JP2009540313A - 核燃料製造における、臨界予防装置および方法 - Google Patents
核燃料製造における、臨界予防装置および方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
添加剤も混合物に加えられるかもしれない。
これらの添加剤のうちのいくつかは、それらの水素および/または炭素の含有により、中性子減速特性を提示する。
円筒研削とスタッキングの後、得られる焼結された核燃料ペレットは、その段階で核燃料棒に装填される準備ができている。燃料棒は原子炉へ装填するために束かアセンブリーへ今度は束ねることができる。
例えば、各物質管理電卓、プログラマブル論理制御器またはプログラマブル臨界安全自動制御システムとの組み合わせによって一般的に保障されてきた。これらの装置は恐らく複雑で、制限のある信頼性しかなく、従って、可能な誤差要因を構成する。
非多角的な計量操作の防止;
管理的操作に従事する人員の訓練および監督;
構造物の寸法決め(dimensioning)および建設の品質保証;
および
それらの全体のライフ・サイクル中における、自動化システム中の冗長性、ならびに、様々な制御装置および/またはプログラマブル・システムにおける品質保証などである。
フランスの「Regle Fondamentale de Surete」RFS I.3.c -1984年10月、およびアメリカのANSI 8.1.1998)は、安全性形状を推奨する一方、核燃料構成のための質量および減速の制限の方法を実は認める。
JP4031792と同様に、臨界条件を防ぐ目的は述べられているが、特定の寸法は開示されていない。
本発明は第1に、民間または軍事起源のプルトニウムを、前もって定義した同位体の外装を有する酸化物、炭化物および/または窒化物の形で含有物質用の安全な処理、移送、集積および/または貯蔵の各容器に関する。前記物質は、アメリシウム、ネプツニウムあるいはキュリウムのような他のアクチニド系列を含んでいてよい。さらに、前記物質は好ましくは、特に粉末、顆粒、および/またはタブレットの形の固体である。
−1組のコンテナにプルトニウムの酸化物、炭化物または窒化物の形態で含まれたプルトニウムの、所定の質量および同位体組成を検証すること;
−封じ込め囲い(enclosure)、前記囲い(enclosure)は、例えば、グローブボックスまたはホットセルの形態にあるが、その中へ、せいぜい、混合物の単一の準臨界バッチ用の十分なプルトニウムだけを含有するように一組のコンテナを導入すること;
−コンテナの前記バッチが、せいぜい、混合物の前記単一バッチ用に十分なだけのプルトニウムを含むことを、好ましくはそれらの所定の質量を機械的に検証することにより検証すること;
−コンテナの前記バッチを、前記封じ込め囲い中に同様に設置されて、混合容器へ接続されている、取出し容器へのそれらの気密な結合の後に開けること;
−前記撹拌容器に、せいぜい、1バッチの混合物用に十分なだけのプルトニウムおよびそれと混合されるべきウランを、ウランの酸化物、炭化物、窒化物の形で導入すること;
−撹拌容器の中で、機械的手段によって混合物の連続かつ粗い均一化を実施すること;
−混合物の全量を少なくとも機械的に確認し、およびその中性子放射を測定することによって、混合物のバッチのプルトニウム含有量を、出力で確認すること。
−処理容器が正常なまたは偶発的な状況で必要とする中性子減速物質を供給する機能として、同じような臨界危険を呈する処理容器をプラントの様々な建屋に分割すること、;
−プルトニウム含有量、プルトニウム同位体組成およびプルトニウム含有物質の密度の範囲の同定および保証、ならびにこれらの範囲に対するすべてのプロセスおよび貯容器における臨界の予防;
−永久的および容易に保証できる形状的な配置による、正常な、ほぼ正常な、偶然の、および突発的のあらゆる状況での臨界の防止、
を含む。
発明の特定の実施態様に関する詳細は、例示的および非制限的に、図面に言及しつつ今後記述する。
このジャー101は、30〜60 cmの間の高さhで、20〜50リットルの中空部103を含み、および8〜15 cmの間の距離eだけ分離された実質的に同心状のおよび実質的に円筒状の壁102, 104で区画される。内壁104は、10〜30 cmの間の直径dを備えたコアを区画する。この内壁104は、実質的に円筒状であるが、ジャー101からの粉末物質の取出しを容易にするために15°までの若干の円錐形状を呈してよい。芯は中性子吸収体105を含んでよい。ジャー101には中空部103へプルトニウム含有物質を導入しおよび/または取り出すための単一の開口部109がある。この中空部103も、図9で模式的に示される。ジャー101も、ジャー101を囲むものを防御するために放射線遮蔽材107が、およびジャー101に含まれる粉体の中にある添加剤の著しい温度上昇を防ぐために冷却106が備えられている。
機械的にフール・プルーフされたコンテナ412の使用;
