RU2295786C2 - Method and device for producing uncontaminated mox fuel rods - Google Patents
Method and device for producing uncontaminated mox fuel rods Download PDFInfo
- Publication number
- RU2295786C2 RU2295786C2 RU2005123357/06A RU2005123357A RU2295786C2 RU 2295786 C2 RU2295786 C2 RU 2295786C2 RU 2005123357/06 A RU2005123357/06 A RU 2005123357/06A RU 2005123357 A RU2005123357 A RU 2005123357A RU 2295786 C2 RU2295786 C2 RU 2295786C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shell
- compartment
- tablets
- loading
- compartments
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к способу изготовления незагрязненных МОХ-топливных стержней из таблеток в защитной камере с пониженным давлением по сравнению с атмосферой, включающему следующие операции при изготовлении одного стержня:The present invention relates to a method for manufacturing uncontaminated MOX fuel rods from tablets in a protective chamber with reduced pressure compared to the atmosphere, comprising the following operations in the manufacture of a single rod:
- загрузку таблеток последовательными столбиками (штабелирование) в оболочку, предварительно снабженную первой заглушкой на одном из двух ее концов;- loading tablets in successive columns (stacking) into a shell previously provided with a first plug at one of its two ends;
- загрузку различных конструктивных элементов, в частности, прижимной пружины;- loading of various structural elements, in particular, a clamping spring;
- установку второй заглушки на другом конце оболочки;- installation of a second plug at the other end of the shell;
- приварку кольцевым швом вышеупомянутой второй заглушки и- welding with an annular seam of the aforementioned second plug and
- по крайней мере одну очистку и по меньшей мере одну проверку на загрязнение частей вышеуказанной оболочки или, соответственно, стержня, возможно, подвергнувшегося загрязнению.- at least one cleaning and at least one check for contamination of parts of the aforementioned shell or, accordingly, of the rod, possibly exposed to contamination.
Повторное использование плутония, полученного в результате переработки ядерного топлива для гражданского использования или выполнения программ демонтажа ядерного оружия, путем производства свежего уран-плутониевого смешанного оксидного (МОХ) топлива для промышленных ядерных реакторов, находит все более широкое промышленное применение во всем мире.The reuse of plutonium obtained from the reprocessing of nuclear fuel for civilian use or the implementation of nuclear weapons dismantlement programs through the production of fresh uranium-plutonium mixed oxide (MOX) fuels for industrial nuclear reactors is finding wider industrial applications worldwide.
Это промышленное применение требует, в частности, решения следующих вопросов:This industrial application requires, in particular, the solution of the following issues:
- автоматизация технологических операций;- automation of technological operations;
- ограничение воздействия ионизирующего излучения на производственный персонал и- limiting the effects of ionizing radiation on production personnel and
- уменьшение количества жидких и твердых отходов.- reduction of liquid and solid waste.
Мировая практика показывает, что доступ к этой технологии повторного использования имеют крупные державы, будь то политические, экономические или демографические (США, Япония, Россия, Индия, Китай и т.д.). Западная Европа сохраняет определенное лидерство в разработке промышленных процессов в этой области.World practice shows that access to this reuse technology has major powers, whether political, economic or demographic (USA, Japan, Russia, India, China, etc.). Western Europe retains some leadership in the development of industrial processes in this area.
Стремление производителей электроэнергии обеспечить свою конкурентоспособность в связи с либерализацией их рынка, побуждает разработчиков ядерного топлива ограничивать частоту перегрузки активной зоны реактора, обеспечивая все более полное выгорание выгружаемого топлива, причем как топлива на основе U02, так и МОХ-топлива (например, 50 ГВт-сут/т). Этим объясняется стремление производить МОХ-топливо с все более высоким содержанием делящегося плутония и с реакторным плутонием с все более деградированным изотопным составом, то есть топливо с постоянно возрастающей альфа-активностью.The desire of electricity producers to ensure their competitiveness in connection with the liberalization of their market encourages nuclear fuel developers to limit the frequency of overloading the reactor core, providing more and more complete burnup of unloaded fuel, both fuels based on U02 and MOX fuel (for example, 50 GW- day / t). This explains the desire to produce MOX fuel with an ever higher content of fissile plutonium and with reactor plutonium with an increasingly degraded isotopic composition, that is, a fuel with constantly increasing alpha activity.
