JP2006512566A - 非汚染mox燃料棒を製造するための方法および装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、大気圧に対し負圧に保たれた(または減圧された)密閉エンクロージャー内において、非汚染MOX燃料棒を製造するための方法と装置に関するものであり、ペレットから一本の燃料棒を作るために次のような一連の工程から構成されている:
− 両端部の一方に予め第一端栓が装着された被覆管内に、連続して列を成すペレットを挿入する工程;
− 種々の構造用部品の装着、特に押さえバネを装填する工程;
− 被覆管のもう1つの端部に第二端栓を取り付ける工程;
− 前述の第二端栓の周縁(または周囲)を溶接する工程;および
− 汚染の可能性のある前述の被覆管の部分、あるいは個々の燃料棒の部分につき、少なくとも1回の洗浄および少なくとも1回の汚染検査を行う工程。
−製造工程の自動化;
−作業員の電離放射線被曝の抑制;ならびに
−液体および固体廃棄物の削減
が必要とされる。
− 後の洗浄・除染操作を少なくする、あるいは避けるために、汚染に曝される被覆管部分を制限する、あるいは汚染の程度を抑えること;特に、被覆管の外部表面への付着汚染を避ける、とりわけ第二端栓の溶接継ぎ目を形成する開口端での付着汚染を避ける。これらの付着汚染がもとで外部汚染基準が満たせず、燃料棒の棄却率が増大する原因となるからである。;
− ペレット装填の際、機械的な閉塞を引き起こす原因となるペレットの小砕片(チップ)が生じないように、セラミック製ペレットには必要以上に圧力がかからないこと。また、これらのペレットの小砕片が被覆管内部に入り込み、連続するペレット間に過大な隙間が生じて、欠陥燃料棒が発生しないこと。
燃料棒、特にMOX燃料棒の製造は、上述の多くの工程により構成されている。既に開示されている事項、あるいは、発明者に知られている既存技術について、本明細書で想起しておくことは有用である。これらの工程は、一般に、アルファ放射線(およびベータ放射線とガンマ放射線)の発生源から環境および作業員を保護するために、密閉エンクロージャーの中で行われる:
− 第一密閉端栓が装着された被覆管をセットする;
− 被覆管内部へのペレットの装填;
− ペレット押さえバネの装着;
− 被覆管内部の空気を不活性ガスに置き換える;
− ペレット装填時、放射能汚染に曝された被覆管部分の洗浄/除染;
− 第二端栓の取り付け;
− 第二端栓の周縁の溶接;
− 上記端栓溶接と同時、あるいは非同時に行う被覆管の加圧;
− 非同時の加圧の場合には通気孔の溶接;
− 放射能汚染に曝された被覆管部分の汚染度測定。
− 操作の安全性:特に、中性子減速溶液の使用による臨界事故リスクの低減と、揮発性洗浄液の使用を避けて火災・爆発リスクを低減させること;放射性物質、特にアルファ線源を例えばグローブ・ボックスのような密閉エンクロージャーの中に閉じ込めること。
− 製造される燃料棒の質:特に溶接の質(酸化作用が生じないこと、混入物がないこと等)、ペレット間の空隙の原因となる小砕片が存在しないこと、外部に固着性または浮遊性の汚染が無いこと;
− 製造工程の工業化:操作の自動化;生産性;作業員の電離放射線への被曝制限(外的または内的被曝);洗浄/除染操作の際に発生する固体および液体の廃棄物量の低減。
− ペレットの装填前に、湿式研磨または乾式研磨を実施する、機械的手段あるいはレーザーを利用してペレットから塵埃を除去する、ペレット中で再利用する廃棄ペレットの割合を低減する、あるいはペレットを注意深く、丁寧に取り扱うことなどによって、ペレットへの塵埃の蓄積を制御する;
− 空気中または気体窒素環境でペレットを被覆管に装填する−かかる空気または窒素は、不活性ガスを複数回充填することにより希釈する必要がある、または次の不活性ガス注入のために被覆管内部を真空化する必要がある。この際、(既に第二端栓の取り付けの如何に拘らず)燃料棒の開口端が汚染されることになる;
− 留め具を利用し(または利用しないで)、第二端栓を所定の位置にあてがい、最も一般的な処理法であるTIG溶接(タングステン不活性ガス)により端栓の周縁を溶接する−この処理工程では他の操作ラインあるいは他の機械で加圧工程を行うことができる;また代替法として、単一の工程で第二端栓の溶接および加圧を行うこともある(抵抗溶接またはレーザー溶接)。
− 特別な密閉デバイス(グローブボックス型)を使わずに、ペレットを被覆管に挿入するためのセンタリング装置の使用:例えば、
− 円筒形または切頭円錐形をした固定型センタリング装置(米国特許第4980119号、米国特許第4748798号、米国特許第5251244号を参照);
− 円形断面をもつ三重センタリング装置(1個の固定型+2個の中間型)(米国特許第3940908号を参照);および
− V-形状の固定型センタリング装置(米国特許第3907123号を参照);
− 多角形または正方形断面をもつ固定型センタリング装置(米国特許第4942014号を参照)
− 密閉エンクロージャー(グローブボックス型)に取り付けられた、被覆管にペレットを挿入するためのセンタリング装置の使用:例えば、
− エンクロージャーの中央に取り付けられた、切頭円錐形の固定型センタリング装置(米国特許第3925965号を参照);および
− 密閉エンクロージャーの使用、不使用二つの部分の境界に取り付けられたセンタリング装置(使用部分はペレットの挿入用に指定されている)(国際公開第98/26428号を参照)。
