Zr

-分别装入、清洗、焊接和污染检查隔室的α污染(Bq/dm²)：

                                ＞＞10⁶，＜10³，10²-10¹，＜1

-燃料棒的可转移α污染(擦拭试验上的Bq/dm²)              ＜1

-焊缝中的固定α污染(Bq)                                 ＜20

Claims (19)

1.在降压下的密封箱(10)中，由芯块(6)制造无污染MOX燃料棒(1)的方法，该方法包括对一个燃料棒(1)的下列操作：

-将连续列(12)中的芯块(6)装入在其两端中一端预先提供有第一塞子(3)的包层管(2)中；

-装入各种结构部件，特别是止动弹簧(7)；

-在包层管(2)的另一端安装第二塞子(4)；

-周边焊接所述第二塞子(4)，特别是如果它没有密封地安装在所述包层管(2)中的话；以及

-对于所述包层管(2)或分别地对于燃料棒(1)的已经暴露于污染的部分的至少一次清洗和至少一次污染检查，

该方法的特征在于包括：

-将密封箱(10)划分成数个连续隔室；

-将每个隔室连接到它的相邻隔室用于包层管(2)的密封通道，所述通道中至少某些被对准以便允许包层管(2)沿着纵轴移动；

-将待装入的包层管(2)的开口端(34)放在前面，经由一个密封通道或一个到达它的输入口而引入到第一隔室中；

-在连续隔室之间轴向驱动包层管(2)，直到它的开口端(34)到达最后隔室；

-在最后隔室中将芯块(6)，并且如果适用也将除止动弹簧(7)之外的各种结构部件(5)通过其开口端(34)装入包层管(2)中；

-当装入完成时，将包层管(2)部分轴向抽出，以便将其开口端(34)传送到前面的隔室；

-在该前面隔室中，至少对在装入过程中通过芯块(6)或通过最后隔室的气氛暴露于污染的包层管(2)的部分进行清洗和可能的污染检查；

-在该清洗之后，轴向移动包层管(2)，使得开口端区域(34)位于另一个隔室中；

-在该其他隔室中，装入止动弹簧(7)并将第二塞子(4)安装在开口端(34)中；

-在该安装之后，在同一隔室中或者在另一个隔室中，使用可能的另外移动，执行可能的其他操作；

-在第一或第二隔室中，对暴露于最后隔室的污染的燃料棒(1)的部分进行污染检查，并且如果必要的话进行清洗；

-将燃料棒(1)从第一隔室中抽出或者经由将箱彼此连接的第一隔室横向传送到另一个密封箱；

-各个隔室之间污染的等级，从第一隔室中无污染或非常轻微地污染开始到最后隔室中的最大污染分级；

-选择供给隔室的气体，选自空气、氮、氦、氩、真空；

-将隔室中的降压分级，以便构成从第一隔室中的最弱降压到最后隔室中的最强降压的任何泄漏。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，对于芯块(6)的装入和下面相关操作：

-从支架(38)到包层管(2)开口端(34)引入、定心和对准列(12)的芯块(6)；以及

下面被执行：

-通过一个底部具有连续滑道的V形轮廓并且与具有芯块(6)直径的圆柱形出口相交的通道(42)，校正支架(38)和包层管(2)开口端(34)之间的偏心度，并且将芯块(6)的轴与包层管(2)的轴对准；

-在位于通道圆柱形部分中心的室中，将包层管(2)定心；

-在芯块(6)装入过程中掩蔽包层管(2)的开口端(34)；

-经由芯块(6)和通道壁之间的自由部分，通过重力沉积或通过另外的喷吹和/或抽吸方法，捕获和/或收集和/或挡回由装入芯块(6)所传送和/或粘附，和/或由引入、定心和对准操作所产生的灰尘和碎片。

3.根据权利要求1和2中一个或另一个的方法，其特征在于一列芯块(6)装入到包层管(2)中，到达等于至少装入到同一包层管(2)中下一列的长度的包层管(2)中最后芯块(6)的引入深度。

4.根据权利要求1～3中任何一个的方法，其特征在于连续列中的所述芯块(6)到所述包层管(2)中的装入根据推进设备的引入深度和装入同一包层管(2)中的过程中列的序级(N)通过限制装入期间的最大推力来执行。

