FR2569490A1 - METHOD FOR DISMANTLING IRRADIATED NUCLEAR COMBUSTIBLE ELEMENTS - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE LE DEMANTELEMENT D'ELEMENTS COMBUSTIBLES NUCLEAIRES. ELLE SE RAPPORTE A UN PROCEDE DANS LEQUEL L'ENVELOPPE 4 DES ELEMENTS COMBUSTIBLES EST DECOUPEE A SA PERIPHERIE DANS UNE REGION L DE GONFLEMENT MAXIMAL DES AIGUILLES COMBUSTIBLES 5, LA PARTIE SUPERIEURE DE L'ENVELOPPE ETANT RETIREE AVEC LES GRILLES ASSOCIEES, LE FAISCEAU D'AIGUILLES ET LES GRILLES ETANT ALORS REPOUSSES DANS LA PARTIE RESTANTE DE L'ENVELOPPE AFIN QUE LES GRILLES 6 S'EMPILENT LES UNES CONTRE LES AUTRES. LES AIGUILLES 5 SONT ALORS SEPAREES DES GRILLES, PAR EXEMPLE PAR DECOUPE AU LASER. APPLICATION AU RETRAITEMENT DU COMBUSTIBLE NUCLEAIRE.THE INVENTION RELATES TO THE DISMANTLING OF NUCLEAR FUEL ELEMENTS. IT RELATES TO A PROCESS IN WHICH THE ENCLOSURE 4 OF THE FUEL ELEMENTS IS CUT AT ITS PERIPHERY IN A REGION L OF MAXIMUM SWELLING OF THE COMBUSTIBLE NEEDLES 5, THE UPPER PART OF THE ENCLOSURE BEING REMOVED WITH THE ASSOCIATED GRIDS, THE NEEDLES AND THE GRIDS BEING THEN PUSHED INTO THE REMAINING PART OF THE ENVELOPE SO THAT THE GRIDS 6 STACK ONE AGAINST ANOTHER. THE NEEDLES 5 ARE THEN SEPARATED FROM THE GRIDS, FOR EXAMPLE BY LASER CUTTING. APPLICATION TO NUCLEAR FUEL PROCESSING.
Description
Q9@ RÉPUBLIQUE FRAN AISE ( N e FUlca.: 2 5' 490 {- n'utiliser que pourQ9 @ FRENCH REPUBLIC (N e FUlca .: 2 5 '490 {- use only for
les INSTITUT NATIONAL commandes de reproduction) DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE N d'enrgistr ent naonal 85 12542 N d'enrcgis;:rement nat:ional: B5 112542 PARIS i) Int CI4: G21 C 19/36, THE NATIONAL INSTITUTE (Reproduction orders) OF INDUSTRIAL PROPERTY N of national registers 85 12542 N of registration: B5 112542 PARIS i) Int CI4: G21 C 19/36,
@ DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1@ APPLICATION FOR PATENT OF INVENTION A1
) Date de dépôt: 20 août 1985. Q Demandeur(s): Etablissement Public dit: UNITED ) Date of deposit: August 20, 1985. Q Applicant (s): Public Institution says: UNITED
KINGDOM A TOMIC ENERGY AUTHORITY - GB. KINGDOM AT TOMIC ENERGY AUTHORITY - GB.
( Priorité: GB, 21 août 1984, n 8421219: 14 novembre (Priority: GB, 21 August 1984, No. 8421219: 14 November
1984, n 8428751.1984, No. 8428751.
) Inventeur(s): Brian Edwin Meredith et James Shaw Burns. Date de la mise à disposition du public de la ) Inventor (s): Brian Edwin Meredith and James Shaw Burns. Date of the public availability of the
demande: BOPI " Brevets " n 9 du 28 février 1986. application: BOPI "Patents" No. 9 of 28 February 1986.
6 Références à d'autres documents nationaux appa- 6 References to other national documents appearing
rentés: 703 Titulaire(s): () Mandataire(s): Cabinet Simonnot Procédé de démantèlement d'éléments combustibles nucléaires irradiés. paid: 703 Holder (s): () Agent (s): Cabinet Simonnot Process for the dismantling of irradiated nuclear fuel elements.