− これらの装置では、汚染に曝された被覆管部分をシビアな最小値以下には制御できないか、あるいは密閉エンクロージャー内での汚染度(燃料棒がエンクロージャーから取り出されるとき、装填区域において相当に汚染されているものから、非常にわずかしか汚染されていないもの、あるいは全く汚染されていないもの)の管理ができないかのどちらかである。このように管理できないため、不必要な過大な汚染を生じることになり、多くの場合、湿式工程による追加操作で汚染を排除しなければならない。この湿式工程では様々な廃棄物が発生し、臨界事故の危険性が増大する。
− または、これらの装置は、列を成すペレット(またはペレット列)によって運び込まれた塵埃および小砕片に対し、および/または、被覆管への装填操作の際に特に発生する塵埃および小砕片に対して機能的に敏感な面がある。この敏感さは機械的な閉塞を生じるので、機械停止、エンクロージャー内での作業員による介入操作、さらに作業員、作業場、ときには、密閉エンクロージャー自体に対する汚染のリスクを生じることになる。なお、密閉エンクロージャーは全く汚染がないか、極く微小の汚染に保たれる必要があるものである。;
− または、これらの汚染管理およびペレット装填を行う装置は、ペレット中のプルトニウム含有量が高いので、プルトニウムのアルファ放射能が高い場合には、たとえ付加的な湿式除染操作のコストをかけても、非汚染仕様に見合ったプルトニウム・ベースの燃料棒を製造することができない。
本発明の目的は、上述の諸難点、および当業者に周知のその他の問題点を改善することにあり、そのために特に、製品の質のみならず製造操作の実施に対して影響を及ぼす様々な方法に基づいている。特に、これらの操作および方法の斬新かつ創意に富む組み合わせに従っている。つまり、以下の組み合わせに従っている:
− ペレットの装填のための種々の操作、汚染に曝された被覆管端部の洗浄・除染、押さえバネの設置と第二端栓の取り付け(第二端栓に留め具が付いているか否かによって、第二端栓に対して即座の溶接が行われるものもあり、行われないものもある)、洗浄、およびエンクロージャー(または閉じ込め装置)から燃料棒を取り出す前の非汚染の確認のための計測は、主に一本のそして同一の操作ラインで実施され、気体環境の違い、対応操作の汚染レベルの違いに応じて、異なる区画(またはコンポーネント)が互いに隔離されている。;この2つの区画は少なくとも有利に設計されているもので、多数の燃料棒が連続的に移動するにもかかわらず、操作中それらの汚染度が長期間にわたって低レベルに保たれることになる(例えば、当業者に周知の除染の性能を備える);
− 汚染に曝される部材(または部品)を減らし、出口での汚染検査の必要性を減らし、洗浄/除染操作の必要性を減らすために、望ましくは、密閉エンクロージャー中に搬入される被覆管の部材は厳密に必要最小限にされる;
− 望ましくは、ペレットの装填に当たっては、予めヘリウムまたは真空環境で密閉エンクロージャー中に搬入されたペレットを用い、事前に内部空気をポンプで排気し、ヘリウムを封入した、あるいは真空環境に置かれた被覆管に装填していくものとする。気体ヘリウムの動的粘性係数が非常に低いことにより、ヘリウム環境の下では被覆管の中にペレットを工業的な速度(100〜150mm/secのオーダー)で装填していくことが可能となる。このため、被覆管内部に閉じ込められた気体を排気する工程を省略でき、燃料棒の開口端に向かって塵埃が移動することを避けることができる。
− 被覆管へのペレットの挿入(または装填)は、切頭円錐形の内部構造を持ち、以下の目的を持った、許容度の正確な装填デバイスを用いる:
− ペレットは、被覆管の開口端において、機械的な閉塞事故を避けるために、位置的にも方位的にも完璧に制御される;
− 当該被覆管の大規模な汚染、汚染付着物、および余分な機械的閉塞の可能性を排除するために、ペレット挿入過程では被覆管の開口端はペレットから遮蔽(masking)しておく;
− ペレット挿入の際、ペレットの閉塞の原因となる塵埃および小砕片(チップ)を捕獲および/または集積および/または押し戻すこと;
− 列を成すペレットの被覆管への装填は、ペレットに及ぼす押込み力を制限する目的で、感度の優れた駆動系を用いており、被覆管の軸に沿ったV形状の部品上に対して連続的に行われる。その力は、装填過程のペレット列の順番により制御される。すでに被覆管内へ装填されたペレット列の深さ(開口部からの深度)が次に装填されるペレット列の長さより大きくなるように保たれる。;被覆管内へ装填の際にペレットを押し込む力の大きさは、押込みデバイスによる挿入の深さと装填過程のペレット列の順番(N)の両方に従って制御されることに留意されたい。
− 汚染に曝された被覆管の部分を洗浄する操作は、汚染が発生した直後に行われる。汚染の伝播、臨界事故のリスクおよび汚染された液体廃棄物の生成を防止するため、乾式方法で行う。
− 密閉エンクロージャーを連続する複数の区画に分割する;
− 隣接する区画を連結して、被覆管のための密封した通路を設ける。少なくとも当該通路のうち所定のものは、被覆管がその縦方向(または長手方向)の軸に沿って移動できるように整列して配置される;
− 開口端が先頭となるように、密閉された通路または入口開口部を介して第一区画に、(ペレットが)装填されるべき被覆管の搬入をおこなう;
− 隣接する区画間では、被覆管の開口端が最後の区画に到達するまで、被覆管を軸方向に移動させる;