5.根据权利要求1～4中任何一个的方法，其特征在于用于清洗包层管(2)，或分别地用于清洗燃料棒(1)的暴露于污染的部分的干燥或稍微潮湿处理，该处理可能通过摩擦来执行。

6.根据权利要求1～5中任何一个的方法，其特征在于箱被划分成四个隔室(I-IV)，其中

-第四且最后隔室(IV)用于芯块(6)和结构元件的装入；

-第三隔室(III)用于在装入期间暴露于污染的部分的清洗；

-第二隔室(II)用于弹簧(7)的装入和第二塞子(4)的安装，以及如果安装没有用密封，其可能的环缝焊接；以及

-第一隔室(I)用于在前面隔室中暴露于污染的部分的污染检查和可能清洗，以及用于包层管的输入和燃料棒的输出。

7.根据权利要求1～6中任何一个的方法，其特征在于

-芯块(6)的装入，暴露于污染的包层管(2)端部的清洗以及第二塞子(4)的安装在处于氦下的隔室中执行，以及可选地进行在输出处的污染测量；

-当没有芯块的包层管(2)引入到密封箱(10)中时，其开口端(34)仅当遇到在该隔室和前面一个之间包含于包层管(2)中的气体抽出并用氦替换之后，被传送到处于氦下的第一隔室中。

8.根据权利要求1～6中任何一个的方法，其特征在于

-芯块(6)的装入在真空下的最后隔室中或者在位于其中的真空下的箱中执行；以及

-当没有芯块(6)的包层管(2)引入到密封箱(10)中时，其开口端(34)仅当在该隔室和前面一个之间包含于包层管(2)中的气体抽出之后，被传送到该最后隔室中。

9.用于由芯块(6)制造无污染MOX燃料棒(1)的设备，以实现权利要求1～8中任何一个的方法，并且包括执行下面的操作的密封箱(10)：

-将列(12)中的芯块(6)装入一端开口而另一端由第一塞子(3)封闭的包层管(2)中；

-对已经与来自所述芯块(6)的污染或灰尘接触的所述包层管(2)的部分的污染进行清洗和可能的检查；

-装入各种结构部件，特别是止动弹簧(7)；

-安装第二塞子(4)；

-对已经与污染接触的所述包层管(2)的部分进行污染检查和可能的清洗，

该设备其特征在于：

-密封箱(10)被划分成数个不同的隔室；

-隔室优选地在待装入的包层管(2)在隔室之间移动的方向上一个接着一个地连续，开口端(34)在前面；

-箱的隔室由密封隔板彼此隔离，为了使包层管(2)从一个隔室穿过到另一个隔室，该密封隔板具有密封通道(24)，其自身包括全通阀门(26)和包层管(2)周围上的密封设备(28)，所述通道(24)中至少某些在上述包层管(2)移动方向上对准并在可能遇到的第一隔室在其输入处提供孔径；