57 L'invention concerne le démantèlement d'éléments com- The invention relates to the dismantling of com-
bustibles nucléaires.nuclear fuels.
Elle se rapporte à un procédé dans lequel l'enveloppe 4 des éléments combustibles est découpée à sa périphérie dans une région L2 de gonflement maximal des aiguilles combustibles 5, la partie supérieure de l'enveloppe étant retirée avec les grilles 8!r, 6 6 associées, le faisceau d'aiguilles et les grilles étant alors repoussés dans la partie restante de l'enveloppe afin que les, 6 ' grilles 6 s'empilent les unes contre les autres. Les aiguilles 5 ', < sont alors séparées des grilles, par exemple par découpe au laser. It relates to a method in which the casing 4 of the fuel elements is cut at its periphery in a region L2 of maximum swelling of the fuel needles 5, the upper part of the casing being removed with the grids 8! R, 6 6 associated, the needle beam and the grids being then pushed into the remaining portion of the envelope so that the 6 'grids 6 are stacked against each other. The needles 5 ', <are then separated from the grids, for example by laser cutting.
I Application au retraitement du combustible nucléaire. I Application to reprocessing nuclear fuel.
o0 Ie L D Vente des fasciculeslMPRIMERIE NATIONALE, 27 rue de la Convention75732 PARIS CEDEX 15 Un O Vente des fascicules à l'IMPRIMERIE NATIONALE. 27. rue de la Convention - 75732 PARIS CEDEX 15 La présente invention concerne le démantièlement The sale of fascicles NATIONAL PRINTING, 27 rue de la Convention 75732 PARIS CEDEX 15 A 0 Sale of the fascicles at the NATIONAL PRINTING CENTER. The present invention relates to dismantling.
des éléments combustibles nucléaires irradiés et en parti- irradiated nuclear fuel elements and, in particular,
culier le démantèlement d'un type d'élément combustible dismantling a type of fuel element
nucléaire utilisé dans un réacteur nucléaire surrégénér&zt. nuclear reactor used in a nuclear reactor breeder & zt.
refroidi par un métal liquide, ayant une enveloppe externe cooled by a liquid metal, having an outer shell
de forme hexagonale contenant plusieurs aiguilles de combus- hexagonal shape containing several fuel needles
tible nucléaire supportées par des grilIes transversales espacées. Un tel élément combustible nucléaire est appelé nuclear power supported by spaced transverse grills. Such a nuclear fuel element is called
"du type considéré" dans la suite du présent mémoire. "of the type considered" in the remainder of this memo.
Il est prudent, dans chaque élément combustible, It is prudent, in every fuel element,
de séparer l'enveloppe hexagonale et les grilles trans- to separate the hexagonal envelope and the trans-
versales des aiguilles combustibles afin que seules les aiguilles combustibles, découpées en morceaux commodes, of combustible needles so that only the combustible needles, cut into convenient pieces,
soient utilisées comme charges à l'installation de retrai- be used as charges to the retirement facility
tement, l'enveloppe et-les grilles étant séparées et con- the envelope and the gratings being separated and
servées sous forme de déchets radioactifs, afin que la quantité de matériaux introduite au cours du retraitement du combustible nucléaire soit minimale, ce retraitement étant l'opération dans laquelle l'uranium et le plutonium du combustible sont extraits pour être réutilisés et les used in the form of radioactive waste, so that the quantity of material introduced during the reprocessing of the nuclear fuel is minimal, this reprocessing being the operation in which the uranium and the plutonium of the fuel are extracted for reuse and the
produits de fission sont séparés avant stockage. Fission products are separated before storage.
