DE3131798C2

DE3131798C2 - Method and device for processing graphitic nuclear reactor fuel elements with mechanical dismantling

Info

Publication number: DE3131798C2
Application number: DE3131798A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dipl.-Chem. Dr. 5162 Niederzier Thiele
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1981-08-12
Filing date: 1981-08-12
Publication date: 1985-07-11
Also published as: DE3131798A1

Abstract

Die mechanische Zerlegung von Brennelementen erfolgt, gemäß der Erfindung, mit Hilfe zumindest eines Hochdruckwasserstrahls. Dabei wird zwischen Kernbrennstoff und Graphit auf Grund der unterschiedlichen Härte differenziert und die Brennstoffpartikel weitgehend unbeschädigt erhalten. Besonders zweckmäßig ist eine in Pendelbewegung befindliche Schlitzdüse zur Erzeugung des Strahls. Der Brennstoff kann vorzugsweise über eine dem Brennelementdurchmesser angepaßte Schrägrinne mit einem der Partikelgröße angepaßten Abschlußgitter zugeführt werden. Das Wasser kann im Kreislauf nach Abtrennung des suspendierten Materials rückgeführt werden. Das suspendierte Material wird durch Sedimentation oder unter Zentrifugalwirkung ggf. unter gleichzeitiger Dichte-Klassierung von der Flüssigkeit getrennt. Der schließlich erhaltene Graphitschlamm kann unmittelbar mit Zement zu Endlagerungsblöcken verfestigt werden. Der Brennstoff gelangt zur chemischen Wiederaufarbeitung.The mechanical dismantling of fuel assemblies takes place, according to the invention, with the aid of at least one high-pressure water jet. A distinction is made between nuclear fuel and graphite on the basis of their different hardness and the fuel particles are kept largely undamaged. A slot nozzle in a pendulum motion is particularly useful for generating the jet. The fuel can preferably be supplied via an inclined channel adapted to the fuel assembly diameter with a grille adapted to the particle size. The water can be recycled after the suspended material has been separated off. The suspended material is separated from the liquid by sedimentation or by centrifugal action, possibly with simultaneous density classification. The graphite sludge finally obtained can be solidified directly with cement to form disposal blocks. The fuel goes to chemical reprocessing.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufarbeitiing von Kernreaktor-RrenMeleincnlen, wobei diese durch einen lloclulitickwiisserslnihl mechanisch in Teile zerkleinert werden und die Hrennsloff cnlhaltenden Teile einer weiteren chemischen Bearbeitung zugeführt werden, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for reconditioning von Kernreaktor-RrenMeleincnlen, whereby this mechanically by a lloclulitickwiisserslnihl be crushed into pieces and clinging to the lard Parts are fed to further chemical processing, as well as to a device for Implementation of the procedure.

In der DE-OS 30 07 876 wird als erster Schritt für eine Wiederaufarbeitung von Brennstäben eine Zerteilung derselben in kurze Blöcke mit Hilfe eines Horhdruckwasscrstrahls mit einem Druck bis zu 9000 bar vorgeschlagen, die dann in Säure aufgelöst und chemisch weiter bearbeitet werden sollen. Als Beispiel werden Stabelemente aus UOrTabletten in Hüllrohren aus Zircaloy mit einem unter einem Druck von 400 bar stehenden Wasserstrahl in kleine Stücke zerschnitten.In DE-OS 30 07 876 is the first step for a Remanufacturing of fuel rods involves cutting them into short blocks with the aid of a high pressure water jet Proposed with a pressure up to 9000 bar, which is then dissolved in acid and chemically further should be processed. As an example, rod elements made of UOr tablets in cladding tubes made of Zircaloy cut into small pieces with a water jet under a pressure of 400 bar.

Bei graphitischen Brennelementen, wie sie erfindungsgemäß zerlegt werden sollen, bringt eine solche Zerteilung in Blöcke oder in Stücke keinen wesentlichen Gewinn, da der umhüllende Graphit die naß-cnemische Weiterverarbeitung zur Rückgewinnung von Kernbrennstoff behindertIn the case of graphitic fuel elements, as they are to be dismantled according to the invention, such a system brings Division into blocks or pieces does not make any significant difference, since the enveloping graphite is wet-chemical Further processing for the recovery of nuclear fuel hampered

