JP4063929B2 - 照射済燃料要素集合体を解体する方法およびシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、照射済燃料ペレットの集合体、さらに詳細には、「キャラメル」形式、すなわち、平行な板として組み立てられかつ集合体を構成する梁を形成するように積み重ねられた小さい方形小板状の燃料要素により構成された集合体の解体に関する。後者は、とりわけ、実験炉において用いられる。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
核設備の解体および異なる材料の再処理に関して、未使用のまたは照射済の燃料要素を再処理することは不可欠である。これは、実験炉において使用された一定の燃料集合体の場合である。
【０００３】
その解体は、そのような集合体のために特に適した新規の解体装置の開発を必要としている。それは、とりわけ、燃料板を分離し、核物質を解放するためにそれらを解体し、その後、核物質の溶解または抽出を行うために必要である。この発明の目的は、実験炉において使用される照射済燃料集合体の内の１つに対してそのような結果を達成することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明の第１の主な目的は、電子衝撃により生成された横溶接部により、積み重ねられた燃料要素に溶接される２枚の側板によって保持される、照射済燃料要素の集合体を解体するための方法にある。
【０００５】
この発明によれば、この方法は、集合体の２枚の側板を解放するために横溶接部を機械加工し、かつ、集合体の燃料要素を解体することを含んでいる。燃料要素は、押抜きによって解体され、かつ、機械加工作業は、フライス削り作業であることが好ましい。
【０００６】
製造上の理由により、この発明の範囲内において、集合体の燃料要素から新月状部材を切り出すために高さ方向に変位される円筒状のパンチを用いることも好ましい。照射済燃料要素の構造が、自然発火する物質である場合には、当該方法は、中性（neutral）の気体内において実施されることが好ましい。これらの作業は、臨界的理由から乾燥状態において実施される。
【０００７】
好ましくは、まず、検出による集合体の幾何学的寸法の検査および調査がある。この作業は、軌跡を計算することをも可能としている。
【０００８】
この発明の第２の主な目的は、２つの横溶接部により燃料要素に溶接された２枚の側板により保持される照射済燃料要素の集合体を解体するためのシステムにある。
【０００９】
この発明によれば、システムは、主に、対向する水平なピンまたはスピンドルを有するフライス盤および押抜き機を具備している。好ましくは、フライス盤は、２つの加工ヘッドと、工具保持テーブルの上方に配置された不活性ガスが供給された封じ込め箱とを有しており、集合体は、フライス削り加工中に不活性ガス内に維持されるようになっている。
【００１０】
形状の検査および調査を実施するために、フライス盤には、集合体の各面の少なくとも３点を調節した後に該集合体の各面を検査することができる寸法センサが設けられている。
【００１１】
その好ましい実施形態において、押抜き機は、ナックル継手形式のパンチのための機械的な駆動システムを有している。パンチは、新月状部材を切断し、適時に力を分散するために、円筒状であり、かつ高さ方向に変位されることが好ましい。パンチの活動部分（active part）はタングステンカーバイドから形成されている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明およびその種々の技術的特徴は、添付図面を参照した以下の説明により明らかになる。図１は、この発明に係る方法およびシステムにより処理される照射済燃料要素の集合体である。図２は、集合体燃料板の分解斜視図である。図３は、この発明に係るシステムにおいて使用されるフライス盤である。図４は、この発明に係るシステムにおいて使用される押抜き機である。図５は、図４の押抜き機の詳細を示している。
【００１３】
図１は、平行に重ね合わせ状態に積み重ねられた１７枚の燃料板４により構成される燃料要素の標準的な集合体を示している。これらの板４は、燃料の１３６個のペレットまたはキャラメルを含んでいる。この集合体は、好ましくは電子衝撃により生成された溶接部１０により、積み重ねられた板４に溶接された２つの側板１によって、所定の位置に維持される。これらの溶接部１０は、前記集合体の長手軸に対して直交している。止めハンドル２が、集合体の上部に、２つの側板１の間に固定され得る。前記集合体は、その下部が脚３によって完結していてもよい。それらは、アルミニウム合金からなることが好ましい。
【００１４】
図２を参照すると、図１の各燃料板４は、箱を形成する複数の要素により構成されている。箱は、間にジルカロイ製の格子８が配置されたジルカロイよりなる２枚のシート６により形成されている。格子は、この場合二酸化ウランよりなる燃料小板５をそこに維持するために、３４カ所の４列に細分されたセルを画定するように供給されている。
【００１５】
キャラメルとしても知られる二酸化ウランのペレットは、二酸化ウランの粉末を水素の存在下において、１６００℃近い温度で焼結することにより生産されることが示されている。それらは、拡散防止バリアを形成するように、陰極スパッタにより沈着されたクロミウム層で被覆されている。
【００１６】
制御集合体は、各々が、３３カ所の３列に９９個の燃料小板を有する標準的な集合体のものと同様の構造を有する１４枚の板により同一の方法で製造されることも示されている。前記プレートのための集合体の原理は同一である。