On a déjà proposé la découpe circonférentielle de l'enveloppe de manière qu'elle forme une première partie qui peut être retirée et une seconde partie contenant It has already been proposed to circumferentially cut the envelope so that it forms a first part that can be removed and a second part containing
les aiguilles combustibles qui peuvent ensuite être reti- combustible needles which can then be removed
rées de la seconde partie. On a aussi proposé l'enlèvement des grilles fixées à la première partie de l'enveloppe avec cette première partie. Le procédé proposé indique une découpe circonférentielle centrale de préférence, et la découpe a dû être réalisée à l'aide d'outils de coupe. Il existe des objections en pratique à de telles propositions car il est difficile d'assurer un serrage du faisceau d'aiguilles combustiblesafin de séparer le of the second part. It has also been proposed to remove the grids attached to the first part of the envelope with this first part. The proposed method indicates a central circumferential cut preferably, and the cut had to be performed using cutting tools. There are objections in practice to such proposals because it is difficult to ensure a clamping of the fuel pin bundle in order to separate the
faisceau de la partie de l'enveloppe qui entoure les ai- beam of the part of the envelope that surrounds the
guilles, d'une manière suffisamment rapide pour que le guilles, in a manner fast enough for the
débit corresponde à celui d'une installation industrielle. flow corresponds to that of an industrial installation.
L'invention concerne un procédé de démantèlement et un dispositif destiné à la mise en oeuvre d'un tel procédé, ne présentant pas les inconvénients précédents The invention relates to a method of dismantling and a device for the implementation of such a method, not having the above disadvantages
ou seulement très peu.or only very little.
Plus précisément, l'invention concerne un procédé de démantèlement d'un élément combustible nucléaire irradié du type considéré, dans lequel une force de poussée est appliquée au faisceau d'aiguilles combustibles afin que More specifically, the invention relates to a method of dismantling an irradiated nuclear fuel element of the type in question, in which a thrust force is applied to the bundle of combustible needles so that
le faisceau soit déplacé par rapport à l'enveloppe exté- the beam is displaced with respect to the outer envelope
rieure.pool.
L'invention concerne aussi un procédé de démantèle- The invention also relates to a dismantling process
ment d'un élément combustible nucléaire irradié comprenant la découpe de l'enveloppe externe afin qu'elle soit séparée en deux parties axiales, à un emplacement compris entre les extrémités du faisceau d'aiguilles combustibles, et la poussée de ce faisceau à partir d'une extrémité de l'enveloppe, au moins partiellement dans cette partie d'enveloppe placée à partir dudit emplacement et tournée an irradiated nuclear fuel element comprising cutting the outer casing so that it is separated into two axial portions, at a location between the ends of the bundle of combustible needles, and the thrust of this bundle from one end of the envelope, at least partially in this envelope portion placed from said location and rotated
vers la première extrémité du faisceau d'aiguilles. towards the first end of the needle beam.
De préférence, les grilles sont aussi poussées Preferably, the grids are also pushed
longitudinalement par rapport à la premier.- partie d'en- longitudinally with respect to the first part of
veloppe afin qu'elles se rassemblent en formant une pile près dudit emplacement. Les grilles empilées peuvent être séparées des aiguilles combustibles par découpe de ces dernières dans des parties ne contenant pas de combustible, dans les aiguilles, soit pendant que les grilles empilées se trouvent encore dans la première partie d'enveloppe Veloppe so that they gather together forming a stack near said location. The stacked grates can be separated from the fuel needles by cutting the fuel needles in non-fuel-bearing parts, or while the stacked grates are still in the first envelope portion
soit après le déplacement des grilles et du faisceau d'ai- after moving the grids and the beam of
guilles totalement en dehors de la première partie d'en- guilles totally outside the first part of
veloppe.develops.
Le démantèlement peut être réalisé par découpe de l'enveloppe externe en direction circonférentielle, à peu près en son point médian et, en particulier, dans la région dans laquelle les aiguilles combustibles ont subi un gonflement maximal pendant l'irradiation dans Dismantling can be achieved by cutting the outer casing in the circumferential direction, approximately at its midpoint and, in particular, in the region where the combustible needles have undergone maximum swelling during irradiation in
le coeur du réacteur, par enlèvement de la partie supé- the reactor core, by removing the upper part of
rieure de l'enveloppe avec les grilles qui lui sont associées, the envelope with the grids associated with it,
::-:: -. : 2569490:: - :: -. : 2569490
=3 et par maintien en position fixea -du reste de l' enveloppe avec application d'un vérin cohtrele faisceau d'aiguilles combustibles afin que ce faisceau soit repoussé au moins = 3 and by holding in fixed position the rest of the envelope with application of a cylinder cohrele bundle of fuel needles so that this beam is repulsed at least
en partie hors du reste de l'enveloppe, les grilles a. partly out of the rest of the envelope, the grids a.