Bei der Wiederaufarbeitung von Brennelementen aus Kernreaktoren mit graphitumhülltem Brennstoff und insbesondere bei kugelförmigen graphitischen Brennelementen führt der Anfall von großen Graphitballastmengen zu erheblichen Problemen. Beim bereits in Betracht gezogenen Abbrennen des Graphits entstehen erhebliche Mengen radioaktiv verseuchten Gases. Bei der weiterhin erwogenen mechanischen Zerkleinerung durch Mahlen oder Fräsen werden ebenfalls nicht unerhebliche Aktivitätsmengen in Form von feinen Stäuben freigesetzt, die Schwierigkeiten bereiten, und zudem ist die Beschädigung oder Zertrümmerung der im Brennelement enthaltenen umhüllten Brennstoffpartikel unter Freisetzung großer Spaltproduktmengen unerwünscht.In the reprocessing of fuel elements from nuclear reactors with graphite-coated fuel and In particular, in the case of spherical graphitic fuel elements, large amounts of graphite ballast are produced to significant problems. When the graphite burns off, which has already been considered, arise significant amounts of radioactively contaminated gas. In the case of mechanical comminution, which is still being considered grinding or milling also produces not inconsiderable amounts of activity in the form of fine dusts released, which cause difficulties, and also the damage or shattering of the fuel element contained enveloped fuel particles with the release of large amounts of fission product undesirable.

Bei chemischen Verfahren ergeben sich Nachteile dadurch, daß aggressive und später störende Substanzen in erheblicher Menge in den Prozeß eingebracht werden. In chemical processes there are disadvantages in that aggressive and later disruptive substances be introduced into the process in significant quantities.

Ziel der Erfindung ist daher ein Ztrlegungsverfahren für graphitische Kernreaktor-Brennelemente, durch das eine Absonderung der Brennstoffpartikel vom begleitenden Graphit bei gleichzeitiger Minimierung der Verseuchungsgefahren möglich wird.The aim of the invention is therefore a dismantling process for graphitic nuclear reactor fuel elements, through which a separation of the fuel particles from the accompanying Graphite is possible while minimizing the risk of contamination.

Das zu diesem Zweck entwickelte erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die graphitischen, Brennstoffpartikel enthaltenden Brennelemente durch einen flächenhaft angreifenden Wasserstrahl derart zerkleinert werden, daß eine Suspension von Brennstoffpartikeln und Graphit in Wasser entsteht, daß aus der Suspension die Brennstoffpuitikel zur weiteren chemischen Bearbeitung und ein wasserhaltiger Graphitschlamm gesondert abgetrennt werden und daß der abgetrennte wasserhaltige Graphitschlamm endlagerfähig verarbeitet wird.The method according to the invention developed for this purpose is characterized in that the graphitic, Fuel elements containing fuel particles by an extensive attacking water jet in this way are crushed that a suspension of fuel particles and graphite in water is created that from of the suspension the fuel particles for further chemical Machining and a water-containing graphite sludge are separated separately and that the separated water-containing graphite sludge is processed for final storage.

Bei diesem Verfahren wird zwischen Kernbrennstoff und Graphitmatrix aufgrund der unterschiedlichen Härte differenziert, so daß die Brennstoffpartikel weitgehend unbeschädigt erhalten bleiben.In this process, there is a difference in hardness between the nuclear fuel and the graphite matrix differentiated so that the fuel particles remain largely undamaged.

Vorzugsweise wird der Wasserstrahl aus einer Flachdüse als Flachstrahl auf die Brennelemente gerichtet, der in Pendelbewegung befindlich ist und so einen der gegenüberstehenden Fläche der zu zerlegenden Brennelemente entsprechenden Flächenbereich überstreicht.The water jet is preferably from a flat nozzle directed as a flat jet on the fuel elements, which is in pendulum motion and so one of the opposite surface of the fuel assemblies to be dismantled sweeps over the corresponding surface area.

Das Wasser des Wasserstrahls kann insberondere im Kreislauf geführt werden, wobei das suspendierte Material aus Brcnnstoffpartikeln und Graphitteilchen z. B. iib/cntrifugicri oder in Auffangbehältern außcndimcnlicrt oder unlcr Zentrifugalwirkung gctrennl wird, so daß dus WiissLT wieder verwendet werden kiinn. Im Kreislauf selbst kann eine Mulerialtiennung aufgrundThe water of the water jet can in particular in Be circulated, the suspended material consisting of fuel particles and graphite particles, for. B. iib / cntrifugicri or outside dimensioned in collecting containers or is separated by centrifugal action so that the WiissLT can be used again. in the Circulatory system itself can be a Mulerialdiennung due

der unterschiedlichen Dichte der Brennstoffpartikel und der Graphitteilchen einbezogen werden. Graphit wird als Schlamm erhalten, der unmittelbar mit Zement zu endlagerfähigen Blöcken verfestigt werden kann. Der Brennstoff gelangt zur Wiederaufarbeitung.the different densities of the fuel particles and the graphite particles are included. Graphite will obtained as sludge, which can be solidified directly with cement to form permanent blocks. Of the Fuel is reprocessed.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in den F i g. 1 und 2 schematisch skizziert.A device for carrying out the method is shown in FIGS. 1 and 2 outlined schematically.