混合ジャー101への、混合物を構成する要素の逐次的導入;
および
図示される実施態様中で、混合物の形成の間にジャーを回転させることによるような、機械的手段による混合物の連続的で粗い均質化。
他方では、軍事用プルトニウムまたは例えばマグノックス原子炉のような、黒鉛/ガス炉からの使用済み燃料の再処理に起因するプルトニウムは、臨界安全中性子計算に用いられる95/4/1/- の同位体組成を通常有する。
ボールミル301用の平坦な円筒状の形状 (図3および10、ならびに表2);および
封じ込め囲い中の受け器装置用の並列のスラブ形状 (図5、6、11および表3)。
プルトニウムの酸化物、炭化物および・または窒化物のような、プルトニウムの非金属化合物の不活性マトリックス中における分散;または
トリウムおよびウランサイクルを実行する燃料
にも、拡張することができる。
102 外壁
103 中空部
104 内壁
105 中性子吸収体
106 冷却
107 放射線遮蔽体
109 開口部
201 ホッパー
202 外壁
203 中空部
204 内壁
205 中性子吸収体
206 冷却
207 放射線遮蔽体
208 封止を有する下方開口部
209 上方開口部
301 ボールミル
302 平壁
303 空間
304 平壁
305 円筒状壁
309 ミル・ボール
310 保持具/連結器
311 ボール保持格子
410 保持具/連結器
412 不透過性のプルトニウム・コンテナ
413 取出し装置
414 建屋
415 回転ベアリング
601 平面受け部(passive part)
602 壁
603 中空部
604 壁
605 固体および鉱物の中性子吸収体
616 巻き取りコンベヤー
617 固体および鉱物の中性子吸収体
618 透明パネル
619 難燃性の塗料
620 封じ込め囲い構造物
621 難燃性の塗料
622 プロセス機器構造物
623 格子
624 コンクリート床
625 金属の底部
701 PuO2粉末のバッチ
702 ジャー中の1次混合物の構成
703 中間缶での1次混合物のコンディショニングおよび可能な貯蔵
704 ジャー中の2次混合物の構成
705 ペレット化
801 耐火区画
802 封じ込め囲い
803 耐火区画
804 封じ込め囲い
805 耐火区画
806 封じ込め囲い
807 耐火区画
808 スプリンクラー装置
809 封じ込め囲い
810 耐火区画
811 耐火区画
812焼結オーブン
813 耐火区画
814 封じ込め囲い
815 防火ロック
901 容器
902 外壁
903 中空部
904 内壁
Claims (18)
- プルトニウムの酸化物、炭化物、および/または窒化物の形態であって、アメリシウム、ネプツニウムおよび/またはキュリウムの様な他のアクチニド系列を含有することがある、民生または軍事起源のプルトニウムを含有する物質の安全な処理、移送、集積および/または貯蔵用の容器(101, 201, 301, 901)であって、前記物質は好ましくは粉末、顆粒および/またはタブレットの形状であり、装置(101, 201, 301, 901)は20〜70リットルの中空部(103, 203, 303, 903)を有し、前記物質の収容用に少なくとも実質的に平行な壁(102, 104; 202, 204; 302, 304; 902, 904)によって区画され、これら2つの壁(102, 104; 202, 204; 302, 304; 902, 904)は8〜15 cmの間の距離eによって分離されている、容器。
- 前記中空部(103, 203, 903)が20〜50リットル、および30〜60 cmの間の高さhを有し、該2枚の壁は環状の形状を有し、壁(104, 204, 904)の内の1つは内部であり、他の壁(102, 202, 902)は外部であり、前記壁(102, 104; 202, 204; 902, 904)の各々は実質的に回転対称の表面を形成し、前記表面は実質的に同心状であり、および内壁は10〜30 cmの間の距離dを有するコアを区画していることを特徴とする、請求項1に記載の容器(101,201,901)。
- 前記中空部(103)が前記物質の導入および取出し用の単一の開口部(109)を有し、前記実質的に同心状の表面が、好ましくは実質的に円筒状であることを特徴とする、請求項2に記載の容器。
- 前記表面の対称軸が実質的に垂直で、前記中空部(203)は前記物質の導入用の上方開口部(209)および前記物質の取出し用の下方開口部(208)を含むことを特徴とする、請求項2に記載の容器。
- 前記中空部(303)が40〜70リットルであり、ならびに実質的に円筒状および平坦な形状を有し、前記2つの壁(302,304)は実質的に平坦であり、前記空間(303)も、2つの実質的に平坦な壁(302,304)を連結している70〜90cmの間の直径Dを備えた実質的に円筒状の第3の壁(305)によって区画されていることを特徴とする、請求項1に記載の容器(301)。