− 開口端を通じて、最後の区画でペレットの被覆管への装填を行う。可能であれば、押さえバネ以外の各種構造用部品もその装着する;
− 装填終了時に、被覆管を軸方向に部分的に戻し、その開口端が先行区画(preceding compartment)に移るようにする;
− この先行区画内では、少なくとも装填中あるいは最後の区画の環境により汚染に曝された被覆管の部分に対して洗浄と必要に応じた汚染検査を行う;
− この洗浄工程の後、被覆管の開口端が他の区画に位置するように、被覆管を軸方向へ動かす;
− 上記の他の区画において、押さえバネの装填と開口端での第二端栓の取り付けを行う;
− 上記取り付けの後に、同じ区画内あるいは他の区画内で、その他の付加的な操作を行うことがある(例えば、周縁の溶接、通気孔の圧し付け・密閉等)。この場合、被覆管を更に移動させることがある;
− 最後の区画において汚染に曝された燃料棒の部分の汚染検査、および、必要に応じて洗浄操作を第一区画または第二区画において行う;
− 燃料棒の、第一区画からの取り出し、または、密閉エンクロージャー同士を相互に連結している第一区画を介して別の密閉エンクロージャーへと横断方向に移動させる;
− 最初の区画は非汚染または極微の汚染とし、最後の区画は最も汚染されているというように、区画間の汚染を段階的にする;
− 密閉エンクロージャー内の区画(およびその内部にある何れかの工程、または移送用装置)に供給する気体の選択;空気、窒素、ヘリウム、アルゴンより成る気体群、または真空から選択される;かつ
− 区画内の減圧状態は、あらゆる気体リークを制御するために、第一区画において最も小さく、最後の区画で最も大きくなるように圧力を段階的にする。
− ペレットの支持部から被覆管の開口部に至るまでの、ペレット列の供給、センタリング(または芯だし)および整列;ならびに、
− 装填されるペレットにより、および/または、それに付着して持ち込まれる塵埃および小砕片(チップ)を除去する、あるいは、ペレットの供給、センタリング、整列操作の際に発生する塵埃および小砕片をペレット列から除去する、
そして、次の操作が実施される:
− ペレット支持部と被覆管開口端のずれを修正し、ペレットの軸と被覆管の軸とを整列させる。これは、底部がV型の連続的な傾斜側面を持ち、ペレット直径を有する円筒形状出口に通じるチャンネルにより行われる;
− チャンネルの円筒形状部分の中心に合うようにチャンバー内で被覆管のセンタリングを行う;
− 装填されるペレットから被覆管の開口端を遮蔽するための覆い;
− 重力による堆積、および状況に応じて採られる補足的な吹き出しまたは吸引手段による塵埃と切りくず(chip)の捕獲および/または収集および/または押し戻し。これらはペレット−チャンネル壁間の隙間を利用して行われる。
− 一端で開き、他方で第一端栓により閉じられている被覆管の中へ、ペレット列を装填;
− 前記ペレットからの汚染または塵埃に接触した前記被覆管部分の洗浄および必要な検査;
− 種々の構造用部品、特に押さえバネの装着;
− 第二端栓の取り付け;
− 汚染に接触したことに起因した前記被覆管部分の汚染に対する洗浄および必要な検査。
− 密閉エンクロージャーがいくつかの個々の区画に分割されている;
− 区画は、開口端が先頭となるように、装填されるべき被覆管の区画間の移動方向に従って相互に連結されている;
− エンクロージャーの区画は、各々が密封された隔壁で分離されており、ある区画から別の区画へと被覆管を送るためには、両方向通過バルブおよび被覆管周囲を封止するデバイスから成る通路を有している。少なくとも上述のいくつかの通路は前記被覆管の移動の方向に整列し、第一区画の入口には開口部が備えられている;
− 搬入された被覆管の端あるいは所定の区画で第二端栓を装着された燃料棒の端を軸方向に動かすために、軸方向駆動機構が一つ備えられている;
− ペレットを列状に装填するデバイス、および押さえバネおよび第二端栓以外の各種構造用部品を装着するデバイスが最後の区画内に設置されている;
− ペレット装填の際に汚染に曝された被覆管部分の洗浄/除染を行う少なくとも1つのデバイスおよび汚染度検査を行うための手段が先行する区画内に設置されている;
− 押さえバネの装着および被覆管開口端に第二端栓を取り付ける手段(留め具の有無にかかわらず)が別の先行する区画内に設置される;
− 必要な場合の付加的な溶接および/または加圧操作実施のための手段が同一の区画あるいは更に別の区画内に設置される;
− 前工程で汚染に曝された燃料棒部分の汚染検査、および場合によっては洗浄・除染を行う手段が第一区画または第二区画に設置される。
− 室内気圧に比べ減圧状態に保つために、密閉エンクロージャー、その区画、またはその内部に設けられたエンクロージャーを換気するための手段および気体供給手段が設置され、以下の目的を果たせるようにする。
− 各区画および/またはそこに設置されているエンクロージャーへの気体の選択(空気、窒素、ヘリウム、アルゴンおよび真空から成る群から選択される);および
− 区画の減圧状態の段階化−あらゆるリークの方向が調整され、汚染の程度が段階的になるようにする−第一区画の減圧状態が最も小さく、最後の区画の減圧状態が最も大きくなるようにする。
本発明により供せられる利点としては、以下ものが挙げられる:
− プルトニウム含有量が多く、非汚染であり、溶接時に汚染することのない、あるいは過大なペレット間空隙をもたない燃料棒の製造;
− 下記のような種々の実施法の可能性が存在する:
− 完全な手動工程から全自動工程に至るまでの実施;