Die in F i g. 1 in Schnittdarstellung gezeigte Wasserstrahlzerkleinerung von kugelförmigen Brennelementen umfaßt einen umschlossenen Raum 1, mit trichterförmigern Ausgang 2, in den eine Schrägrinne 3 in Rohrform oder als Flachrinne hineinragt die durch ein Gitter 4 abgeschlossen und der Größe der Brennstoffkugeln 5 angepaßt ist In der dem Gitter 4 gegenüberliegenden Wand des umschlossenen Raumes 1 ist eine Düse 6 für einen Wssserstrahl 7 schwenkbar montiert, der den Gitterbereich im wesentlichen überstreichtThe in F i g. 1 water jet comminution shown in section of spherical fuel assemblies comprises an enclosed space 1, with funnel-shaped Exit 2, into which a sloping channel 3 in the form of a pipe or as a flat channel protrudes through a grid 4 completed and the size of the fuel balls 5 is adapted to the grid 4 opposite Wall of the enclosed space 1 is a nozzle 6 for a water jet 7 is pivotably mounted, which the grid area essentially brushed over

Das Gitter 4 kann etwa durch ein Rost gebildet werden, wie es in F i g. 2 dargestellt ist, die schematisch den Abschluß einer rohrförmigen Rinne 3 zeigt ai-f den der aus einer Schlitzdüse austretende Flachstrahl gerichtet istThe grid 4 can be formed for example by a grate, as shown in FIG. 2 is shown, the schematically the Completion of a tubular channel 3 shows ai-f of the flat jet emerging from a slot nozzle is directed

Blockförmige Brennelemente können ebenfalls über eine schräge oder schachtartig ausgebildete Rinne zugeführt oder auch lediglich entsprechend gehaltert werden und der Wasserstrahlzerlegung unterworfen werden, ggf. unter Verwendung mehrerer, z. B. kranzförmig angeordneter Düsen.Block-shaped fuel assemblies can also be fed in via an inclined or shaft-like channel or simply be supported accordingly and subjected to the water jet decomposition, possibly using several, z. B. nozzles arranged in a ring.

Bei Versuchen wurde ein Strahl mit etwa 300 bar zur Zerlegung von graphitischen Brennstoffkugeln von jo 60 mm Durchmesser verwendet wobei in 30 s 8 mm Material abgetragen werden konnten. Im abfließenden Wasser wurden neben den unbeschädigten Brennstoffpartikeln Graphitteilchen in vergleichbarer Größe beobachtet. In tests, a jet with about 300 bar was used to break down graphitic fuel balls from jo 60 mm diameter was used, 8 mm of material could be removed in 30 s. Im outflowing In addition to the undamaged fuel particles, graphite particles of comparable size were observed in water.

Diese Brennstoffpartikel können nach üblicher mechanischer oder thermischer Beseitung ihrer SiC- und Pyrokohlenroffhüllen dem Auslöser einer Wiederaufarbeitungsanlage zugeführt werden.These fuel particles can after the usual mechanical or thermal removal of their SiC and Pyrokohlenroffhüllen are fed to the trigger of a reprocessing plant.

4040

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Process for the reprocessing of nuclear reactor fuel elements, these are mechanically crushed into pieces by a high pressure water jet and the fuel-containing parts are fed to further chemical processing, characterized in that the graphitic fuel elements containing fuel particles are attacked over a large area Water jet are crushed in such a way that a suspension of fuel particles and graphite in water, the fuel particles for further chemical processing arise from the suspension and a water-containing graphite sludge are separately separated and that the separated water-based graphite sludge processed for final storage will.

2. The method according to claim 1, characterized in that a pendulum motion as a water jet located flat jet is used.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that that the water for the water jet after extensive separation of the suspended Material is returned in the cycle.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that according to the Comminution of the fuel elements obtained suspension of fuel and C / aphit a material separation due to the different density is subjected.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the resulting Graphite suspension or the graphite sludge solidified with cement to form blocks suitable for disposal.

6. Device for performing the method according to one of claims 1 to 5, characterized in that that for spherical fuel assemblies a channel (3) adapted to the fuel assembly diameter for receiving and guiding the fuel assemblies with a cover grille adapted to the particle passage (4) is provided towards which at least one nozzle (6) of a high-pressure water jet (7) is directed is.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the channel (3) and the nozzle (6) sealed into a closed container (1) with a funnel-shaped outlet (2) to a water return circuit are used.

8. Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that the nozzle (6) is designed as a flat nozzle and is set up for a pendulum motion.

9. Apparatus according to claim 8, characterized in that the adapted for the passage of particles End grille consists of parallel rods and that the flat nozzle is perpendicular to the direction of the rod is directed and oscillates in the direction of the rod. t> o