【００１７】
各セルは、相互に対して緊密である。したがって、２枚のジルカロイシート６は、このように閉じ込められた小板５を被覆し、真空および高圧下における熱拡散により格子８に溶接される。
【００１８】
格子８は、全てジルカロイで形成された長手方向の帯板７ａおよび側端片７ｂにより、周方向に取り囲まれている。各板の端部における中性子束の値を低減し、それによって、そこに生じ得るいかなる高温点（hot point）をも消滅させるべく、最終列となり得るペレットを置き換えるために、ニッケル小板９が、各格子８の両端に追加されてもよい。スペーサ７ｃは、各ニッケル小板９と格子８との間に配置され得る。
【００１９】
図１に戻ると、そのような燃料板の積み重ねが、２枚の側板１の間に、該側板１の平行な溝内に保持されている。電子衝撃により、前記板の長手軸に垂直に生成された約１０個のビードが、集合体を維持することを可能にしている。
【００２０】
この発明に係る方法およびシステムの開発の視野の中で、物質の拡散の危険性を制限しながら、信頼できる作業で、工業的な方法による異なる機械的な作業を保証することができる装置を有することがきわめて重要である。さらに、ジルカロイ粒子およびジルカロイが自然発火する物質であるために生じ得る発火および爆発の危険に対する安全性を完全に制御することはきわめて重要である。これらの危険を最小にするために、機械加工による解体の異なる機械的作業が、スカベンジングによる中性ガスにより閉じ込められた制限された容積内において実施される。これに加えて、燃料小板の臨界的危険を避けるために、これら全ての作業が、乾燥した状態、即ち、潤滑なしに実施される。
【００２１】
図３を参照すると、最初の２つの主な解体ステージは、機械加工からなる。機械加工は、集合体の長手軸に関して横断するフライス削りのために、３軸のフライス盤により実施されることが好ましい。３つの軸は、３つの矢印によって表されている。フライス盤は、数値制御され、その結果、機械加工される燃料集合体を受け入れるための特別のバイスである締付工具を受け入れることができることが好ましい。それは、完全に遠隔式に操作することができ、機械加工サイクルの自動的な開始の前のセキュリティ制御を組み込んだプログラムにより制御される。それはまた、集合体の形式の検査、変形の調査およびパス深さの適応をも可能としている。
【００２２】
しがたって、集合体の機械加工サイクルを開始する前に、任意の起こりうる変形を調整するために、幾何学的寸法の調査が行われる。幾何学的寸法の調査は、各々が２つのフライス加工ヘッドの内の一方に組み込まれた２つの寸法センサ１６を用いて行われる。寸法は、複数の点（この場合３点）において、集合体の垂直な母材について記録される。プログラムは、直線補間を行い、それは、集合体の変形に関わらず、機械加工サイクル中の一定したパス深さを保証することを可能としている。
【００２３】
安全性の理由から、機械加工された物質の自然発火性による火災の危険に効果的に対抗することができるように、消化粉末の容器が設けられている。フライス盤は、本質的にベース１０、フレーム１１、２つのフライススピンドル１２、工具保持テーブル１３、封じ込め箱１４および電気接続箱１５を具備している。
【００２４】
前記工具保持テーブル１３は、高さ方向および左側の矢印により表される長手軸に沿って移動するように据え付けられている。それは、締付工具を受け入れることができる。２つのスピンドル１２は、水平で、相互に対面しており、上方の矢印にしたがって、水平移動するように据え付けられている。
【００２５】
機械加工は、随意に、抗放射線の原子炉用（nuclearized）カメラおよび周辺マイクにより監視されている。
【００２６】
一旦、機械加工が開始されると、機械加工された集合体を抑えていたバイスは、選別テーブル（図示略）に移動され、そこで開かれる。板はその後回収され、集合体構造物の廃物は、容器内において調整され、その後、非活性化貯蔵庫の他の設備に排出される。
【００２７】
機械加工は、潤滑することなく、すなわち、乾燥状態で実施される。これにより、核物質の粉末が潤滑剤の中を移動されることが回避される。機械加工サイクルの終了時および冷却後において、チップは、回収の目的で吸引作業にかけられる。
【００２８】
この発明に係る方法は、照射済および非照射済のジルカロイを疑似した物質に実施された試験に関連して検査されたことを指摘しておく。機械加工および研削加工パラメータのみならず物質および処理条件が、前もって検査された。
【００２９】
図４を参照すると、この発明に係る第２の主要な部分は、間に挟まれる物質を切断するために用いられる特殊な押抜き機にある。この押抜き機は本質的には、ベース２０、一方ではマガジン２３およびプランジャ２を支持し、他方では押抜きモジュール２５を駆動するジャッキ２４を組み込んだ押抜きシステムを支持するフレーム２１を具備し、前記押抜きモジュール２５自体は、前記フレーム２１に固定されたダイ２７上に配置されるパンチサポート２６を支持している。
【００３０】
集合体の板は、押抜き機の装填マガジン２３に積み重ねられ、その後、プランジャ２２によって、単一の方法で、押抜きモジュール２５の内部に押され、そこで、それらは新月状に切断される。
【００３１】
図５は、解体を実施するために用いられる押抜きモジュール２５を詳細に示している。垂直に配置され、押抜き機２５の本体に固定された水平軸２８Ａ回りに、水平に軸支する方法で固定されたレバー２８に作用するジャッキ２４を、破線形態で見ることができる。レバー２８の他端は、ロッド２９に関節接続されている。ロッド２９は、それ自体、その他の軸支端によって、パンチサポート２６に取り付けられている。この組立体は、ナックル継手形式の機械的システムを構成している。種々の漏れ問題に晒される油圧システムの使用は避ける。加えて、この種の押抜きにより発生される力は、短い距離で進行する。
