JPH0332039B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、使用済核燃料を燃料被覆管と燃料ペ
レツトとに分離する前処理方法に関し、更に詳し
くは、使用済核燃料を加熱して金属製の燃料被覆
管を溶融しセラミツクス燃料ペレツトから脱被覆
する前処理方法に関するものである。

［従来の技術］ 使用済核燃料の再処理においては、未燃焼の分
裂性物質や新しく生成した分裂性物質を分離回収
する主工程に先立ち、まず脱被覆して燃料被覆管
とその内部に収容されている燃料ペレツトとを分
離する必要がある。使用済核燃料の燃料被覆管の
脱被覆方法としては、従来、機械的方法と化学的
方法が用いられている。

機械的脱被覆法としては、使用済核燃料を被覆
のまま数cmの長さに切断し、核燃料のみを硝酸中
に浸出溶解させる所謂「剪断リーチ法」があり、
広く用いられている。それに対して化学的脱被覆
法は、使用済核燃料全体を溶解液中に浸漬してそ
のすべての溶解させた後、分離する方法である。

［発明が解決しようとする問題点］ 化学的脱被覆法においては、前記のように原則
として使用済核燃料の全部を溶解液中に溶解させ
るため、被覆管の成分が多量に含まれてしまう。
従つて、溶解した後に被覆管の成分のみを分離し
なければならず、非常に煩瑣であるという欠点が
あつた。

これに対して機械的脱被覆法は、前記化学的脱
被覆法に比べて核燃料の損失や廃液発生量が少な
く経済的にも優れているという利点がある。しか
しながら切断後の燃料の直接化学的に溶解するた
め、揮発性核種が溶解槽中で溶解し、それに起因
する種々の問題を生じる。また溶解槽から発生す
るガスは酸を同伴するから、トリチウム、クリプ
トン、キセノン回収等の排ガス処理が困難とな
る。更に溶解残渣である被覆管の処理を別工程で
行わなければならない。

このように従来の技術は使用済核燃料の脱被
覆、被覆管処理、排ガス回収等困難な問題を包蔵
しており、それらを解決し、かつ主工程における
化学溶解を容易にするための新しい技術の開発が
強く望まれているのが現状である。

本発明の目的は、上記のような従来技術の欠点
を解消し、使用済核燃料の脱被覆、被覆管処理、
排ガス回収等を乾式状態で容易に行うことがで
き、その後の再処理主工程を効率よく実施可能で
あり、しかもその際に主工程で用いる装置の寿命
を長く保つことができるような使用済核燃料の前
処理方法を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記のような目的を達成することのできる本発
明は、燃料被覆管が金属製であり、かつ燃料ペレ
ツトがセラミツクス材料である場合に、それらの
溶融温度の違いに着目したものであつて、使用済
核燃料を、燃料被覆管は溶融しうるが燃料ペレツ
トは溶融しえない温度に加熱して、燃料被覆管の
みを溶融し、燃料ペレツトは固体のままに保ちつ
つ脱被覆するようにした前処理方法である。

本発明方法はステンレス鋼を被覆管材料として
いる高速炉燃料等の場合に特に有効である。なお
軽水炉燃料の被覆管材料はジルカロイであるが同
様の技術を適用可能である。

［作用］ 本発明によれば化学的に溶解することなしに燃
料被覆管材料と燃料ペレツトとを容易に分離する
ことができる。また加熱する工程を含むから、そ
れによつて燃料中のガスが解放され、廃ガスの回
収を脱被覆と同時に行うことができる。

脱被覆した後、再処理工程のために酸溶解する
前に加熱焙焼すれば、使用済核燃料中に含まれる
主として核分裂に起因する揮発性物質やガス等を
完全に分離回収することができるため、主工程で
の装置の腐食が少なくなる。またこの廃ガス分離
回収処理は乾式であるから容易に行える。得られ
た燃料ペレツトを更に粉砕すれば、主工程におけ
る化学溶解を容易かつ迅速に行うことも可能とな
る。

