FR2611695A1 - Process for the manufacture of nuclear fuel - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE DE FABRICATION DE COMBUSTIBLE NUCLEAIRE
DESCRIPTION
La présente invention a pour objet un procédé pour la
fabrication de combustible nucléaire utilisable en particulier
pour la réalisation de combustible nucléaire d'oxydes mixtes (U,
Pu)O ou egalement de combustible nucléaire dit "de type avancé", 2
c 'est-à-dire des carbures, des nitrures ou des carbonitrures
d'uranium et de plutonium.PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF NUCLEAR FUEL
DESCRIPTION
The present invention relates to a method for the
manufacture of usable nuclear fuel in particular
for the production of mixed oxide nuclear fuel (U,
Pu) O or also nuclear fuel called "advanced type", 2
that is to say carbides, nitrides or carbonitrides
uranium and plutonium.
La technique actuellement utilisée pour fabriquer le
combustible nucléaire (U, Pu)O consiste à préparer d'abord
2
séparément de l'oxyde d'uranium UO et de l'oxyde de plutonium
2
PuO sous forme de poudre et à mélanger les deux oxydes dans des
2
proportions convenables. Le mélange est ensuite transformé en
pastilles et ces dernières sont frittées dans un four à une température de L'ordre de 1500 à 17000C. Pour la fabrication de
combustible nucléaire du type carbure, nitrure ou carbonitrure d'uranium et de plutonium, on réalise d'abord des poudres de
carbure, de nitrure ou de carbonitrure de métaux fissiles que
l'on mélange avec des poudres d'oxydes d'uranium et/ou de plutonium, par exemple UO ou (U, Pu)O ou avec des poudres de
2 2 même composition chimique.The technique currently used to manufacture the
nuclear fuel (U, Pu) O is to prepare first
2
separately from UO uranium oxide and plutonium oxide
2
PuO in powder form and to mix the two oxides in
2
suitable proportions. The mixture is then transformed into
pellets and the latter are sintered in an oven at a temperature of the order of 1500 to 17000C. For the manufacture of
nuclear fuel of the carbide, nitride or carbonitride type of uranium and plutonium, powders are first produced
carbide, nitride or carbonitride of fissile metals as
it is mixed with powders of uranium and / or plutonium oxides, for example UO or (U, Pu) O or with powders of
2 2 same chemical composition.
Ces méthodes présentent cependant certains inconvénients. Tout d'abord, la manipulation de poudres très fines renfermant des radionucLéides émetteurs de photons gamma et/ou de neutrons nécessite des précautions draconiennes pour éviter tout risque de diffusion de La contamination par la poudre très fine. D'autre part, le mélange mécanique des poudres ne permet pas toujours d'obtenir des mélanges parfaitement homogènes et peut donc entraSner une distribution imparfaite du plutonium dans la matrice de L'oxyde. Ceci a pour conséquence une solubilité incomplète du combustible dans l'acide nitrique lors de son retraitement.Enfin, La fabrication de combustible nucléaire du type carbure, nitrure ou carbonitrure par le procédé du mélange mécanique des poudres présente des difficultés de centrale de la teneur en oxygène du produit final et de manipulation de ces poudres qui sont pyrophoriques. However, these methods have certain drawbacks. First of all, the handling of very fine powders containing radionuclides emitting gamma photons and / or neutrons requires draconian precautions to avoid any risk of diffusion of contamination by very fine powder. On the other hand, the mechanical mixing of the powders does not always make it possible to obtain perfectly homogeneous mixtures and can therefore result in an imperfect distribution of the plutonium in the oxide matrix. This results in an incomplete solubility of the fuel in nitric acid during its reprocessing. Finally, the manufacture of nuclear fuel of the carbide, nitride or carbonitride type by the process of the mechanical mixing of powders presents difficulties in the central content oxygen of the final product and handling of these powders which are pyrophoric.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients grace à un procédé pour La fabrication de combustible nucléaire qui permet d'obtenir des pastilles pour éléments combustibles ayant une très bonne homogénéité et qui permet un ajustement précis de la composition, notamment en ce qui concerne le rapport entre la quantité d'éléments fertiles et d'éléments fissiles. The object of the present invention is to remedy these drawbacks by means of a process for the manufacture of nuclear fuel which makes it possible to obtain pellets for fuel elements having very good homogeneity and which allows precise adjustment of the composition, in particular as regards concerns the relationship between the quantity of fertile elements and fissile elements.