- ciées à -ce reste de l'eiveloppe:étant simultanément empilées, le reste de l'enveloppe étant retiré des aiguilles par exemple par découpe des aiguilles-. L'opération de-découpe peut être:réalisée par un laser -: -: :: Dans une-application avantageuse, un piston destiné à assurer la poussée-Pindiquése précédemment a- une plaque délimitant une face hexagonale avec:des découpes au coin permettant le passage des branches d. e support des grilles transversales et permettant aussi le-coulissementde la The rest of the envelope being simultaneously stacked, the remainder of the envelope being removed from the needles for example by cutting the needles. The de-cutting operation can be: performed by a laser -: - :: :: In an advantageous application, a piston intended to provide the thrust-Pindicatede previously has a plate delimiting a hexagonal face with: cutouts at the corner allowing the passage of branches d. e supports transverse grids and also allows-sliding of the
plaque sur les branches, l'utilisation pendant le déman- plate on the branches, the use during the
tèlement comprenant le serrage du reste de l'enveloppe, avec misesen contact initiale die la plaque et de.:la grille transversale inférieure du faisceau, puis la commande including the tightening of the rest of the envelope, with initial contact with the plate and the lower transverse grid of the beam, then the command
du vérin afin qu'il pousse le-faisceau: d'aaiguilles combus- the cylinder to push the beam: fuel needles
tibles en direction longitudinale, dans -le reste de l'en- in the longitudinal direction, in the rest of the
veloppe, avec cassures successives des grilles de manière qu'elles se rassemblent %a l'extrémité du faisceau, et, avec la première grille, forment une pile, cette pile de grilles étant placée près de l'extr-::ite inférieure du faisceau d'aiguilles.-L'ensemble des grilles et des aiguilles peut être repoussé totalement en dehors du reste de l'enveloppe et-finalement-la pile de: grilles peut être retirée des aiguilles par découpe de ces dernières. Dans une variante, l'ensemble peut étre repoussé jusqu'-à ce que des tronçons ne contenant pas-de combustible, par exemple les espaces sous pression, formés dans les aiguilles, dépassent de lapremière extrém-ité de Ia partie-inférieure de l'enveloppe, etbles aiguilles peuvent-alors être découpees au niveau des tronçons ne contenant pasl de combustible, : la pile de grilles restant à lLtintérieur de la partie and, with the first grid, form a stack, this stack of grids being placed near the bottom end of the stack, with the successive breaks of the grids so that they gather at the end of the bundle; The set of grids and needles can be pushed completely out of the rest of the envelope and finally the stack of grids can be removed from the needles by cutting them. Alternatively, the assembly may be pushed back until sections containing no fuel, for example pressurized spaces, formed in the needles, protrude from the upper end of the lower part of the housing. envelope can be cut off at the level of the sections containing no fuel, the stack of grids remaining inside the part
inférieure de;l'enveloppe.::: - -bottom of the envelope. ::: - -
- i D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- Other features and advantages of the invention
tion ressortiront mieux de la description qui-va suivre - will come out of the following description -
d'un mode de réalisation, faite en référence au dessin annexé sur lequel: of an embodiment, with reference to the appended drawing in which:
la figure 1 est une coupe longitudinale d'un exem- FIG. 1 is a longitudinal section of an example
ple d'élément combustible du type considéré; et la figure 2 est:une coupe agrandie suivant la ple of combustible element of the type considered; and FIG. 2 is an enlarged section along the
ligne II-II de la figure 1.line II-II of FIG.