【００３２】
複数の円筒状のパンチ３０が、全移動時間にわたって力および応力を分配するように、パンチサポート２６の下方に高さ方向に変位するように固定されている。変位は、鋼製の小片に対する試験の間に最適化された。
【００３３】
パンチ３０は、タングステンカーバイドから形成されている。パンチ３０の切断に関わる部分（活動部分：active cutting part）は、切断物質（照射済ＵＯ_２）の最も固いものの硬さを超える基本粒子の硬さによる剥離と、切断力および押抜き速度により生じる衝撃および疲労の両方に対抗することができなければならない。脆性を減じる９％のバインダを含んだタングステンカーバイドは、許容し得る妥協点を保証している。この選択は耐久試験によって証明されている。
【００３４】
パンチ３０についての切断角度は、切断力を滑らかにしかつ衝撃を減じるために、それらの位置の関数として、１５゜から２０゜まで変化する。小板の格子は、パンチサポート２６の下でかつダイ２７の上に示されている。
【００３５】
受入容器３１が、格子８およびその小板の押抜きにより生ずる新月状部材３２を受け取るために、押抜きモジュール２５の下方に配置されている。受入容器３１内に収集された物質および新月状部材は、アルミニウムケース内に封じ込められる。押抜きモジュール２５は、押抜き作業を不活性ガスの中で実施するように、図示しない、封じ込めケース内に封じ込められている。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る方法およびシステムにより処理される照射済燃料要素の集合体である。
【図２】集合体燃料板の分解斜視図である。
【図３】この発明に係るシステムにおいて使用されるフライス盤である。
【図４】この発明に係るシステムにおいて使用される押抜き機である。
【図５】図４の押抜き機の詳細を示している。
【符号の説明】
１ 側板
５ 照射済燃料小板
１０ 横溶接部
１２ フライス盤
１３ 工具保持テーブル
２５ 押抜きモジュール
３０ パンチ

Claims (16)

1. 積み重ねられた燃料要素を、電子衝撃により形成された横溶接部（１０）によって溶接された２枚の側板（１）により保持した照射済燃料要素の集合体を解体するための方法であって、
   − 前記集合体の２枚の板（１）を解放するために、横溶接部（１０）を機械加工する第１の段階と、
   − 前記集合体を分解する第２の段階と、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記第１の段階が、フライス加工作業であることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記第２の段階が、押抜き作業であることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 照射済燃料小板（５）が、自然発火性を有し、前記方法が、不活性ガス雰囲気において実施されることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記第１の段階および前記第２の段階が、乾燥状態において実施されることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 押抜き力を分散させながら、前記集合体の前記燃料要素から新月状部材を切断するために、高さ方向に変位する複数のパンチ（３０）を用いることを特徴とする請求項３記載の方法。
7. 前記第１の段階において、検出することにより前記集合体の幾何学的寸法の検査および調査が実施されることを特徴とする請求項１記載の方法。
8. 積み重ねられた燃料要素を、電子衝撃により形成された横溶接部（１０）によって溶接された２枚の側板（１）により保持した照射済燃料要素の集合体を解体するためのシステムであって、
   − 対向する水平スピンドルを有するフライス盤（１２）と、
   − 垂直押抜き機と、
   を連続して有することを特徴とする解体システム。
9. 前記フライス盤（１２）が、２つのフライス削りヘッドを有することを特徴とする請求項８記載の解体システム。
10. 前記フライス盤が、各フライス削りヘッドに配置されかつ前記燃料集合体の各面を検査することができる三次元的なセンサを有することを特徴とする請求項９記載の解体システム。
11. 前記フライス盤が、フライス加工の間に前記集合体を不活性ガス内に保持するように、不活性ガスが供給されかつ工具保持テーブル（１３）上に配置された封じ込め箱を有することを特徴とする請求項８記載の解体システム。
12. 前記押抜き機が、ナックル継手形式のパンチ（３０）の機械的な駆動のためのシステムを有する押抜きモジュール（２５）を有することを特徴とする請求項８記載の解体システム。
13. 前記パンチ（３０）が、高さ方向に変位されることを特徴とする請求項１２記載の解体システム。
14. 前記パンチの切断に関わる部分が、タングステンカーバイドよりなることを特徴とする請求項１３記載の解体システム。
15. 前記押抜き機が、封じ込め箱を組み込んでいることを特徴とする請求項１２記載の解体システム。
16. 前記パンチ（３０）が円筒状であることを特徴とする請求項１２記載の解体システム。

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