Selon La principale caractéristique du procédé objet de l'invention, celui-ci comprend les étapes suivantes consistant à: (a)- calciner, à une température comprise entre 400 et 800 OC,
et de préférence comprise entre 500 et 6000C, des
microsphères d'au moins un oxyde d'un metal fissile ou
fertile, (b)- imprégner ces microsphères par une solution aqueuse
contenant au moins l'un des éléments suivants : uranium,
plutonium, carbone et azote, et (c)- soumettre les microsphères ainsi imprégnées à un traitement
thermique à une température comprise entre 500 et 10000C et
de préférence entre 800 et 9000C.According to the main characteristic of the process which is the subject of the invention, it comprises the following stages consisting in: (a) - calcining, at a temperature between 400 and 800 OC,
and preferably between 500 and 6000C,
microspheres of at least one oxide of a fissile metal or
fertile, (b) - impregnate these microspheres with an aqueous solution
containing at least one of the following: uranium,
plutonium, carbon and nitrogen, and (c) - subject the microspheres thus impregnated to a treatment
thermal at a temperature between 500 and 10000C and
preferably between 800 and 9000C.
De préférence, les microsphères sont obtenues, préalablement à l'étape (a), par le procédé sol-gel. Preferably, the microspheres are obtained, prior to step (a), by the sol-gel process.
Les microsphères sont généralement des microsphères d'oxyde d'uranium et/ou de plutonium, éventuellement de thorium. The microspheres are generally microspheres of uranium oxide and / or plutonium, possibly of thorium.
Quant à la calcination de l'étape (a), elle se fait, suivant les cas, sous air ou sous atmosphère réductrice.As for the calcination of step (a), it is carried out, depending on the case, in air or in a reducing atmosphere.
De préférence, les microsphères sont maintenues en état de fluidisation au cours de l'étape (b). Preferably, the microspheres are maintained in a state of fluidization during step (b).
Quant à L'étape (c), elle se fait, suivant les cas, sous vide ou sous atmosphère réductrice. Eventuellement, cette atmosphère peut contenir un élément constitutif du produit final à obtenir, par exemple L'azote dans le cas des nitrures. As for step (c), it is carried out, depending on the case, under vacuum or under a reducing atmosphere. Optionally, this atmosphere may contain a constituent element of the final product to be obtained, for example nitrogen in the case of nitrides.
L'invention apparaStra mieux à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple purement illustratif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- La figure 1 est un schéma de principe montrant les principaux éléments d'un dispositif utilisable pour la mise en oeuvre du procédé objet de L'invention, et
- la figure 2 est une vue schématique en coupe verticale plus détaillée de certains éléments de ce dispositif.The invention will appear better on reading the description which follows, given by way of purely illustrative and in no way limitative example, with reference to the appended drawings in which:
FIG. 1 is a block diagram showing the main elements of a device which can be used for implementing the method which is the subject of the invention, and
- Figure 2 is a schematic view in more detailed vertical section of certain elements of this device.