Для контроля безопасности персонала заводов по производству МОХ-топлива (предотвращение рисков попадания в организм оператора с пищей или вдыхаемым воздухом), безопасности транспорта и энергетических ядерных реакторов (незагрязнение первого контура) важно, чтобы МОХ-топливные стержни, загружаемые в виде сборки, не были или были лишь очень слабо загрязнены с наружной стороны их оболочки, которая, вместе с ее приваренными концевыми заглушками, обеспечивает защиту таблеток МОХ-топлива.To control the safety of personnel of MOX fuel production plants (to prevent the risks of ingestion of an operator with food or inhaled air), the safety of vehicles and nuclear power reactors (non-contamination of the primary circuit), it is important that MOX fuel rods loaded as an assembly are not or were only very slightly contaminated from the outside of their shell, which, together with its welded end caps, protects the tablets of MOX fuel.
Настоящее изобретение касается операций по производству МОХ-топливных стержней, в частности, операций по загрузке сильно загрязненных таблеток в оболочку, установке и приварке второй концевой заглушки, а также к способам и устройствам для промышленного изготовления незагрязненных МОХ-топливных стержней, причем без необходимости использования операций по их химической или электролитической дезактивации мокрым методом, ведущей к загрязнению среды и повышению рисков критичности.The present invention relates to operations for the production of MOX fuel rods, in particular, operations for loading heavily soiled tablets into the shell, installation and welding of a second end plug, and also to methods and devices for the industrial production of uncontaminated MOX fuel rods, without the need for operations by their chemical or electrolytic decontamination using the wet method, leading to environmental pollution and increased criticality risks.
Напомним, что обычно стержень ядерного топлива состоит из металлической оболочки (чаще всего выполненной из циркониевого сплава или нержавеющей стали), топливных таблеток (обычно изготовленных из оксида урана или уран-плутониевого оксида), прижимной пружины и двух приваренных концевых заглушек, обеспечивающих герметичность в отношении газа и защиту ядерного топлива. Эти стержни заполнены теплопроводным инертным газом (чаще всего гелием) под давлением или нет. Зазор между таблетками и оболочкой очень мал (например, порядка 150-200 мкм для легководных ядерных реакторов). Конструктивные элементы, иные, чем вышеупомянутая прижимная пружина, могут быть загружены сверху или снизу стержня (например, вставная трубка, изоляционные таблетки «геттеры», таблетки зоны воспроизводства и т.д.).Recall that usually the core of a nuclear fuel consists of a metal shell (most often made of zirconium alloy or stainless steel), fuel pellets (usually made of uranium oxide or uranium-plutonium oxide), a pressure spring, and two welded end caps that provide tightness against gas and nuclear fuel protection. These rods are filled with a heat-conducting inert gas (most often helium) under pressure or not. The gap between the tablets and the shell is very small (for example, about 150-200 microns for light-water nuclear reactors). Structural elements other than the aforementioned clamping spring may be loaded from above or below the shaft (for example, an insertion tube, getter insulating tablets, reproduction zone tablets, etc.).
Важно, чтобы в ходе изготовления топливных стержней способ загрузки таблеток в оболочку позволял:It is important that during the manufacture of fuel rods the method of loading tablets into the shell allows:
- ограничивать размер частей оболочки, подверженных загрязнению, и величину этого загрязнения в целях уменьшения и, возможно, исключения необходимости в операциях по их очистке/дезактивации; в частности, предупреждать отложение загрязнения на наружной поверхности оболочки, особенно на ее открытой торцевой поверхности, образующей сварной шов второй заглушки, поскольку эти возможности отложения способствуют увеличению доли стержней, бракуемых из-за их несоответствия критериям внешнего загрязнения;- to limit the size of the parts of the shell susceptible to contamination, and the amount of this contamination in order to reduce and possibly eliminate the need for cleaning / decontamination operations; in particular, to prevent the deposition of contamination on the outer surface of the shell, especially on its open end surface, forming the weld of the second plug, since these deposition possibilities contribute to an increase in the proportion of rods rejected due to their non-compliance with the criteria of external pollution;
- предупреждать подвергание керамических таблеток чрезмерному напряжению во избежание образования их осколков, создающих механическую блокировку при загрузке, и - в результате попадания этих осколков внутрь оболочки - производства дефектных стержней, имеющих чрезмерные зазоры между соседними таблетками.- to prevent the ceramic tablets from being subjected to excessive stress in order to avoid the formation of fragments that create mechanical blockage during loading, and - as a result of these fragments getting inside the shell - the production of defective rods having excessive gaps between adjacent tablets.