-布置至少一个轴向驱动机制以便在所选隔室中沿着其纵轴移动提供有第二塞子的引入的包层管(2)或燃料棒(1)的端部；

-用于装入列(12)中芯块(6)的设备和装入除止动弹簧(7)和第二塞子(4)之外的各种结构部件(5)的装置被安装在最后隔室中；

-用于清洗的至少一个设备和检查在芯块(6)装入期间暴露于污染的包层管(2)的部分的污染的可能装置被安装在前面的隔室中；

-装入止动弹簧(7)和在包层管(2)开口端(34)中密封或不密封地安装第二塞子(4)的装置安装在另一个前面的隔室中；

-执行可能的另外焊接和/或加压操作所需的装置可以安装在同一隔室中或另一个隔室中；

-检查污染和可能清洗在前述操作期间暴露于污染的燃料棒(1)的部分的装置安装在第一或第二隔室中；以及

-对箱(10)、其隔室和安装在其中的任何箱进行通风的装置，以及气体供给装置，这些装置被安装以便使箱(10)维持在与房间大气相比较为降压，并且被安排以提供

-选择每个隔室的气体，选自空气、氮、氦、氩、真空；以及

-隔室的降压的分级-为了组织任何泄漏的方向并且有助于污染的分级-从第一隔室中的最弱到最后隔室中的最强。

10.根据权利要求9的设备，其特征在于包括为了装入包层管(2)中而引入、定心和对准芯块(6)的设备(14)，其自身

-包括具有通过它的通道(42)的固定金属元件(14)-其输入口(44)直径被选择以容纳芯块(6)相对于包层管(2)的轴的偏心，并且其底部具有连续斜坡中的V形轮廓并且与具有芯块(6)直径的圆柱形出口(48)相交-以及提供有具有包层管(2)直径且位于通道的圆柱输出(48)中心的圆柱形室(49)；

-具有适合于所述芯块(6)和包层管(2)尺寸的大小和容差，并且使得通道的圆柱形出口(48)的直径小于包层管(2)的内径，以便掩蔽芯块(6)于包层管(2)的端部；

-可选地具有纵向和/或横向间隙以及在与装入和/或吸收灰尘和碎片的方向相反的方向上吹气体的管嘴。

11.根据权利要求9和10中的一个或另一个设备，其特征在于对于芯块(6)和结构部件的装入，它包括具有敏感驱动的推进机制(50)，其具有

-一方面由装备有具有低惯性的力限制设备(54)并且由电机(52)驱动的一组滚筒(56)轴向驱动，其力根据推进设备(53)的引入深度和在装入到同一包层管(2)的过程中芯块(6)列的序级(N)来限制；以及

-另一方面较轻和适当长度的中空钻杆(53)，使得装入到包层管(2)中的列中的最后芯块(6)的引入深度等于至少待装入到同一包层管(2)中的下一列的长度。

12.根据权利要求9～11中任何一个设备，其特征在于它具有用于包层管(2)，或分别地用于燃料棒(1)的暴露于污染的部分的干燥或稍微潮湿清洗的至少一个设备。

13.根据权利要求9～12中任何一个设备，其特征在于清洗设备中至少一个包括干燥时或在稍微潮湿之后，用纺织或无纺材料的条带，在所述包层管(2)或分别地燃料棒(1)的已经暴露于污染的部分上摩擦的系统。

14.根据权利要求9～13中任何一个设备，其特征在于密封箱(10)包括四个隔室，其中

-第四且最后一个隔室(IV)包括用于装入列(12)中的芯块(6)的设备以及用于装入除弹簧(7)和第二塞子(4)之外的各种结构部件的装置；

-第三隔室(III)包括用于清洗在装入期间暴露于污染的包层管(2)的部分的装置；

-第二隔室(II)包括用于装入止动弹簧(7)和密封或不密封地安装第二塞子(4)的装置；

-第一输入/输出隔室(I)包括污染检查装置和可能的清洗设备。

15.根据权利要求9～14中任何一个的设备，其特征在于隔室之间的密封通道(24)至少包括

-阀门(26)，其可以完全关闭或者保留完全通过开口，而不接触包层管(2)或分别地接触燃料棒(1)；

-密封连接元件(28)，被布置成或者保留完全通过开口而不接触包层管(2)或者围绕包层管(2)形成密封，它或者在该位置停止或者处在旋转或平移的相对运动中；以及

-用于抽出限制于含在都关闭的阀门(26)和密封元件(28)之间的体积中的气体，并且可能用另一种气体填充该相同体积的设备。

16.根据权利要求9～15中任何一个设备，其特征在于至少一个气体供给设备被布置，用于用选自空气，氮气，氩，氦和真空的各种气体供给所述隔室-以及安装在其中的任何室。

17.根据权利要求9～16中任何一个设备，其特征在于它包括在再循环模式中的开路或闭路中或者二者的组合中配给氦的系统，目的在于供给用于装入芯块(6)，用于随后清洗和用于安装第二塞子(4)的隔室。

18.根据权利要求9～16中任何一个设备，其特征在于用于装入芯块(6)的最后隔室包括用于在真空下将芯块(6)装入包层管(2)中的装置。

19.根据权利要求9～18中任何一个设备，其特征在于当所述塞子没有密封地安装在包层管(2)中时，包括安装装置的隔室也包括将第二塞子(4)环形焊接到包层管(2)的设备。

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