Si l'on se reporte aux dessins, on voit que ce dispositif comprend d'abord un four 10 à l'intérieur duquel les produits de départ subissent une calcination. Ce four comprend d'abord une enceinte 12 entourée d'une résistance chauffante 14,
le tout étant protégé par une masse d'isolant 16. Les microsphères, qui, de préférence, ont été préalablement préparées par Le procédé sol-gel, sont stockées dans un réservoir 18 dont la partie inférieure est reliée à une extrémité de la cuve 12 par une conduite 22 équipée d'une vanne 24. Dans cet exemple, le réservoir 18 comporte une partie cylindrique verticale 19 prolongée à sa partie inférieure par une partie conique 21 dont le diamètre diminue au fur et à mesure qu'on s'éloigne de la partie 19.Si nécessaire, afin que le réservoir 18 ait une géométrie subcritique, on peut prévoir à l'intérieur de celui-ci un noyau ou une ogive 20 ayant une forme homothétique de celle du réservoir 18 afin que ta poudre soit stockée uniquement dans
L'espace compris entre ce noyau 20 et les parois internes du réservoir. Les microsphères tombent de celui-ci dans l'enceinte 12 à travers La conduite 22 et tombent sur un convoyeur 26 qui
Les entrasse à L'autre extrémité du four. La vitesse de défilement du convoyeur est déterminée en fonction de la durée nécessaire pour calciner Les microsphères.Si La calcination doit se dérouler sous atmosphère contrôlée, L'enceinte 12 est balayée par un courant gazeux approprié circulant à contre-courant des microsphères. Les conduites d'entrée et de sortie du gaz sont représentées symboliquement sur le dessin par Les flèches en traits mixtes 23 et 25 respectivement.Referring to the drawings, it can be seen that this device firstly comprises an oven 10 inside which the starting materials undergo calcination. This oven first comprises an enclosure 12 surrounded by a heating resistor 14,
the whole being protected by a mass of insulator 16. The microspheres, which, preferably, were previously prepared by the sol-gel process, are stored in a tank 18, the lower part of which is connected to one end of the tank 12 by a pipe 22 fitted with a valve 24. In this example, the reservoir 18 comprises a vertical cylindrical part 19 extended at its lower part by a conical part 21 whose diameter decreases as one moves away from part 19. If necessary, so that the reservoir 18 has a subcritical geometry, one can provide inside of it a core or an ogive 20 having a shape similar to that of the reservoir 18 so that your powder is stored only in
The space between this core 20 and the internal walls of the tank. The microspheres fall from it into the enclosure 12 through the pipe 22 and fall on a conveyor 26 which
Crate them at the other end of the oven. The running speed of the conveyor is determined as a function of the time necessary to calcine the microspheres. If the calcination is to take place under a controlled atmosphere, the enclosure 12 is swept by a suitable gas current flowing against the microspheres. The gas inlet and outlet pipes are symbolically represented in the drawing by the arrows in phantom 23 and 25 respectively.
A son extrémité opposée à celle où sont introduites les microsphères, le four est relié par une conduite 27 équipée d'une vanne 28 à un réservoir 30 où sont stockées les microsphères avant l'étape d'imprégnation. Le réservoir 30 est relié, par une
conduite 32 équipée d'une vanne 34, à une colonne d'imprégnation 36 à lit fluidise dans laquelle se déroule l'opération d'imprégnation des microsphères. La solution aqueuse utilisée pour cela est stockee dans un réservoir 38 relie à la colonne 36 par une conduite 40 équipée d'une vanne 42. Afin d'éliminer Les vapeurs d'eau et d'acide qui sont produites dans la colonne d'imprégnation 36, on a prévu un condenseur 44 relié, par une turbine 46, à la partie supérieure de la colonne 36.Un réservoir 48, placé au dessous du condenseur 44, est relié à celui-ci par une conduite 50 qui permet de récupérer les condensats.At its end opposite to that where the microspheres are introduced, the oven is connected by a pipe 27 fitted with a valve 28 to a tank 30 where the microspheres are stored before the impregnation step. The reservoir 30 is connected, by a
line 32 fitted with a valve 34, to an impregnation column 36 with a fluidized bed in which the operation for impregnating the microspheres takes place. The aqueous solution used for this is stored in a tank 38 connected to the column 36 by a pipe 40 fitted with a valve 42. In order to eliminate the water and acid vapors which are produced in the impregnation column 36, a condenser 44 is provided, connected, by a turbine 46, to the upper part of the column 36. A reservoir 48, placed below the condenser 44, is connected to the latter by a pipe 50 which makes it possible to recover the condensates.
La colonne 36 a une forme semblable à celle du réservoir 18 avec une partie superieure cylindrique prolongée par une partie inférieure de forme sensiblement conique. Une conduite 52 équipée d'une vanne 54 relie la partie inférieure de la colonne 36 à la partie supérieure d'un réservoir de stockage 56. The column 36 has a shape similar to that of the reservoir 18 with an upper cylindrical part extended by a lower part of substantially conical shape. A pipe 52 fitted with a valve 54 connects the lower part of the column 36 to the upper part of a storage tank 56.