Таким образом, производство стержней ядерного топлива, в частности МОХ-топливных стержней, включает различные, уже названные операции, которые стоит напомнить здесь перед описанием уровня техники. Эти операции обычно выполняются в защитных камерах, обеспечивающих защиту окружающей среды и операторов от действия α (а также β, γ)-излучателей:Thus, the production of nuclear fuel rods, in particular MOX fuel rods, includes various, already mentioned operations, which are worth recalling here before describing the prior art. These operations are usually carried out in protective chambers that protect the environment and operators from the action of α (as well as β, γ) emitters:
- подача оболочки, снабженной ее первой герметичной заглушкой;- supply of a shell equipped with its first sealed plug;
- загрузка таблеток в оболочку;- loading tablets into the shell;
- загрузка пружины для прижима таблеток;- loading the spring for clamping tablets;
- замена воздуха в оболочке инертным газом;- replacement of air in the shell with an inert gas;
- очистка/дезактивация части оболочки, подвергнувшейся загрязнению в ходе загрузки таблеток;- cleaning / decontamination of the part of the membrane that has been contaminated during tablet loading;
- установка второй заглушки;- installation of a second plug;
- приварка второй заглушки кольцевым швом;- welding of the second plug with an annular seam;
- возможная подпрессовка оболочки, выполняемая в качестве отдельной операции или одновременно с предшествующей приваркой;- a possible pre-pressing of the shell, performed as a separate operation or simultaneously with the previous welding;
- возможная приварка вентиляционного отверстия, в случае отдельной подпрессовки;- possible welding of the ventilation hole, in the case of a separate prepress;
- измерение загрязнения части оболочки, подвергнувшейся загрязнению.- measurement of contamination of the part of the shell exposed to contamination.
Методы, используемые изготовителями, направлены на достижение различных целей, которые иногда могут быть несовместимы. Можно привести несколько не исчерпывающих примеров:The methods used by manufacturers are aimed at achieving various goals, which may sometimes be incompatible. There are several non-exhaustive examples:
- эксплуатационная безопасность: в частности, ограничение риска критичности, связанного с использованием жидкостных замедлителей нейтронов, и риска пожара или взрыва за счет неиспользования очищающих растворов, включающих летучие вещества; заключение радиоактивных материалов, в частности α-излучателей, в герметичные камеры, например, типа перчаточных боксов;- operational safety: in particular, limiting the criticality risk associated with the use of liquid neutron moderators and the risk of fire or explosion due to the non-use of cleaning solutions including volatile substances; the conclusion of radioactive materials, in particular α-emitters, in sealed chambers, for example, such as glove boxes;
- качество изготовленных топливных стержней: в частности, качество сварки (отсутствие окисления, включений и т.д.), отсутствие осколков, создающих зазоры между таблетками, отсутствие фиксированного или переносимого внешнего загрязнения;- the quality of the manufactured fuel rods: in particular, the quality of welding (the absence of oxidation, inclusions, etc.), the absence of fragments creating gaps between the tablets, the absence of fixed or tolerable external pollution;
- индустриализация технологических операций: автоматизация операций; производительность; ограничение воздействия ионизирующего излучения на производственный персонал (наружное или внутреннее воздействие); ограничение производства твердых и жидких отходов в ходе очистки/дезактивации.- industrialization of technological operations: automation of operations; performance; limiting the effects of ionizing radiation on production personnel (external or internal exposure); limitation of the production of solid and liquid waste during cleaning / decontamination.
Стремление к этим целям может обусловить выбор какого-либо особого порядка выполнения вышеописанных операций или использование особых технологических решений для выполнения той или иной операции, чтобы облегчить все эти операции в отношении безопасности, эффективности или ограничения производства отходов или улучшить качество продукции. Некоторые методы, влияющие на процессы производства МОХ-топлива, приведены ниже:The pursuit of these goals may lead to the choice of a special procedure for performing the operations described above or the use of special technological solutions to perform a particular operation in order to facilitate all these operations with regard to safety, efficiency or limitation of waste production or to improve product quality. Some methods that influence the production processes of MOX fuel are given below:
- проверка на скопление пыли на таблетках перед их загрузкой путем их шлифования с охлаждением или без него, удаления пыли с таблеток механическими средствами или лазером, путем ограничения доли повторно используемого скрапа в таблетках, путем осторожного обращения с таблетками и т.д.;- checking for dust accumulation on tablets before loading them by grinding with or without cooling, removing dust from tablets with mechanical means or a laser, by limiting the proportion of recycled scrap in tablets, by careful handling of tablets, etc .;
- загрузка таблеток в оболочку в воздушной или азотной среде, что связано с разбавлением воздуха или азота путем многократного добавления инертного газа, или с откачки газа из оболочки, для того чтобы снова ввести в нее инертный газ, и с загрязнением при этом открытого конца стержня (уже снабженного или нет его второй заглушкой);- loading tablets into the shell in an air or nitrogen atmosphere, which is associated with dilution of air or nitrogen by repeatedly adding inert gas, or from pumping gas from the shell in order to reintroduce inert gas into it, and with this contamination of the open end of the rod ( already equipped or not with its second plug);
- установка второй заглушки с зажимом или без него, привариваемой по периметру с помощью наиболее широко применяемого сварочного процесса, а именно дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа (TIG), что позволяет осуществлять подпрессовку стержня на другой технологической линии или в другой машине; или какой-либо процесс сварки, обеспечивающий приварку второй заглушки и подпрессовку за одну операцию (контактная сварка сопротивлением или лазерная сварка).- installation of a second plug with or without a clamp, welded around the perimeter using the most widely used welding process, namely arc welding with a tungsten electrode in an inert gas medium (TIG), which allows the rod to be pressed on another production line or in another machine; or any welding process that provides welding of the second plug and prepress in one operation (resistance resistance welding or laser welding).