On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente We first refer to Figure 1 which represents
un élément combustible de réacteur nucléaire du type consi- a nuclear reactor fuel element of the type
déré, portant la référence- et ayant une extrémité supé- dere, bearing the reference- and having a higher end
rieure 2 destinée à la manutention d'éléments combustibles, une extrémité inférieure 3 destinée à être positionnée avec de nombreux éléments combustibles analogues dans le dispositif de support d'éléments combustibles du réacteur (non représenté) et permettant la pénétration du métal liquide de refroidissement à l'intérieur de cet élément combustible et des autres, une enveloppe hexagonale externe 4 contenant plusieurs aiguilles combustibles 5 (une seule étant représentée par raison de clarté) et plusieurs grilles transversales distantes 6 de positionnement et de support des aiguilles 5. Les grilles supérieure et inférieure sont des grilles de support et portent les références 6T et 6B respectivement. Chaque grille intermédiaire 6 est une grille d'entretoise et de positionnement, et chaque grille 6 a des branches 6' assurant un positionnement 2 for the handling of fuel elements, a lower end 3 to be positioned with many similar fuel elements in the fuel element support device of the reactor (not shown) and allowing the penetration of the liquid coolant metal to the inside of this fuel element and the others, an outer hexagonal envelope 4 containing several combustible needles 5 (only one being represented for clarity) and several remote transverse grids 6 for positioning and supporting the needles 5. The upper and lower grids lower are support grids and have the references 6T and 6B respectively. Each intermediate grid 6 is a spacer and positioning grid, and each grid 6 has branches 6 'ensuring a positioning
angulaire et axial.angular and axial.
Après irradiation dans le réacteur nucléaire et extraction de celui-ci, l'élément combustible 1 doit être démantelé. Plus précisément, par manutention à distance, l'enveloppe externe 4 et les grilles 6 sont séparées des After irradiation in the nuclear reactor and extraction thereof, the fuel element 1 must be dismantled. More specifically, by remote handling, the outer envelope 4 and the grids 6 are separated from the
aiguilles combustibles 5 qui sont alors découpées et trans- needles which are then cut and
mises à un dispositif de dissolution de l'installation de retraitement. La séparation de l'enveloppe et des grilles put in a device for dissolving the reprocessing plant. The separation of the envelope and grids
des aiguilles combustibles est maintenant décrite. fuel needles is now described.
Comme l'indique la figure 1, une première découpe As shown in Figure 1, a first cut
transversale à l'aide d'un laser est réalisée dans l'enve- cross-section using a laser is carried out in the enve-
loppe hexagonale 4 et dans les branches de la grille infé- hexagonal loppe 4 and in the branches of the lower grid
rieure de support 6B, à un emplacement L. Une seconde découpe transversale au laser-de l'enveloppe 4 est réalisée à un emplacement L, :considéré comme -étant la position approximative de gonflement maximal des aiguilles à la suite de l'irradiation. La partie de l'enveloppe -: trouve à droite de l'emplacement-L (comme indique sur la figure 1) est maintenue et la partie d'enveloppe de 6, at a location L. A second transverse laser cut of the envelope 4 is made at a location L 1: considered to be the approximate position of maximum swelling of the needles as a result of the irradiation. The part of the envelope -: located to the right of location-L (as shown in Figure 1) is maintained and the envelope portion of
l'élément combustible qui se trouve à gauche de l'empla- the fuel element on the left of the
cement L est tirée hors de la partie maintenue, avec entraînement de l'extrémité supérieure 2, de la grille supérieure 6T de support, lecertaines des-grilles 6 et de leurs branches 6', mais les aiguilles combustibles restent danà leurposition maintenue.; 0 Ensuite, la partie maintenue de l'enveloppe est découpée transversalement au laser à un emplacement L3, cette découpe assurant aussi la libération de la grille inférieure de support 6B et l'exposition des extrémités des aiguilles et de la première grille 6 qui est aussi la grille de maintien en position basse des aiguilles combustibles. Un vérin ayant une plaque hexagonale et des cavités à ses coins lui permettant de glisser sur L is pulled out of the maintained part, with driving the upper end 2, the upper grid 6T support, some grids 6 and their branches 6 ', but the fuel needles remain dan`sposition maintained .; Then, the maintained portion of the envelope is cut transversely to the laser at a location L3, this cut also ensuring the release of the lower support grid 6B and the exposure of the ends of the needles and the first gate 6 which is also the grid for holding the fuel needles in the low position. A cylinder having a hexagonal plate and cavities at its corners allowing it to slide on