Ce dernier sert à stocker les microsphères qui ont été imprégnées dans La colonne 36 avant de Leur faire subir le traitement thermique qui constitue l'étape (c) du procédé objet de l'invention. Une conduite 58 sert à l'introduction du gaz utilisé pour tenir les microsphères en état de fluidisation lorsqu'elles se trouvent à l'intérieur de la colonne 36. Cette conduite 58, qui débouche dans la conduite 52 au niveau de la vanne 54, est équipee d'un échangeur de chaleur 60 afin de préchauffer Le gaz à une température de l'ordre de 1500C. Un dispositif de chauffage disposé autour de la colonne 36 permet de maintenir dans celle-ci
La température à 1500C.The latter is used to store the microspheres which have been impregnated in column 36 before subjecting them to the heat treatment which constitutes step (c) of the process which is the subject of the invention. A pipe 58 serves for the introduction of the gas used to keep the microspheres in a fluidization state when they are inside the column 36. This pipe 58, which opens into the pipe 52 at the level of the valve 54, is equipped with a heat exchanger 60 in order to preheat the gas to a temperature of the order of 1500C. A heating device arranged around the column 36 makes it possible to maintain in the latter
The temperature at 1500C.
La partie inférieure du réservoir 56 est reliée par une conduite 62 équipée d'une vanne 64 à un four 66 dans lequel est effectué le traitement thermique qui constitue l'étape (c) du procédé objet de l'invention. Ce four 66 peut être constitué de
la même façon que le four 10 avec une enceinte 68 pour le passage des microsphères, cette cuve étant entourée d'une résistance chauffante 70 et protegee par une masse d'isolant thermique 72.The lower part of the tank 56 is connected by a pipe 62 fitted with a valve 64 to an oven 66 in which the heat treatment which constitutes step (c) of the process which is the subject of the invention is carried out. This oven 66 can consist of
the same way as the oven 10 with an enclosure 68 for the passage of the microspheres, this tank being surrounded by a heating resistor 70 and protected by a mass of thermal insulator 72.
Le four 66 peut lui aussi être balayé par un gaz, les conduites d'entrée et de sortie etant symbolisees par les fleches en traits mixtes 71 et 73 respectivement.The oven 66 can also be swept by a gas, the inlet and outlet pipes being symbolized by the arrows in phantom 71 and 73 respectively.
La figure 2 montre de maniera plus détaillée la constitution de certains éléments du dispositif objet de
l'invention. On peut voir sur cette figure que les éléments destines à contenir les microsphères, c'est-à-dire les réservoirs de stockage 30 et 56 ainsi que La colonne d'imprégnation 36, peuvent, si nécessaire, être entourés d'une protection neutronique ou biologique 33, celle-ci étant représentée schématiquement en traits mixtes sur la figure 2. Si nécessaire, on peut également protéger de la même façon le réservoir 38 destiné à contenir la solution d'imprégnation des microsphères.Figure 2 shows in more detail the constitution of certain elements of the device object of
the invention. It can be seen in this figure that the elements intended to contain the microspheres, that is to say the storage tanks 30 and 56 as well as the impregnation column 36, can, if necessary, be surrounded by a neutron protection or biological 33, the latter being shown diagrammatically in dashed lines in FIG. 2. If necessary, the reservoir 38 intended to contain the impregnation solution for the microspheres can also be protected in the same way.
Toujours pour des raisons de sécurité, il est préférable que la colonne 36 et le réservoir 56 soient de géométrie subcritique, c'est-à-dire constitués de manière à répartir la masse des microsphères sur le plus grand espace possible. Pour cela, on peut prévoir par exemple un noyau 37 à l'intérieur de la colonne 36 et à la partie inférieure de celleci, la pièce 37 pouvant avoir par exemple L'allure d'un double cône : Les microsphères se trouvent entre ce double cône et les parois intérieures de La colonne 36. Quant au réservoir 56, ce peut être un réservoir à double paroi, c'est-à-dire une paroi extérieure 57 et une paroi intérieure 59 définissant entre elles un espace de faible épaisseur 61. Les microsphères sont stockées dans cet espace 61, ce qui permet d'avoir une masse de microsphères de faible épaisseur. Still for security reasons, it is preferable that the column 36 and the reservoir 56 be of subcritical geometry, that is to say constituted so as to distribute the mass of the microspheres over the largest possible space. For this, it is possible, for example, to provide a core 37 inside the column 36 and at the lower part thereof, the part 37 possibly having, for example, the appearance of a double cone: the microspheres are located between this double cone and the interior walls of the column 36. As for the reservoir 56, it may be a double-walled reservoir, that is to say an exterior wall 57 and an interior wall 59 defining between them a thin space 61. The microspheres are stored in this space 61, which makes it possible to have a mass of thin microspheres.