− 中・小規模の製造デバイス(一度に一本の燃料棒のみを製造する「単一燃料棒」設備)から大規模デバイス(同時に複数本の燃料棒を製造できる「多燃料棒」設備)に至るまでの実施;
− 種々の被覆管/第二端栓の形態(例として、留め具を用いて/用いず被覆管に取り付けられる端栓、軸方向または横断方向に換気孔をもつ端栓など);
− 種々の周縁溶接技術(TIG溶接、抵抗溶接、レーザー溶接など)および加圧技術;
− 洗浄/除染のための種々の乾式方法(機械的な拭き取り(mechanical rubbing)、レーザーなど);
− 乾式研磨または多くのハンドリング工程に引き続いて、ペレット塵埃に対する特別な予防措置を伴わない(ペレットの)装填;
− ペレット装填の際および溶接前の不活性ガス充填の際に、被覆管の汚染を表面積と汚染程度との両面で制御できるので、除染工程の必要性を軽減し、専ら以下による洗浄のみが必要になる。例えば汚染に曝された燃料棒の端部に対して機械的な拭き取りを行うこと。この機械的な拭き取りにより浮遊性汚染は出口で検出されなくなる;
− 液体廃棄物が生じないこと;洗浄操作および拭き取りによる浮遊性汚染測定の際にわずかな固体廃棄物が生じるのみである;
− 臨界事故の危険性の減少、高含有度かつ大量の核分裂性物質の使用が可能となる;
− 全般的な操業の経済性。
本発明が関係する燃料棒1(図1)は、上述したように又はよく知られているように、一方の端部が第1端栓[3]で密封され、他方の端部が第2端栓[4]で密封された被覆管[2]から構成されている。これらの端栓[3]および[4]の間の被覆管[2]の内部には、ペレット[6]、押さえバネ[7]、および、一個あるいは複数個の内挿物[5]などの構造用部材が装填されている。
− 挿入デバイス(例えば、図3にて詳細が示され、図2および図4では模式的に示されているデバイス14)を用いることによって、列[12]を成すペレット[6](図4)を被覆管[2]に挿入すること。この挿入は、上述のペレット列[12]および被覆管[2]の軸に対し横断方向に連続的に移動できるV-型または溝の付いた板[38]の部分から行われる;
− 各種構造用部品[5]、特に押さえバネ[7]を装着すること;
− 留め具の有無にかかわらず、第2端栓[4]の周縁を被覆管[2]に取り付けること;
− 端栓[4]の被覆管[2]への取り付け関しては、特に、留め具を用いない場合、第2端栓[4]を溶接することが考えられる;
− ペレット[6]により生じた塵埃またはエアロゾルに接触する機会があった被覆管[2]の部分に対して洗浄および汚染検査を実施すること。
− 密閉エンクロージャー[10]は区画に分割されている(例えば、図2には具体例としてI、II、III、およびIVの4個の区画を示す)。隣接はするが互いに密封により隔離されているので、アルファ放射能線源による汚染度、封入される気体の種類および圧力は各々の区画に設けられている;
− 操作(装填、洗浄、端栓の取り付け、汚染度検査)は被覆管[2]に就き、区画IからIVまでの軸方向に沿う連続的動きにより順次実施されるが、上記被覆管の入口および出口は唯一かつ同一の区画Iで行われる;
− 被覆管[2]の通過を可能にするバルブ[26](例えば、ギロチン型またはボールバルブ型のもの)および被覆管[2]の周りのエラストマー・シール(O-リング、リップ・シール、または特殊なシール)をもつシール部材[28]から成るロック・チャンバー[24]によって、その都度、区画IからIVにかけて密閉される(図2);このロック・チャンバー[24]は、区画間の密封性を損なうことなく、また必要に応じて燃料棒[1]の内部環境を変更して(例えば、以前は空気環境にあった被覆管[2]をヘリウム環境または真空環境にするために)燃料棒[1]がある区画から他の区画へと通ることを可能としている。この後者の場合、ロック・チャンバー[24]のハウジング、バルブ[26]およびシール部材[28]により仕分けられた容量の気体は、真空ポンプ(図には示されていない)を用いて、バルブ[32]または他のデバイスを通して排気された後、選択された気体に置き換えられる。シール部材[28]は色々な位置を占め得るが、それが被覆管に接触することなく完全に開いた通路を提供したり、または静的な場合には被覆管の周囲に対して静的な密封を行い、またさもなければ、移動操作、プロセス操作に必要な被覆管の相対的な位置移動あるいは回転移動に際して被覆管のまわりに動的な密封を提供するなど、さまざまな機能を果たすことができる。
− ペレット[6]の装填、押さえバネ[7]および第二端栓[4]以外の構造用部材[5]の装着は、入口区画Iから最も離れた区画IV内で行う:
− 汚染に曝された被覆管[2]部分の洗浄(特に、開口端領域[34])は、好ましくは装填区画IVに隣接した区画IIIにて、ペレット[6]および上述したその他の構造用部材[5]の装填後であって、押さえバネ[2]および第2端栓[4]の装着前に実施する;汚染が疑われる表面の洗浄は、例えば、乾いたままで、あるいは少量の液体(水、溶剤、または化学除染剤)を浸み込ませた布切れまたは不繊布材料で拭き取ることによって行う;
− 被覆管[2]での押さえバネ[7]の装着、および第2端栓[4]の取り付け、更に場合によってはこの第2端栓[4]の周縁の溶接は、区画II(洗浄区画IIIと入口区画Iの間に位置している)内で実施される;