［実施例］ 以下、本発明について更に詳しく説明する。本
発明は、使用済燃料を加熱して金属製の燃料被覆
管を溶融し脱被覆させる方法である。使用済核燃
料は、燃料集合体の状態でもよいし、燃料ピンの
状態でもよい。いずれにしても特に機械的切断等
を行うことなくそのまま溶融加熱部に導かれる。
燃料被覆管を構成する材料が鉄・ステンレスであ
ると1400〜1500℃で溶融を開始するが、PuO₂・
UO₂等のセラミツクス燃料ペレツトは2600℃程度
で溶融を開始する。従つて加熱温度はそれら溶融
開始温度の丁度中間の温度とされるが、溶融した
燃料被覆管材料の粘性を考慮し燃料ペレツトの溶
解を確実に防止するため、通常1800℃程度の温度
で行うのが望ましい。加熱方法は特に限定される
ものではないが、誘導加熱方式は渦電流による損
失を発熱源としており、被覆管材料である金属が
直接発熱するため極めて好都合である。

加熱により溶融分離した燃料被覆管の溶融金属
中には若干のセラミツクス燃料が混入することは
避け難い。しかしこの燃料成分は、現在金属の精
製法として実用化されているエレクトロスラグ溶
融法によつて分離回収することが可能である。

次に図面により本発明方法を実施するな好適な
装置について説明する。第１図はその一例を示す
概略図である。装置本体は遮蔽材１０等で囲まれ
たセル１２に設置され、外界に対して放射線・放
射性物質を防護する。この装置で処理される使用
済核燃料は、使用済の燃料集合体である。セル１
２には溶融分離炉１４が設置される。この溶融分
離炉１４は、上部に処理すべき使用済燃料集合体
を挿入しうるような入口１６が開口し底部に溶融
した金属が流出するような多数の孔１８が形成さ
れたセラミツク製の炉本体２０と、その周囲に設
けられた誘導コイル２２と、前記炉本体２０の下
方に設置され流下する溶融金属の受け容器２４
と、該受け容器２４を加熱する誘導コイル２６等
から構成される。また前記炉本体２０の上部には
内部で発生するガスを排ガス処理系統に導くため
の排ガス管２８が取り付けられている。

更にこの前処理装置は、集合体グリツパ３０及
びその昇降装置３２等を有する。集合体グリツパ
３０は回転あるいは移動機能を有し、昇降装置３
２により静かに上昇あるいは下降させることがで
きる。

さて前処理すべき使用済燃料集合体３４は、集
合体グリツパ３０により把握され集合体置き場か
ら運搬されてくる。そして使用済燃料集合体３４
は、昇降装置３２によつて炉本体２０の上端入口
部１６からゆつくりと送り込まれる。燃料集合体
３４は、炉本体２０の内部において誘導コイル２
２によつて1800℃程度まで加熱される。それによ
つて燃料被覆管等が溶融し、底部に形成されてい
る孔１８から流下して受け容器２４に溶融被覆管
材料３６として溜る。これに対してセラミツクス
燃料ペレツト３８は溶融しないため固体状態のま
ま炉本体２０の底部に留る。溶融処理中に発生す
る（加熱によつて燃料ペレツトから解放される）
廃ガスは、排ガス管２８を通つて排ガス処理系へ
送られ、通常の放射性揮発性核種処理プロセス等
により処理されることになる。

第２図は本発明方法を実施するのに好適な他の
装置の例を示す説明図である。密閉したボツクス
４０内に高周波誘導加熱炉４２が設置される。ボ
ツクス４０はその上端に排ガス管４４が設けら
れ、それがガス回収装置に接続される点は前記実
施例のものと同様である。高周波誘導加熱炉４２
は、周囲に誘導コイル４６が取り付けられて傾斜
した状態で設置されており、炉の軸心部を貫通し
て溶融分離管４８が挿通されている。この溶融分
離管４８は、溶融した金属が付着しにくくかつ剥
離しやすい材料からなるかあるいはそのような材
料となるように内面処理された管状体であり、モ
ータ５０と伝動ギア５２等からなる回転駆動装置
によつて回転可能に軸支される。またこの溶融分
離管４８は、その加熱部の内部に、拡大して図示
されているようなストツパー部材５３が設けられ
ている。同図において、溶融分離管４８の右上端
側が入口部となり、左下端側が出口部となる。そ
して出口部の下方には燃料ペレツト及び金属被覆
管材料のそれぞれの受け容器５４，５６が設置さ
れる。