On voit encore sur La figure 2 que la conduite 40 reliant le réservoir 38 à La colonne 36 débouche à la partie supérieure de celle-ci par un gicleur 43 qui permet de projeter le liquide à L'état de gouttelettes sur les microsphères. Quant au condenseur 44, il peut se présenter sous forme d'une colonne équipee de plateaux 45 et munie d'un réfrigérateur 47. Enfin,
l'échangeur de chaleur 60 peut se presenter sous la forme d'une enceinte 63 à l'intérieur de laquelle le gaz circule le long d'un
serpentin 65, l'enceinte 63 étant chauffée au moyen de
resistances 67.It can also be seen in FIG. 2 that the pipe 40 connecting the reservoir 38 to the column 36 opens out at the upper part thereof by a nozzle 43 which makes it possible to project the liquid in the state of droplets onto the microspheres. As for the condenser 44, it can be in the form of a column fitted with trays 45 and provided with a refrigerator 47. Finally,
the heat exchanger 60 can be in the form of an enclosure 63 inside which the gas circulates along a
coil 65, the enclosure 63 being heated by means of
resistances 67.
On va maintenant décrire le déroulement d'une opération de fabrication de combustible nucléaire à l'aide de ce dispositif. We will now describe the progress of a nuclear fuel manufacturing operation using this device.
Les microsphères, qui ont été préalablement preparées, de préférence par le procédé sol-gel, sont introduites et stockées dans le réservoir 18. The microspheres, which have been previously prepared, preferably by the sol-gel process, are introduced and stored in the reservoir 18.
Au commencement de l'opération, on met en route le four 10 jusqu'à ce qu'il atteigne La température voulue pour
l'opération de calcination, on met en route le convoyeur 26 et on ouvre la vanne 24 afin que les microsphères tombent sur celui-ci.At the start of the operation, the oven 10 is started up until it reaches the desired temperature for
the calcination operation, the conveyor 26 is started and the valve 24 is opened so that the microspheres fall thereon.
Si nécessaire, l'enceinte 12 est balayee par un gaz approprié.If necessary, the enclosure 12 is swept by an appropriate gas.
Pendant cette opération, la vanne 28 est ouverte et la vanne 34 fermée afin que les microsphères soient évacuées dans Le réservoir 30.During this operation, the valve 28 is open and the valve 34 closed so that the microspheres are discharged into the reservoir 30.
Lorsque la quantité voulue de microsphères a été calcinée dans le four 10, on passe à l'opération suivante qui est l'imprégnation des microsphères avec la solution 39 qui est contenue dans le réservoir 38. Pour cela, on ouvre la vanne 34 afin que les microsphères contenues dans le réservoir 30 tombent dans la colonne 36. On ouvre alors la vanne 42, qui était fermée jusque là, afin que la solution 39 pénètre dans la colonne 36 à travers le gicleur 43. When the desired quantity of microspheres has been calcined in the oven 10, we proceed to the next operation which is the impregnation of the microspheres with the solution 39 which is contained in the tank 38. For this, the valve 34 is opened so that the microspheres contained in the reservoir 30 fall into the column 36. The valve 42, which was previously closed, is then opened, so that the solution 39 enters the column 36 through the nozzle 43.
Pendant l'opération d'imprégnation, la vanne 54 est fermée. Il est à remarquer cependant que, la masse de microsphères contenue dans la colonne 36 devant être maintenue en état de fluidisation à l'aide du gaz introduit par la conduite 58, la vanne 54 doit être conçue de manière à pouvoir empecher le passage des microsphères de la colonne 36 au réservoir 56 tout en permettant le passage du gaz de bas en haut le long de la conduite 52. During the impregnation operation, the valve 54 is closed. It should be noted however that, the mass of microspheres contained in the column 36 having to be maintained in a state of fluidization by means of the gas introduced by the line 58, the valve 54 must be designed so as to be able to prevent the passage of the microspheres from column 36 to tank 56 while allowing gas to pass from bottom to top along line 52.