− 非汚染の検査および、密閉エンクロージャー[10]の区画IIからIVへと導かれる被覆管[2]の部分において必要となる洗浄操作は、区画IIから分離した区画内で行われる。洗浄は、そのような区画IIから分離した区画内において、乾式または僅かに湿気をもたせて拭き取る方法で実施され、例えば、乾燥状態のまま、あるいは少量の液体(水、溶剤または除染剤)を染み込ませた布切れまたは不織布材料を用いて実施される。非汚染検査は、浮遊性汚染の検査が要請されるか否かに応じて、それぞれ接触式または非接触式で実施される。後者の場合が一般的であるが、検査では拭き取り検査を実施し、当業者に既知の専用装置(例えばZnS検出器)を用いて測定する。トータルの汚染度は、例えばZnS環状検出器を直接利用して検出できる。他の乾式洗浄技術、例えば表面にレーザー光照射を用いる技術を用いることもできることに留意されたい;
− 被覆管[2]の挿入および燃料棒[1]の汚染度検査は、同一の区画I内で有利に遂行できる。同様のことが、例えば燃料棒[1]が取り出されて、他のエンクロージャー内の別の機器に移される場合にも言える(特に、軽水炉用の被覆管[2]において留め具を用いて端栓[4]が取り付けられている場合には、別のエンクロージャー内で溶接が行われる);
− 汚染度は、区画IVから区画Iのエンクロージャー[10]の出口まで段階的に設定される。;これらの汚染度、特に僅かに汚染している区画I、II、IIIの汚染度は、下流にある区画IおよびIIへと汚染を過度に移動させないために、(連続的または定期的に)検査される。これは、上述の出口への移動の間、被覆管[2]に第2端栓[4]が取り付けられているか否かの違いはあるが、被覆管[2]の汚染を制限することも目的としている;事故による汚染または汚染の蓄積(「ビルドアップ」)がある場合には、当該区画およびその区画に設置されている設備の洗浄操作により、これらの区画の汚染度を許容レベルに低減することが重要である;また、エンクロージャー[10]の区画の汚染制御は適切な換気および濾過(例えば、困難を伴うことなく、1時間当たり2、3回の最小取替え率をめざす)によっても行われる;
− 上述の区画I〜IVの環境としては、空気、窒素、アルゴン、ヘリウムなど各種の気体を用いることができる(装填のための区画IVにおいては真空にしてもよい);
− これらの区画I〜IV内の圧力(または減圧状態の圧力)は、あらゆるリークを制御するために、最も汚染の低い区画から最も汚染が進んでいる方向へと段階的に減少させておく;これらの区画内に存在する気体に応じて、そのような減圧状態(エンクロージャー[10]が設置されている室内環境の圧力よりも低い圧力状態)の連なりは、各区画の独立した圧力制御システムによって制御されるか、または一つの区画から他の区画への換気流を制御することによって行われる;これら区画の内圧はすべて、燃料棒[1]製造のためのプラントを操業する室内大気に対して負圧にしておかなければならないことに留意すべきである。
− 機械的な閉塞を避けるため、ペレット[6]を、被覆管[2]の開口端[34]において、位置的かつ方向的に被覆管と完璧に整列するようにセットする;
− 開口端部分の大規模な汚染を避け、また更なる機械的閉塞および干渉が生じないようにする目的で、被覆管[2]の開口端[34]を挿入過程のペレット[6]から遮蔽する;
− ペレット[6]の挿入に際して、その閉塞の可能性を増大し、また恐らくは、燃料棒の破損の原因ともなる塵埃および切りくず、ならびに、装填中の当該ペレット[6]によって運び込まれるか、または装填操作中に生じる塵埃および切りくずを捕獲および/または集積および/または押し戻す。
− 軸方向の圧力が加わるペレット列[12]の横断方向の力の発生を妨げる。そしてペレット[6]の端面の垂直性欠陥をもたらすことを避ける。;このような力はペレット[6]が機械的な遷移を行う際(V-形または溝付き板[38]から挿入デバイス[14]に向かう時、挿入デバイス[14]から被覆管[6]に向かう時)に有害である;また、
− また装填中に、ペレット[6]の端部表面に接触することに起因して、ペレットのエッジに過大な局所的な圧力がかかり、切りくずおよび塵埃が付加的に発生することを避ける。
− 列[12]を成すペレットを押し込む際、被覆管[2]内部の圧力を制限するために、小さな動的粘性をもつ気体(ヘリウム)環境または真空環境でペレット[6]を装填する;例えばペレット列の挿入が進めば進むほど、ペレット列に沿った圧力差に起因して、同じ装填速度であっても気体の圧力は上昇する事実に留意されたい;
− 被覆管[2]に装填(図4)されるペレット列[12]の押し込み深さは、少なくとも基本的なペレット列の長さに等しくなるようにする。このようにして、ペレット列N(図4ではNは「a」から「e」までを示す)の最初のペレット[6]が、被覆管[2]への挿入の際に、既に装填されている第(N-1)番目のペレット列の最後のペレット[6]に接触するようになり、既に装填されている第(N-1)番目のペレット列は、第N番目の最後のペレットが被覆管[2]の中に挿入されてから押し込まれることになる。;被覆管[2]によって与えられる優れた機械的誘導効果に起因して、ペレット[6]に生じる横断方向の力はこのようにして最小化され、ペレットに及ぼされる悪影響を制限することができる;