この装置で処理する使用済核燃料は使用済の燃
料ピンである。燃料ピン５８は、溶融分離管４８
の入口部から挿入される。この時、該燃料ピン５
８の先端は加熱部においてストツパー部材５３に
より支えられるから、燃料ピンとしての原形を保
つているかぎり、それよりも下方へは移動できな
い。誘導コイル４６に通電し、燃料ピン５８を
1800℃程度に加熱すると、燃料被覆管のみが溶融
または分解する。モータ５０を駆動し溶融分離管
４８を回転すると、溶融した燃料被覆管材料６０
が流下すると共に、燃料ペレツト６２が固体状態
のまま落下する。被覆管材料である鉄・ステンレ
ス等の金属の比重は７〜８程度であるに対して、
PuO₂・UO₂のようなセラミツクス燃料ペレツト
の比重は10〜11程度であるから、溶融分離管４８
の出口近傍部にガスの噴射装置等を取り付けてお
けば、比重の違いで分離し、それぞれ対応する受
け容器５４，５６に収容することができる。

溶解されていない燃料ピン部分はストツパー部
材５３で係止されたままであり、溶融されるまで
加熱部で保持される。加熱温度と溶融分離管の回
転速度等を調整することによつて、燃料ピンを連
続的に溶融分離することも可能である。溶融処理
中に発生する揮発性物質等は、密閉ボツクス４０
及び排ガス管４４を通して排ガス処理系に送られ
処理されることになる。勿論、溶融分離管４８に
直接排ガス管を接続して発生する揮発性物質を回
収することも可能である。

このように本発明方法によつて乾燥状態で極め
て容易に脱被覆させることができる。それ故、得
られた核燃料ペレツトを抽出分離等の主工程に送
り込む前に加熱焙焼すれば、含有されている主と
して核分裂に起因する揮発性物質やガス等を乾式
で完全に分離回収でき、排ガス処理が容易となる
ばかりでなく、事前にそれら廃ガス等を除去でき
るため、主工程における装置の腐食は少なくな
る。また脱被覆された燃料ペレツトを予め細かく
粉砕すれば、主工程における化学溶解も容易かつ
迅速に行えるようになる。

［発明の効果］ 本発明は上記のように構成した使用済核燃料の
前処理方法であり、燃料を化学的に溶解させるも
のではなく、加熱して被覆管のみを溶解して取り
除くものであるから、脱被覆を容易に行うことが
できるし、被覆管の処理も容易となるという優れ
た効果を奏しうる。

本発明は、揮発性成分を含む排ガスの回収を中
性の、かつ乾燥した状態で行えるために排ガス処
理が比較的容易に行えるという効果もある。つま
り、従来の剪断リーチ法あるいは化学的脱被覆法
等のように化学薬品を用いて溶解する所謂湿式法
とは異なるから、廃棄物発生量が少なく前処理コ
ストを大幅に下げることができるのである。

また脱被覆された燃料ペレツトは、固体状態で
あるから、その後に焙焼処理して揮発性成分やガ
ス等を分離することもでき、あるいは適度の粒度
まで粉砕することによつて再処理の主工程におけ
る化学溶解も容易になるなど、本発明は数々の利
点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するに好適な使用済
核燃料の前処理装置の一例を示す概略図、第２図
は本発明方法を実施するに好適な装置の他の例を
示す説明図である。 １４……溶融分離炉、２０……炉本体、２２…
…誘導コイル、３４……使用済燃料集合体、３６
……溶融被覆管材料、３８……燃料ペレツト、４
２……加熱誘導炉、４８……溶融分離管、５８…
…燃料ピン、６０……被覆管材料、６２……燃料
ペレツト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 使用済核燃料を、その金属製の燃料被覆管は
   溶融しうるが内部のセラミツクス燃料ペレツトは
   溶融しえない温度に加熱し、前記燃料被覆管を溶
   融して脱被覆することを特徴とする使用済核燃料
   の前処理方法。