On ouvre ensuite la vanne 54 pour que Les microsphères
imprégnees tombent dans le réservoir 56. Si elles doivent etre
stockées avant d'effectuer L'étape (c), la vanne 64 est fermée. Au moment voulu, on ouvre cette dernière pour que Les microsphères tombent dans le four 66 où l'on effectue le traitement thermique qui constitue L'étape (c) du procédé objet de l'invention.The valve 54 is then opened so that the microspheres
impregnated material falls into tank 56. If they must be
stored before performing Step (c), the valve 64 is closed. At the appropriate time, the latter is opened so that the microspheres fall into the oven 66 where the heat treatment which constitutes step (c) of the process which is the subject of the invention is carried out.
On va maintenant décrire quelques exemples de préparation de combustible nucléaire à l'aide du dispositif
illustré aux figures 1 et 2.We will now describe some examples of nuclear fuel preparation using the device
illustrated in Figures 1 and 2.
EXEMPLE 1
Dans cet exemple, on a préparé des pastilles de combustible nucléaire d'oxyde mixte de (U, Pu)O2 Pour cela, on est parti d'une charge de 2000 g de microsphères d'oxyde U308 obtenue par le procédé sol-gel. Ces microsphères ont d'abord été calcinées sous air à 6000C dans le four 10 pendant 30 minutes, puis imprégnées dans la colonne 36 avec 2 litres d'une solution nitrique 1M contenant 50,88 g/l de plutonium et 50,88 g/l d'uranium. Après imprégnation, les microsphères ont été soumises dans le four 66 à un traitement thermique d'une durée de 30 minutes à 8500C dans une atmosphère réductrice qui contenait 95% d'argon et 5% d'hydrogène. On a ainsi obtenu des granules de (U,Pu)O qui ont pu être transformés par pressage et frittage en
2 pastilles cylindriques de densité 10,5 g/cm .Dans cet exemple,
Les pastilles finalement obtenues avaient un diamètre de 10 mm et une hauteur de 15 mm.EXAMPLE 1
In this example, nuclear fuel pellets of mixed oxide of (U, Pu) O2 were prepared. For this, we started with a charge of 2000 g of microspheres of oxide U308 obtained by the sol-gel process. These microspheres were first calcined in air at 6000C in the oven 10 for 30 minutes, then impregnated in column 36 with 2 liters of a 1M nitric solution containing 50.88 g / l of plutonium and 50.88 g / l of uranium. After impregnation, the microspheres were subjected in the oven 66 to a heat treatment lasting 30 minutes at 8500C in a reducing atmosphere which contained 95% of argon and 5% of hydrogen. Granules of (U, Pu) O were thus obtained which could be transformed by pressing and sintering into
2 cylindrical pellets with a density of 10.5 g / cm. In this example,
The pellets finally obtained had a diameter of 10 mm and a height of 15 mm.
EXEMPLE 2
Dans cet exemple, on a cherché à ajuster la concentration en plutonium d'une charge de microsphères d'oxyde mixte (U, Pu)O
2
On a préparé par Le procédé sol-gel une charge de 20429 de microsphères de (U, Pu)O ayant comme composition
2 stoechiométrique (U Pu )O . Ces microsphères ont été
0,75 0,25 2 calcinées à 7000C pendant 30 minutes sous une atmosphère réductrice contenant 95Z d'argon et 5X d'hydrogène.Cette solution a ensuite été imprégnée avec 7 litres d'une solution UO2(NO3) 0,42M. Les microsphères ainsi imprégnées ont été ensuite
soumises à un traitement thermique d'une duree de 30 minutes à 9000C sous une atmosphère réductrice contenant 95Z d'argon et 5X d'hydrogène. On a obtenu finalement des granules dont la
composition stoechiométrique était (ut 82 Pu 18) 2. Ces 0,18 0, 2 granules ont ensuite été pressés et frittés pour obtenir des pastilles cylindriques de diamètre 10 mm et de hauteur 15 mm.EXAMPLE 2
In this example, we sought to adjust the plutonium concentration of a charge of mixed oxide microspheres (U, Pu) O
2
A charge of 20429 microspheres of (U, Pu) O having the composition was prepared by the sol-gel method.