− 感度の高い駆動機構を備えたペレット押込み機構[50]を使用する。すなわち、一般的に必要な力だけを加える制御機能を備えたものである。;これは、より多くの基本ペレット列[12]が挿入されるに従い、必要な押込み力が増大するという理由による。例えば直流電動機あるいはサーボモータ[52]の電力供給を制御することにより、押込みデバイスの挿入の深さおよび挿入されるペレット列の順番Nに応じて、このような力が電子的に制御される;最後に、工業的装填速度が速いことを考慮して、中空棒とトルクリミッタ[54](滑脱機能および低い慣性能を有する、例えば磁性粉トルクリミッタ)を備えた押込みデバイスを使用して、慣性効果の回避を図る考慮が必要である。
エンクロージャーの分割、および、その中で行われる操作の配分については様々な態様が考えられる。表1に数個の例を示す。
− 製造スクラップおよび乾燥した砕粉を含むペレット[6]を、横断方向に動く溝付き板[38]の上で段階的に装填;
− 区画による環境および機能配分:
IV:ヘリウム環境 − ペレットの装填;
III:ヘリウム環境 − 開口端の洗浄;
II:ヘリウム環境 − 押さえバネと留め具のない端栓の装着;
− 第2端栓の周縁の溶接;
I:空気環境 − 必要に応じ、燃料棒先端の洗浄;
− 浮遊性汚染測定のための拭い取り検査;
− 他の装置における加圧目的での燃料棒の取り出し;
− 区画の分離:両方向通過の真空バルブと二重エラストマー・シールから成るロック・チャンバー[24]による分離。気体・真空仕切りを用いる。
Claims (19)
- エンクロージャー[10]内の減圧下において、ペレット[6]から非汚染MOX燃料棒[1]を製造する方法であって、一本の燃料棒[1]に対して、
− 2つの端部の一方の端部に第一端栓[3]が予め設けられた被覆管[2]に、連続して列[12]を成すペレット[6]を装填する操作;
− 種々の構造用部品、特に押さえバネ[7]を装着する操作;
− 被覆管[2]の他方の端部に第二端栓[4]を取り付ける操作;
− 特に前記被覆管[2]に留め具を用いた取付けを行わない場合、前記第二端栓[4]の周縁を溶接する操作;ならびに
− 汚染に曝された前記被覆管[2]または個々の燃料棒[1]の部分につき、少なくとも一回の洗浄および少なくとも一度の汚染検査を実施する操作;
を含んで成る方法であって、
− エンクロージャー[10]を連続した複数の区画へと分ける;
− 隣接する各区画を接続して、被覆管[2]のための密封した通路を設け、前記通路の少なくとも幾つかを、被覆管[2]が縦方向の軸に沿って移動できるように整列させる;
− 装填の行われる被覆管[2]を、開口端[34]が先頭になるように、密封された通路または入口開口部に導入する;
− 連続した区画の間において、被覆管[2]の開口端[34]が最後の区画に到達するまで、被覆管[2]を軸方向に駆動させる;
‐ 被覆管[2]の開口端[34]を介して、最後の区画にてペレット[6]を被覆管[2]に装填し、また、妥当な場合は、押さえバネ[7]以外の種々の構造用部品[5]を被覆管[2]に装着する;
− 被覆管[2]の開口端[34]が先行する区画に運ばれるように、装填完了時、被覆管[2]を軸方向に部分的に取り出す;
− 前記先行する区画にて、装填されるペレット[6]に起因して又は最後の区画の環境に起因して汚染に曝された被覆管[2]の少なくとも一部に対して、洗浄および汚染検査を行う;
− 前記洗浄の後、被覆管[2]を軸方向に動かして、開口端領域[34]を別の区画に配置する;
− 前記別の区画にて、押さえバネ[7]を装着して、第二端栓[4]の開口端[34]を取り付ける;
− 前記取付け後、同一の区画内または更に別の区画内において、場合によっては付加的な動きを伴って、他の可能な操作を実施する;
− 第一区画または第二区画において、最後の区画の汚染に曝された燃料棒[1]部分の汚染検査を行い、必要に応じて可能な洗浄を行う;
− 第一区画から燃料棒[1]を取り出す、または、エンクロージャーと相互に接続されている第一区画を介して燃料棒[1]を横方向に移送して別のエンクロージャーへと移す;
− 第一区画で非汚染状態または極僅かな汚染状態となり、最後の区画で最も高い汚染状態になるように、各区画間の汚染度を段階的にする;
− 区画に供給されるガスが、空気、窒素、ヘリウム、アルゴンおよび真空ガスから成る群から選択される;ならびに
− リークを制御して、減圧状態が第一区画で最も小さく、最後の区画で最も大きくなるように、区画内の減圧状態を段階的にする
ことを特徴とする方法。 - ペレット[6]を装填するため、また、下記の関連する操作のために、
− ペレット列[12]を、支持デバイス[38]から被覆管[2]の開口端[34]に供給し、センタリングさせ、および整列させる
ことを特徴とし、
− チャンネル[42]によって、支持デバイス[38]と被覆管[2]の開口端[34]との間にセンタリングのずれを修正し、ペレット[6]の軸を被覆管の軸と整列させており、チャンネル[42]の底部が、連続的な傾斜側面を持つV字形をしており、ペレット[6]と同じ直径をもつ円筒形状出口と交わっており;
− チャンネルの円筒形状部の中心に設けられたチャンバー内にて被覆管[2]のセンタリングを行い;
− 装填されるペレット[6]から、被覆管[2]の開口端[34]を遮蔽する;ならびに
− 装填されたペレットにより運ばれた及び/若しくはそれに付着していた塵埃および切りくず、ならびに/または、ペレット[6]とチャンネルの壁および/または溝との隙間に起因して、供給、センタリングおよび整列の操作によって生じた塵埃および切りくず、ならびに、重力沈降、場合によっては付加的な吹き付け及び/または吸引によって生じた塵埃および切りくずを捕獲ならびに/または収集ならびに/または押し戻す;