Различные известные изобретения, относящиеся к области настоящего изобретения, приводятся ниже в качестве не исчерпывающих примеров, согласно которым известно:Various known inventions related to the field of the present invention are given below as non-exhaustive examples, according to which it is known:
- использование центрирующего устройства для ввода таблеток в оболочку, в отсутствие специальных защитных устройств (типа перчаточного бокса):- the use of a centering device for introducing tablets into the shell, in the absence of special protective devices (such as a glove box):
- неподвижное центрирующее устройство цилиндрической формы или в виде усеченного конуса (см. патенты США №4980119, 4748798, 5251244);- a stationary centering device of a cylindrical shape or in the form of a truncated cone (see US patent No. 4980119, 4748798, 5251244);
- тройное центрирующее устройство (одно неподвижное + два промежуточных) круглого поперечного сечения (см. патент США №3940908);- a triple centering device (one fixed + two intermediate) of circular cross section (see US patent No. 3940908);
- неподвижное V-образное центрирующее устройство (см. патент США №3907123);- fixed V-shaped centering device (see US patent No. 3907123);
- неподвижное центрирующее устройство с многоугольным или квадратным поперечным сечением (см. патент США №4942014)- fixed centering device with a polygonal or square cross section (see US patent No. 4942014)
илиor
- использование центрирующего устройства для ввода таблеток в оболочку, установленного в защитной камере (типа перчаточного бокса):- the use of a centering device for introducing tablets into the shell installed in a protective chamber (such as a glove box):
- неподвижное центрирующее устройство в форме усеченного конуса, установленное в центре защитной камеры (см. патент США №3925965);- a fixed centering device in the form of a truncated cone mounted in the center of the protective chamber (see US patent No. 3925965);
- центрирующее устройство, установленное на границе двух зон защитной камеры, активной и неактивной, причем активная зона предназначена для загрузки таблеток (см. WO 98/26428).- a centering device mounted on the border of the two zones of the protective chamber, active and inactive, the active zone being intended for loading tablets (see WO 98/26428).
Следует отметить, что в этом последнем документе упоминается о разделении защитной камеры лишь на два отсека.It should be noted that this last document mentions the separation of the protective chamber into only two compartments.