2 stoichiometric (U Pu) O. These microspheres have been
0.75 0.25 2 calcined at 7000C for 30 minutes under a reducing atmosphere containing 95Z of argon and 5X of hydrogen. This solution was then impregnated with 7 liters of a 0.42M UO2 (NO3) solution. The microspheres thus impregnated were then
subjected to a heat treatment lasting 30 minutes at 9000C under a reducing atmosphere containing 95Z of argon and 5X of hydrogen. We finally obtained granules whose
stoichiometric composition was (ut 82 Pu 18) 2. These 0.18 0, 2 granules were then pressed and sintered to obtain cylindrical pellets with a diameter of 10 mm and a height of 15 mm.
Le procédé objet de l'invention peut aussi être utilisé pour la fabrication de combustible nucléaire dit "de type avancé", c' est-à-dire des carbures, des nitrures ou des carbonitrures d'uranium et de plutonium. Par exemple, des granules de carbure peuvent être obtenus en introduisant dans la solution d'imprégnation 39 une certaine quantité de carbone, puis en soumettant les microsphères impregnées à une réduction carbothermique à haute température sous vide ou en atmosphère inerte. Quant aux granules de nitrure ou de carbonitrure, ils peuvent être obtenus en soumettant Les microsphères à une réduction thermique sous atmosphère d'azote. The process which is the subject of the invention can also be used for the manufacture of so-called "advanced type" nuclear fuel, that is to say carbides, nitrides or carbonitrides of uranium and plutonium. For example, carbide granules can be obtained by introducing a certain amount of carbon into the impregnation solution 39, then by subjecting the impregnated microspheres to a carbothermic reduction at high temperature under vacuum or in an inert atmosphere. As for the nitride or carbonitride granules, they can be obtained by subjecting the microspheres to thermal reduction under a nitrogen atmosphere.
EXEMPLE 3
Dans cet exemple, on a préparé des pastilles de combustible nucléaire de type avancé, c'est-à-dire de carbonitrure d'uranium et de plutonium (U , Pu )C N
0,8 0,2 0,2 0,8
On a préparé par le procédé sol-gel des microsphères de (U Pu )O de diamètre moyen 0,1 mm. Ces microsphères ont
0,8 0,2 2,2 été imprégnées avec 10 litres d'une solution aqueuse de C H O
12 22 Il ayant une concentration de 82,39 g/l. Après séchage complet, les microsphères imprégnées, qui constituaient un mélange de (U
Pu )O et de C H O , ont été transférées dans un creuset
0,22 2,2 12 22 11 de tungstene et chauffées sous une atmosphère d'azote jusqu'a 14500C. La montee en température a été effectuée à la vitesse de 1500C par heure avec un arrêt de 2 heures à 7000C et un maintien de 6 heures à la température maximale de 14500C. Le produit ainsi obtenu a été mis sous forme de pastilles par pressage à froid.EXAMPLE 3
In this example, pellets of advanced type nuclear fuel, i.e. uranium carbonitride and plutonium (U, Pu) CN, were prepared.
0.8 0.2 0.2 0.8
Microspheres of (U Pu) O with an average diameter of 0.1 mm were prepared by the sol-gel method. These microspheres have
0.8 0.2 2.2 was impregnated with 10 liters of an aqueous CHO solution
12 22 It having a concentration of 82.39 g / l. After complete drying, the impregnated microspheres, which constituted a mixture of (U
Pu) O and CHO, were transferred to a crucible
0.22 2.2 12 22 11 of tungsten and heated under a nitrogen atmosphere to 14500C. The temperature rise was carried out at the speed of 1500C per hour with a stop of 2 hours at 7000C and a maintenance of 6 hours at the maximum temperature of 14500C. The product thus obtained was put into the form of pellets by cold pressing.