ことを実施する、請求項1に記載の方法。 - 被覆管[2]内の最後のペレット[6]の挿入深さが当該被覆管[2]に装填される次のペレット列の長さと少なくとも等しくなるまで、ペレット列を被覆管[2]に挿入することを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
- 押込みデバイスによる挿入の深さおよび被覆管[2]に装填されるペレット列の順番(N)に応じて、装填の際の最大限の押込み力を制限することによって、連続して列を成すペレット[6]を被覆管[2]に装填する、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- 汚染に曝された被覆管[2]または個々の燃料棒[1]の部分の洗浄を、拭い取ることによって乾式または僅かな湿度を伴った方法で行う、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- エンクロージャーが4つの区画(I〜IV)に分割されており、
− 最後の第四区画(IV)では、ペレット[6]および構造用部品が装填され;
− 第三区画(III)では、装填中に汚染に曝された部分が洗浄され;
− 第二区画(II)では、押さえバネ[7]の装着、第二端栓[4]の取付けが行われ、留め具のない端栓の場合では、第二端栓[4]の周囲が溶接され;また
− 第一区画(I)では、汚染検査が行われ、また、先行する区画で汚染に曝された部分に必要な洗浄が行われ、更に、被覆管が入れられ、また、燃料棒が取り出される
ことを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の方法。 - − ペレット[6]の装填、汚染に曝された被覆管[2]の端部の洗浄、および第二端栓[4]の取付けを、気体ヘリウム環境下の区画内で行い、また、出口にて必要に応じて汚染度の測定を行い;
−ペレットが装填されていない被覆管[2]をエンクロージャー[10]に導入するに際して、第一区画と先行する区画との間にて、被覆管[2]中に含まれる又は残留する気体を抜き取り、ヘリウムに置き換えた後に、被覆管[2]の開口端[34]をヘリウム環境下の第一区画に搬入する
ことを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の方法。 - − ヘリウム下の最後の区画または真空下のエンクロージャーでペレット[6]の装填を行い;かつ
− ペレット[6]が装填されていない被覆管[2]をエンクロージャー[10]に導入するに際しては、最後の区画と先行する区画との間にて、被覆管[2]中に含まれる気体を排気した後に、被覆管[2]の開口端[34]を前記最後の区画に移動させる
ことを特徴とする、請求項1〜8のいずれかに記載の方法。 - ペレット[6]から非汚染MOX燃料棒[1]を製造するための装置であって、
− 一方の端部が開いており、他方の端部が第一端栓[3]で閉じられた被覆管[2]にペレット列[12]を装填する操作;
− 前記ペレット[6]に起因した汚染または塵埃と接触した前記被覆管[2]の部分を洗浄し、必要とされる汚染度の検査を行う操作;
− 種々の構造用部品、特に押さえバネ[7]を装着する操作;
− 第二端栓[4]を取り付ける操作;ならびに
− 汚染度の検査および汚染と接触した前記被覆管[2]の部分に対して必要な洗浄を行う操作
が実施されるエンクロージャーを有して成り、
− エンクロージャー[10]が複数の別個の区画に分割されており;
− 区画は、装填される被覆管[2]が区画間にて開口端[34]を先頭として動く方向にて好ましくは相互に連続しており;
− エンクロージャーの区画は、封止された仕切りによって相互に隔絶されており、該仕切りが、ある区画から別の区画へと被覆管[2]が通過するように、両方向バルブ[26]および被覆管[2]の周辺部を封止するデバイス[28]から成る密封通路[24]を有しており、少なくとも所定の前記通路[24]が、前記被覆管[2]の移動方向に配列され、第一区画には入口に開口部が設けられており;
− 導入された被覆管[2]の端部または選択された区画で第二端栓が取り付けられた燃料棒[1]の端部が縦軸の方向に動かされるように、軸方向に沿って駆動させる少なくとも1つの駆動機構が備えられ;
− ペレット列[12]を装填するためのデバイス、ならびに、押さえバネ[7]および第二端栓[4]以外の種々の構造用部品[5]を装着するための手段が最後の区画に設けられ;
− ペレット[6]の装填の際に汚染に曝された被覆管[2]の部分の洗浄および必要な汚染度検査の手段のために少なくとも1つのデバイスが先行する区画に設けられ;
− 留め具の有無にかかわらず、押さえバネ[7]を装着する手段および被覆管[2]の開口端[34]に第二端栓[4]を取り付ける手段が別の先行する区画に設けられ;
− 場合により必要となる付加的な溶接あるいは加圧作業を行うための手段が同一の区画または別の区画に設けられ;
− 汚染検査の手段、および先行する作業の際に汚染に曝された燃料棒[1]の部分に対して必要となる洗浄を行う手段が第一区画または第二区画に設けられ;
− エンクロージャー[10]内を作業室の大気圧に比べて減圧状態に保つために、エンクロージャー[10]、その区画、およびその内部に設けられたエンクロージャーを換気するためのシステムおよび気体供給システムが設けられ、
− 各区画のための気体が、空気、窒素、ヘリウム、アルゴンおよび真空ガスから成る群から選択され;また