les branches 6' est alors mis le long des extrémités expo- the branches 6 'is then placed along the expo-
sées des aiguilles combustibles 5 et de la première grille 6 et est commandé afin qu'il casse cette grille et la déplace avec les aiguilles en direction axiale-par rapport à la partie inférieure de l'enveloppe. Initialement, seules les aiguilles et la première grille sont déplacées puisque les aiguilles glissent d'une manière relativement libre dans les grilles restantes étant donné la section des aiguilles qui diminue depuis la position de gonflement maximal provoqué par l'irradiation. L'opération du piston provoque alors la mise en contact de la première grille et de la suivante si bien que les grilles 6 sont arrachées de leur fixation à l'enveloppe 4, une par une, et finalement sont empilées et collectées à l'extrémité inférieure du faisceau d'aiguilles, les coins découpés de la plaque hexagonale permettant à la plaque de coulisser le long des branches 6'. Les aiguilles et les grilles-sont alors e9490 repoussées hors de l'enveloppe 4, celle-ci étant retirée Combustible needles 5 and first grid 6 are controlled to break this grid and move it with the needles in the axial direction relative to the lower portion of the envelope. Initially, only the needles and the first grid are displaced as the needles slide relatively freely through the remaining grates because the needle section decreases from the maximum swelling position caused by the irradiation. The operation of the piston then causes the first and second grids to come into contact with each other so that the grids 6 are torn off from their attachment to the envelope 4, one by one, and finally are stacked and collected at the end. lower the needle beam, the cut corners of the hexagonal plate allowing the plate to slide along the branches 6 '. The needles and grids are then e9490 pushed out of the envelope 4, the latter being removed.
et transmise à un stockage de déchets radioactifs. and transmitted to a radioactive waste storage.
Enfin, la pile de grilles 6 et retirée par une Finally, the stack of grids 6 and removed by a
découpe transversale par le laser, par la région de l'.- transverse cutting by the laser, by the region of the .-
trémité inférieure des aiguilles combustibles, c'est-à-dire dans la partie formant la chambre sous pression et qui n'est pas occupée par du combustible. Les aiguilles 5 peuvent alors être soumises à l'opération de découpe puis lower end of the fuel needles, that is to say in the part forming the pressure chamber and which is not occupied by fuel. The needles 5 can then be subjected to the cutting operation then
à l'opération de dissolution dands l'installation de retrai- the dissolution operation of the retirement facility
tement.ment.
Dans une variante, la poussée peut être interrompue dès que les parties sous pression des aiguilles commencent à sortir de l'enveloppe. Les parties des aiguilles ayant le combustible peuvent alors être séparées, les grilles et les parties sous pression restant dans l'enveloppe In a variant, the thrust can be interrupted as soon as the pressure parts of the needles start to emerge from the envelope. The parts of the needles having the fuel can then be separated, the grids and the pressure parts remaining in the envelope
pour être évacuées vers un stockage. to be evacuated to a storage.
Dans certains cas, il peut être préférable d'éviter la rupture de l'intégrité interne des aiguilles combustibles, par exemple qui peut se produire lorsqu'elles sont séparées In some cases, it may be preferable to avoid breaking the internal integrity of fuel needles, for example, which can occur when they are separated.
des parties sous pression. Diverses possibilités existent. parts under pressure. Various possibilities exist.
Par exemple, les aiguilles peuvent être retirées des grilles empilées par application d'une force de traction, les aiguilles étant retirées une à une ou par groupe, ou elles peuvent être repoussées de leur position de contact avec les grilles par déplacement par rapport aux grilles à l'aide de tiges poussoirs, les grilles étant encore dans la partie inférieure de l'enveloppe ou après que les grilles For example, the needles can be removed from the stacked grids by applying a pulling force, the needles being removed one by one or in groups, or they can be pushed back from their position of contact with the grids by displacement relative to the grids using push rods, the grids being still in the lower part of the envelope or after the grids
ont été retirées de cette partie inférieure d'enveloppe. have been removed from this lower part of the envelope.
-5S94900-5S94900
0 00--- 0-00; =;=;;7 - =- -- *0 00 --- 0-00; =; = ;; 7 - = - - *
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