Все вышеуказанные устройства, известные изобретателям, не удовлетворяют требованиям в отношении промышленного изготовления незагрязненных стержней МОХ-топлива из керамических таблеток, которые наряду с накоплением пыли могут образовывать осколки, в свою очередь создающие механические заторы и пробки в ходе загрузочных операций;All of the above devices known to the inventors do not satisfy the requirements for the industrial production of uncontaminated MOX fuel rods from ceramic tablets, which, together with the accumulation of dust, can form fragments, which in turn create mechanical jams and plugs during loading operations;
- либо эти устройства не ограничивают часть оболочки, подвергающуюся загрязнению, до строгого минимума, или отсутствует управление уровнями загрязнения в защитной камере (от "сильно загрязненный" в зоне загрузки до "очень слабо загрязненный" или "незагрязненный", когда стержень покидает защитную камеру), причем это отсутствие управления приводит к чрезмерному и неоправданному загрязнению, подлежащему удалению с помощью дополнительных операций, чаще всего основывающихся на обработке жидкостью, что ведет к образованию различных отходов и дополнительным рискам критичности;- either these devices do not limit the part of the membrane that is exposed to contamination to a strict minimum, or there is no control of the levels of contamination in the protective chamber (from "heavily contaminated" in the loading zone to "very slightly contaminated" or "uncontaminated" when the rod leaves the protective chamber) moreover, this lack of control leads to excessive and unjustified contamination, which must be removed by additional operations, most often based on liquid treatment, which leads to the formation of various wastes and additional criticality risks;
- либо эти устройства чувствительны к пыли и осколкам, увлекаемым таблетками в столбиках, и/или к таковым, образующимся в ходе загрузки таблеток в оболочку, причем эта чувствительность вызывает механические заторы, ведущие к простоям машины, необходимости вмешательства операторов в защитных камерах, рискам загрязнения операторов, цехов, а иногда и защитных помещений, которые должны оставаться лишь слегка загрязненными или незагрязненными;- either these devices are sensitive to dust and fragments carried away by tablets in columns and / or to those formed during loading of tablets into the shell, and this sensitivity causes mechanical congestion leading to machine downtime, the need for operator intervention in protective chambers, and risks of contamination operators, workshops, and sometimes protective rooms, which should remain only slightly contaminated or unpolluted;
- либо эти устройства для предотвращения загрязнения и загрузки таблеток не позволяют производить плутониевые топливные стержни, соответствующие техническим условиям на их незагрязнение, когда содержание плутония в таблетках и альфа-активность плутония высоки, причем даже при проведении дополнительной жидкостной дезактивации.- either these devices to prevent contamination and loading of tablets do not allow the production of plutonium fuel rods that meet the technical conditions for their non-pollution, when the plutonium content in the tablets and the alpha activity of plutonium are high, even during additional liquid decontamination.
Задача изобретения состоит в создании таких способа и устройства для изготовления незагрязненных МОХ-топливных стержней, с помощью которых можно устранить вышеуказанные и другие недостатки, хорошо известные специалистам. Указанная задача решается благодаря применению оригинальной и неочевидной комбинации признаков, влияющих, в частности, на технологические операции, а также на качество изготовленной продукции. Так:The objective of the invention is to create such a method and apparatus for the manufacture of uncontaminated MOX fuel rods, with which you can eliminate the above and other disadvantages, well known to specialists. This problem is solved through the use of an original and non-obvious combination of features that affect, in particular, technological operations, as well as the quality of manufactured products. So:
- различные операции по загрузке таблеток, очистке/дезактивации конца оболочки, подвергнувшегося загрязнению, установке пружины и второй заглушки с ее немедленной приваркой или без нее, в зависимости от того, устанавливается ли эта заглушка с зажимом или без него, очистке и проверке на незагрязнение перед извлечением стержня из защитной камеры могут выполняться преимущественно на одной и той же технологической линии и в различных защитных отсеках, изолированных друг от друга в зависимости от используемой газовой среды и уровня загрязнения, свойственного выполнению соответствующей операции; причем по крайней мере два последних названных отсека разработаны предпочтительно так, чтобы их загрязнение можно было удерживать длительное время, на низком уровне, например, благодаря их пригодности к дезактивации, хорошо известной специалистам, в ходе работы несмотря на последовательное перемещение многих стержней;- various operations for loading tablets, cleaning / decontamination of the end of the shell that has become contaminated, installing a spring and a second plug with or without immediate welding, depending on whether this plug is installed with or without a clamp, cleaning and checking for contamination before Removing the rod from the protective chamber can be carried out mainly on the same production line and in various protective compartments isolated from each other depending on the gas environment used and the level of pollution Ia inherent implement the corresponding operation; moreover, at least the last two named compartments are preferably designed so that their contamination can be kept for a long time, at a low level, for example, due to their suitability for decontamination, well known to specialists, during operation despite the consistent movement of many rods;