− 減圧状態が第一区画で最も小さく、最後の区画で最も大きくなるように、区画内の減圧状態を段階的にしており、リークの方向および汚染度が段階的になっている、
ことを特徴とする、請求項1〜8のいずれかの方法を実施するための装置。 - ペレット[6]を供給、センタリングおよび整列させて、ペレット[6]を被覆管[2]に装填するデバイス[14]であって、
− 当該デバイスが、それを貫くチャンネル[42]をもつ固定された金属部品[14]から成り、その入口[44]の大きさは、被覆管[2]の軸に対するペレット[6]のセンタリングのずれを受け入れるに十分な大きさに選択されており、また、その底部が連続する斜面でV形の側面を有し、ペレット[6]の直径を有した円筒形状出口[48]と交わっており、更に、当該デバイスには、被覆管[2]の直径を有し、チャンネルの円筒形状出口[48]と中心が合わされた円筒形状チャンバー[49]が設けられており;
− チャンネルの円筒形状出口[48]の直径が被覆管[2]の内径よりも小さく、被覆管[2]の端部がペレット[6]から遮蔽されることになるように、当該デバイスがペレット[6]および被覆管[2]の寸法に適合する寸法および許容差を有しており、
− 当該デバイスは、必要に応じて、縦方向および/または横方向の隙間を有し、また、塵埃および切りくずが吸引および/または供給される方向とは逆方向に気体を吹き付けるノズルを有していることを特徴とする、請求項9に記載のデバイス。 - ペレット[6]および構造用部品の装填を目的とする感度の高い駆動系をもつ押込み機構[50]から構成されており、
− 当該押込み機構[50]は、小さな慣性をもち、モーター[52]で駆動される押圧力制御デバイス[54]を備えた一組のローラー[56]によって軸方向に駆動させるものであり、その押圧力が、押込みデバイス[53]の押込み深さと、同じ被覆管[2]への装填されるペレット列の順番(N)とに従って制御され;また、
− 当該押込み機構[50]は、軽い適切な長さの中空のロッド[53]を有しており、その結果、被覆管[2]に最後に装填されたペレット列の挿入の深さが被覆管[2]に装填される次のペレット列の長さに少なくとも等しくなる
ことを特徴とする、請求項9または10に記載の装置。 - 汚染に曝された被覆管[2]または個々の燃料棒[1]を乾式又は僅かに湿度を伴った状態で洗浄を行う少なくとも1つの手段を有することを特徴とする、請求項9〜11のいずれかに記載の装置。
- 繊維状材料または非繊維状材料から成るストリップを有する系から構成される洗浄手段であって、乾式または僅かに湿気をもたせた後、汚染に曝された被覆管[2]または個々の燃料棒[1]の部分の洗浄を行う洗浄手段を少なくとも1つ有して成ることを特徴とする、請求項9〜12のいずれかに記載の装置。
- エンクロージャー[10]が4つの区画から構成されており、
− 最後の第四区画(IV)は、ペレット列[12]の装填のためのデバイス、ならびに、押さえバネ[7]および第二端栓[4]以外の種々の構造用部品の装着のための手段を有して成り;
− 第三区画(III)は、装填中に汚染に曝された被覆管[2]の部分を洗浄する手段を有して成り;
− 第二区画(II)は、留め具の有無に拘らず、押さえバネ[7]および第二端栓[4]を取り付けるための手段を有して成り;また
− 入口/出口となる第一区画(I)は、汚染検査の手段および必要な洗浄デバイスを有して成る
ことを特徴とする、請求項9〜13のいずれかに記載の装置。 - 区画間の密封された通路[24]は、
− 被覆管[2]または個々の燃料棒[1]に接触することなく、通路を完全に閉鎖することが可能なバルブ[26]または通路を完全に開放することが可能なバルブ[26];
− 被覆管[2]に接触することなく通路を完全に開放する又は被覆管[2]の周りに密封を施すように構成された封印ジョイント部材[28]であって、被覆管[2]をこの場所で静止させる、あるいは相対的に回転運動させる又は横移動させる封印ジョイント部材[28];ならびに
− それぞれが閉じているバルブ[26]と封止ジョイント部材[28]との間の空間に閉じ込められている気体を空間の体積分排気し、同じ体積の他の気体の充填を可能にする排気デバイス
を少なくとも有して成る、請求項9〜14のいずれかに記載の装置。 - 前記区画およびそこに設けられたチャンバーに、空気、窒素、アルゴンおよびヘリウムから成る群から選択された種々の気体を供給し、あるいは真空にするガス供給デバイスが少なくとも1つ設けられていることを特徴とする、請求項9〜15のいずれかに記載の装置。
- ペレット[6]を装填した後、洗浄を行い、そして、第二端栓[4]の取付けを行うための区画が供されるように、リサイクル・モードでオープン・サーキットもしくはクローズド・サーキットを有する、または、それらが組み合わされた、ヘリウム分配システムを有して成ることを特徴とする、請求項9〜16のいずれかに記載の装置。
- ペレット[6]が装填される最後の区画は、真空下で被覆管[2]にペレット[6]を装填する手段を有して成ることを特徴とする、請求項9〜16のいずれかに記載の装置。
- 取付け手段を有して成る区画は、前記端栓が留め具が無い状態で被覆管[2]に取り付けられる場合、第二端栓[4]の周縁を溶接して第二端栓[4]を被覆管[2]に取り付けるデバイスを有して成ることを特徴とする、請求項9〜18のいずれかに記載の装置。
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