Ces pastilles ont ensuite été transformées à leur tour en pastilles de combustible de haute densité par chauffage à une
température comprise entre 1700 et 19000C. On a ainsi obtenu
23009 de combustible à base de carbonitrure d'uranium et de
plutonium, Le produit obtenu ayant pour formule chimique
approximative (UO 8 PU0#2 )C N
0,2 0,2 0,2 0,8
Ainsi, le procédé objet de l'invention présente des
avantages particulièrement intéressants puisqu'il permet
d'obtenir differents types de combustible nucléaire (oxydes
mixtes ou combustible de type avancé) présentant une bonne
homogénéité et que le procédé permet d'ajuster la composition
chimique de produits SOL-GEL initiaux.De plus, toutes les opérations se deroulant à l'intérieur de récipients reliés les
uns aux autres par des conduites équipées de vannes, ceci diminue
Les manipulations et donc les risques de diffusion de la contamination.These pellets were then in turn transformed into high density fuel pellets by heating to a
temperature between 1700 and 19000C. We thus obtained
23009 of fuel based on uranium carbonitride and
plutonium, The product obtained having the chemical formula
approximate (UO 8 PU0 # 2) CN
0.2 0.2 0.2 0.8
Thus, the process which is the subject of the invention presents
particularly interesting advantages since it allows
obtain different types of nuclear fuel (oxides
mixed or advanced fuel type) with good
homogeneity and that the process makes it possible to adjust the composition
of SOL-GEL initial products. In addition, all operations taking place inside containers connected
to each other by pipes fitted with valves, this decreases
Manipulations and therefore the risk of spreading contamination.
Enfin, il est bien entendu que l'invention ne se limite pas aux seuls modes de réalisation qui viennent d'etre décrits mais qu'on peut envisager des variantes sans sortir pour autant du cadre de l'invention. C'est ainsi que, dans le dispositif des figures 1 ou 2, on pourra remplacer un élément par un élément équivalent permettant d'effectuer Les mêmes opérations. On peut, par exemple, remplacer les fours 10 et 66 par des fours d'un autre type ou les remplacer par un simple creuset chauffé si la quantité de poudre manipulée le permet. De même, Les noyaux 20 du réservoir 18 et 37 de la colonne 36 peuvent être supprimés si les quantités de poudre manipulées permettent de maintenir constamment une géométrie subcritique. On peut aussi, sans sortir du cadre de l'invention, Les remplacer par des pièces de forme différente. Quant au réservoir 56, si on a décrit un mode de réalisation particuLier dans Lequel la géométrie subcritique était obtenue par utilisation d'une double enveloppe, on ne sortirait pas non pLus du cadre de L'invention en utilisant une autre structure pourvu que la géométrie reste subcritique. Finally, it is understood that the invention is not limited to the sole embodiments which have just been described, but that variants can be envisaged without thereby departing from the scope of the invention. Thus, in the device of Figures 1 or 2, we can replace an element by an equivalent element to perform the same operations. One can, for example, replace ovens 10 and 66 with ovens of another type or replace them with a simple heated crucible if the quantity of powder handled allows it. Likewise, the cores 20 of the reservoir 18 and 37 of the column 36 can be eliminated if the quantities of powder handled make it possible to constantly maintain a subcritical geometry. It is also possible, without departing from the scope of the invention, to replace them with parts of different shape. As for the reservoir 56, if a particular embodiment has been described in which the subcritical geometry was obtained by the use of a double envelope, it would not go beyond the scope of the invention using another structure provided that the geometry remains subcritical.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8702852A FR2611695B1 (en) | 1987-03-03 | 1987-03-03 | PROCESS FOR MANUFACTURING NUCLEAR FUEL |
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FR8702852A FR2611695B1 (en) | 1987-03-03 | 1987-03-03 | PROCESS FOR MANUFACTURING NUCLEAR FUEL |
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FR2611695A1 true FR2611695A1 (en) | 1988-09-09 |
FR2611695B1 FR2611695B1 (en) | 1992-09-04 |
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ID=9348541
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FR8702852A Expired - Lifetime FR2611695B1 (en) | 1987-03-03 | 1987-03-03 | PROCESS FOR MANUFACTURING NUCLEAR FUEL |
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Country | Link |
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FR (1) | FR2611695B1 (en) |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2611695B1 (en) | 1992-09-04 |
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