- 容器がボールミルであることを特徴とする、請求項5に記載の容器(301)。
- プルトニウムの酸化物、炭化物、および/または窒化物の形態であって、アメリシウム、ネプツニウムおよび/またはキュリウムの様な他のアクチニド系列を含有することがある、民生または軍事起源のプルトニウムを含有する物質の処理用の封じ込め囲いであって、前記物質は好ましくは粉体、顆粒および/またはタブレットの形状をしており、前記封じ込め囲いは円周部と底部とを有し、その底部に、そして場合によりその円周部周辺にも、漏洩プルトニウム含有物質を捕捉するための複数の分離した準臨界空間(603)を有する、封じ込め囲い。
- 前記準臨界空間(603)は、少なくとも部分的に金属製で、好ましくは固体、鉱物および中性子吸収体で満たされた受け部(601)によって分離され、前記準臨界空間(603)の各々は、30〜50 cmの間の高さhを示し、8〜12 cmの間の距離eによって分離された少なくとも2つの実質的に平行で垂直な壁(602,604)によって区画され、および前記部分は10〜15 cmの間の厚さpを有することを特徴とする、請求項7に記載の封じ込め囲い。
- 請求項7または8のうちのいずれか1つに記載され、および請求項1〜6のうちの1つに記載の少なくとも1つの容器を有する、封じ込め囲い。
- 前記準臨界空間(603)の有効体積は、前記少なくとも1つの容器の全体積よりも大きい、請求項9に記載の封じ込め囲い。
- ウランと民生または軍事起源のプルトニウムとの(アメリシウム、ネプツニウムおよび/またはキュリウムの様な他のアクチニド系列も同様に含むことある)混合酸化物、炭化物、および/または窒化物含有核燃料を製造するための処理プラントであって、前記処理プラントは、請求項1〜6の1つに記載の一組の容器を有し、好ましくは請求項7〜10の1つに記載の一組の封じ込め囲いを備えた、処理プラント。
- ウランと民生または軍事起源のプルトニウムとの、(アメリシウム、ネプツニウムおよび/またはキュリウムの様な他のアクチニド系列も同様に含むことある)混合酸化物、炭化物、および/または窒化物含有混合物を用いて核燃料を製造する方法であって、
−前記混合物がプルトニウムの最大許容濃度を超えないプルトニウム濃度、および所定外装内のプルトニウム組成を有し、
−全工程を通して、容器が完全に前記混合物の前記最大許容プルトニウム濃度で満たされた場合でも、前記所定の同位体外装内の如何なる同位体組成で、事前決定された最大許容プロセス密度および最もネガティブな中性子反射および減速条件下でも、準臨界であるような寸法の一組の容器内に、この混合物およびそれから生ずる実質的に全てが収容される方法。 - 更に細粉化工程を有することを特徴とする、請求項12に記載の方法。
- 更に少なくとも1つの追加的混合工程を有し、前記混合物が追加的なウランの酸化物、炭化物または窒化物と混合されることを特徴とする、請求項12または13のいずれか1つに記載の方法。
- 核燃料がぺレット化され、そして生ずる核燃料ペレットが好ましくはその後、焼結される、請求項12〜14のいずれか1つに記載の方法。
- 少なくとも1つの前記一組の容器が請求項1〜6のいずれか1つに記載の容器であり、好ましくは請求項7〜10のいずれか1つに記載された封じ込め囲いが設置されたものである、請求項12〜14のいずれか1つに記載の方法。
- 場合により中性子減速化工程添加剤を用いる、請求項12〜16のいずれか1つに記載の方法。
- −プルトニウム酸化物、炭化物、窒化物の形態で、一組のコンテナ(412)に含まれるプルトニウムの所定の質量および同位体組成を検証する工程、
−例えばグローブボックスまたはホットセルの形状の封じ込め囲い中に、最大でも、混合物の単一の準臨界バッチ用に十分なプルトニウムだけを含有するようにした前記一組のコンテナ(412)から選ばれた単一バッチのコンテナ(412)を導入する工程、
−前記バッチのコンテナ(412)が、最大でも、混合物の単一の準臨界バッチ用に十分なだけのプルトニウムを含有することを、好ましくはそれらの所定の質量を機械的に検証する工程、
−前記バッチのコンテナ(412)を、前記封じ込め囲い(414)中に配置された混合容器(101)へ気密状態で連結された取出し装置へ気密連結後に、開放する工程、
−前記混合容器(101)に、せいぜい前記バッチの前記単一バッチ用に十分なだけのプルトニウムおよび、ウランを、ウラン酸化物、炭化物、窒化物の形態で、そこで混合されるように導入する工程、
−混合容器(101)中で、混合物の機械的手段による連続的で粗い均一化を実施する工程、
−混合物のバッチのプルトニウム含量を出口で、少なくとも機械的に混合物の全質量を検証しおよびその中性子放出を検証することによって、チェックする工程、
を有する乾式法によって、前記混合物が得られる、
請求項12〜17のいずれか1つに記載の方法。
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