- предпочтительно, размеры частей оболочки, вводимых в защитную камеру, ограничиваются до строгого минимума в целях ограничения размеров частей, подвергающихся загрязнению и требующих проверки на загрязнение на выходе и их возможной очистки/дезактивации;- preferably, the dimensions of the parts of the shell introduced into the protective chamber are limited to a strict minimum in order to limit the size of the parts that are contaminated and require checking for contamination at the outlet and their possible cleaning / decontamination;
- предпочтительно, загрузка таблеток осуществляется с использованием таблеток, предварительно введенных в защитную камеру в гелиевой среде или в вакууме, и в оболочку, предварительно заполненную гелием, или в вакууме, после откачки содержавшегося в ней воздуха. Ввиду очень низкой динамической вязкости гелия имеется возможность загружать таблетки в оболочку в гелиевой среде при производственных скоростях, примерно от 100 до 150 мм/с без откачки газа, содержащегося в оболочке, несущего немало пыли к открытому концу стержня;- preferably, the loading of tablets is carried out using tablets previously introduced into the protective chamber in a helium medium or in vacuum, and into a shell previously filled with helium, or in vacuum, after pumping the air contained therein. Due to the very low dynamic viscosity of helium, it is possible to load tablets into the shell in a helium medium at production speeds of about 100 to 150 mm / s without evacuating the gas contained in the shell, which carries a lot of dust to the open end of the rod;
- ввод таблеток в оболочку - или их загрузка - обеспечивается с помощью загрузочного устройства, внутренняя часть которого выполнена в форме округлой усеченной пирамиды и с точными допусками для:- the introduction of the tablets into the shell - or loading them - is provided using a loading device, the inside of which is made in the form of a rounded truncated pyramid and with exact tolerances for:
- подачи на открытом конце оболочки таблеток, точно выровненных по положению и ориентации во избежание возникновения механического затора;- feeding at the open end of the shell of the tablets precisely aligned in position and orientation to avoid the occurrence of mechanical congestion;
- экранирования открытого конца оболочки от загружаемых таблеток во избежание сильного загрязнения оболочки, возможного отложения загрязнения и дополнительных механических заторов;- shielding the open end of the shell from the loaded tablets in order to avoid severe contamination of the shell, possible deposits of contamination and additional mechanical congestion;
- улавливания, и/или сбора, и/или удаления пыли и осколков таблеток, которые могут заблокировать таблетки в ходе их загрузки или, возможно, попали в оболочку;- capture and / or collection and / or removal of dust and fragments of tablets that may block the tablets during loading or possibly get into the shell;
- загрузка таблеток в оболочку осуществляется столбиками, последовательно подаваемыми по V-образному элементу по оси оболочки, использующему для ограничения усилий, действующих на таблетки, устройство с чувствительным приводом, усилие которого ограничивается в зависимости от порядка загружаемого столбика таблеток, и имеющему достаточную длину для того, чтобы глубина загрузки какого-либо столбика в оболочку была больше, чем длина следующего загружаемого столбика; следует отметить, что усилия толкания таблеток в ходе их загрузки в оболочку ограничиваются соответственно как глубиной ввода толкающего устройства, так и порядком (N) загружаемого столбика;- the loading of tablets into the shell is carried out by columns sequentially fed along the V-shaped element along the axis of the shell, using to limit the forces acting on the tablets, a device with a sensitive drive, the force of which is limited depending on the order of the loaded column of tablets, and having a sufficient length to so that the loading depth of any column in the shell is greater than the length of the next loaded column; it should be noted that the pushing forces of the tablets during their loading into the shell are limited, respectively, by both the depth of entry of the pushing device and the order (N) of the loaded column;
- операции по очистке частей оболочки, подверженных загрязнению, выполняются немедленно после загрязнения и сухим способом во избежание распространения загрязнения и необходимости контроля риска критичности и образования загрязненных жидких отходов.- operations to clean parts of the shell that are subject to contamination are carried out immediately after contamination and in a dry manner to avoid the spread of contamination and the need to control the risk of criticality and the formation of contaminated liquid waste.
Для преодоления вышеуказанных недостатков необходимо использовать по крайней мере частичную комбинацию вышеупомянутых новых операций.To overcome the above drawbacks, it is necessary to use at least a partial combination of the above new operations.
С этой целью способ согласно изобретению включает следующую последовательность операций:To this end, the method according to the invention includes the following sequence of operations:
- разделение защитной камеры на некоторое число смежных отсеков;- separation of the protective chamber into a number of adjacent compartments;
- соединение каждого отсека с соседним для создания герметизированного прохода для оболочки, причем по крайней мере некоторые из таких проходов выравниваются между собой для того, чтобы обеспечить возможность перемещения оболочки вдоль ее продольной оси;- the connection of each compartment with the adjacent one to create a sealed passage for the shell, and at least some of these passages are aligned with each other in order to allow the shell to move along its longitudinal axis;
- ввод загружаемой таблетками оболочки, открытым концом вперед, в первый отсек через герметизированный проход или входное отверстие отсека;- the input loaded by tablets shell, open end forward, into the first compartment through a sealed passage or inlet of the compartment;
- осевое перемещение оболочки между последовательными отсеками до тех пор, пока ее открытый конец не достигнет последнего отсека;- axial movement of the shell between successive compartments until its open end reaches the last compartment;
- загрузка таблеток в последнем отсеке, а также, если это предусмотрено, различных конструктивных элементов, иных, чем прижимная пружина, в оболочку через ее открытый конец;- loading tablets in the last compartment, as well as, if provided, various structural elements, other than the clamping spring, into the shell through its open end;
- частичное осевое извлечение оболочки по окончании загрузки с тем, чтобы переместить ее открытый конец в предыдущий отсек;- partial axial extraction of the shell at the end of the load in order to move its open end to the previous compartment;
- в этом предыдущем отсеке очистка и проверка на возможное загрязнение по крайней мере части оболочки, подвергнувшейся загрязнению, испускаемому таблетками в ходе их загрузки, или атмосферой последнего отсека;- in this previous compartment, cleaning and checking for possible contamination of at least part of the membrane that has undergone contamination emitted by the tablets during loading, or the atmosphere of the last compartment;
- после этой очистки осевое перемещение оболочки с тем, чтобы ее открытый конец перешел в другой отсек;- after this cleaning, the axial movement of the shell so that its open end moves to another compartment;
- загрузка прижимной пружины и установка второй заглушки в открытый конец в этом другом отсеке;- loading the clamping spring and installing the second plug in the open end in this other compartment;
- после этой установки выполнение возможных других операций, например, сварка кольцевым швом, подпрессовка/приварка вентиляционного отверстия и т.д., в том же самом отсеке или в еще одном отсеке с возможным дополнительным перемещением оболочки;- after this installation, the execution of other possible operations, for example, welding with an annular seam, prepressing / welding of the ventilation hole, etc., in the same compartment or in another compartment with possible additional movement of the shell;
- проверка на загрязнение частей стержня, подвергнувшихся загрязнению в последних отсеках, и, по мере необходимости, их потенциальная очистка в первом или втором отсеке;- check for contamination of the parts of the rod that have been contaminated in the last compartments, and, as necessary, their potential cleaning in the first or second compartment;
- извлечение стержня из первого отсека или его поперечное перемещение в другую защитную камеру через этот первый отсек, соединяющий эти защитные камеры друг с другом;- removing the rod from the first compartment or its transverse movement to another protective chamber through this first compartment connecting these protective chambers to each other;
- ступенчатое изменение степени загрязнения между различными отсеками, начиная с отсутствия загрязнения или очень слабого загрязнения в первом отсеке и кончая наиболее сильным загрязнением в последнем отсеке;- stepwise change in the degree of pollution between different compartments, starting from the absence of pollution or very slight pollution in the first compartment and ending with the most severe pollution in the last compartment;
- выбор газов, подаваемых в отсеки защитных камер и в любые технологические или транспортные боксы, имеющиеся в них, из группы газов, включающей: воздух, азот, гелий, аргон, вакуум; и- the choice of gases supplied to the compartments of the protective chambers and to any technological or transport boxes in them from the group of gases, including: air, nitrogen, helium, argon, vacuum; and
- ступенчатое изменение давления в этих отсеках для того, чтобы упорядочить любые утечки, начиная с самого высокого давления в первом отсеке и кончая самым низким давлением в последнем отсеке.- stepwise pressure changes in these compartments in order to order any leaks, starting with the highest pressure in the first compartment and ending with the lowest pressure in the last compartment.
Вышеупомянутый способ, являющийся предметом настоящего изобретения, может быть с пользой применен как на обычных заводах по производству МОХ-топлива, так и на заводах по производству другого ядерного топлива, содержащего в какой-либо пропорции актиниды, иные, чем уран в качестве не ограничивающих примеров: топливо на основе нитридов или карбидов урана/плутония, топливо без воспроизводящего материала, предназначенное для сжигания или трансмутации актинидов, МОХ-топливо на основе тория/плутония, МОХ-топливо с поглотителем, выгорающим или нет, и т.д.The above method, which is the subject of the present invention, can be advantageously applied both in conventional plants for the production of MOX fuel, and in plants for the production of other nuclear fuel containing in any proportion actinides other than uranium as non-limiting examples : fuel based on uranium / plutonium nitrides or carbides, fuel without a reproducing material, intended for burning or transmutation of actinides, MOX fuel based on thorium / plutonium, MOX fuel with an absorber burning out or no, etc.
Согласно одному примеру осуществления изобретения для загрузки таблеток и последующих, связанных с ней операций, а именноAccording to one example embodiment of the invention for loading tablets and subsequent related operations, namely
- подачи, центрирования и выравнивания таблеток, образующих столбик, с опоры к открытому концу оболочки и- feeding, centering and aligning the pill forming the pillar from the support to the open end of the shell and
- удаления с этого столбика таблеток пыли и осколков, захваченных этими таблетками, и/или прилипших к загруженным таблеткам, и/или образовавшихся при подаче, центрировании и выравнивании таблеток,- removing from this column dust tablets and debris trapped by these tablets and / or adhering to the loaded tablets and / or formed during feeding, centering and leveling of the tablets,
выполняются следующие операции:The following operations are performed:
- между опорой и открытым концом оболочки и выравнивание оси таблеток с осью оболочки с помощью канала, нижняя часть которого имеет V-образный профиль с равномерным наклоном и частично совпадающего с цилиндрическим выходом с диаметром таблеток;- between the support and the open end of the shell and alignment of the axis of the tablets with the axis of the shell using a channel, the lower part of which has a V-shaped profile with uniform inclination and partially coinciding with the cylindrical outlet with the diameter of the tablets;
- центрирование оболочки в камере, центрированной по цилиндрической части этого канала;- centering the shell in the chamber, centered on the cylindrical part of this channel;
- экранирование открытого конца оболочки от загружаемой таблетки;- shielding the open end of the shell from the loaded tablet;
- улавливание, и/или сбор, и/или удаление пыли и осколков таблеток через зазоры между таблетками и стенками канала под действием силы тяжести и, факультативно, путем дополнительного продувания и/или всасывания.- capture and / or collection and / or removal of dust and fragments of tablets through the gaps between the tablets and the channel walls under the action of gravity and, optionally, by additional blowing and / or suction.
Настоящее изобретение касается также устройства для производства незагрязненных МОХ-топливных стержней из таблеток, предназначенного для осуществления предлагаемого способа. Это устройство включает защитную камеру, предназначенную для выполнения следующих операций:The present invention also relates to a device for the production of uncontaminated MOX fuel rods from tablets intended for implementing the proposed method. This device includes a protective chamber designed to perform the following operations:
- загрузка таблеток столбиками в оболочку, открытую на одном конце и закрытую первой заглушкой на другом конце;- loading the tablets in columns into a shell open at one end and closed with a first plug at the other end;
- очистка и потенциальная проверка на загрязнение части вышеупомянутой оболочки, подвергнувшейся контакту с загрязнением или пылью из вышеуказанных таблеток;- cleaning and potential contamination of a portion of the aforementioned shell exposed to contamination or dust from the above tablets;
- загрузка различных конструктивных элементов, в частности, прижимной пружины;- loading of various structural elements, in particular, a clamping spring;
- установка второй заглушки;- installation of a second plug;
- потенциальная очистка и проверка на загрязнение части вышеупомянутой оболочки, подвергнувшейся контакту с загрязнением.- potential cleaning and checking for contamination of a portion of the aforementioned casing exposed to contamination.
Согласно настоящему изобретению в вышеупомянутом устройстве:According to the present invention in the above device:
- защитная камера разделена на несколько отдельных отсеков;- the protective chamber is divided into several separate compartments;
- эти отсеки предпочтительно расположены последовательно, один за другим, в направлении движения между ними загружаемой оболочки, открытым концом вперед;- these compartments are preferably arranged sequentially, one after the other, in the direction of movement between them of the loaded shell, open end forward;
- эти отсеки защитной камеры изолированы друг от друга герметичными перегородками, имеющими для перемещения оболочки из одного отсека в другой проход, состоящий из полнопроходного клапана и уплотнительного устройства по окружности оболочки, причем по крайней мере некоторые из вышеупомянутых проходов выровнены в направлении движения вышеупомянутой оболочки, а первый отсек потенциально снабжен просто отверстием на его входе;- these compartments of the protective chamber are isolated from each other by sealed partitions having, for moving the shell from one compartment to another passage, consisting of a full bore valve and a sealing device around the circumference of the shell, at least some of the aforementioned passages are aligned in the direction of movement of the aforementioned shell, and the first compartment is potentially simply equipped with a hole at its entrance;
- осевой приводной механизм установлен для того, чтобы перемещать вдоль его продольной оси конец вводимой оболочки или стержня, снабжаемого второй заглушкой в выбранном отсеке;- the axial drive mechanism is installed in order to move along the longitudinal axis of the end of the input shell or rod, provided with a second plug in the selected compartment;
- устройства для загрузки таблеток столбиками и средства для загрузки различных конструктивных элементов, иных, чем прижимная пружина и вторая заглушка, установлены в последнем отсеке;- devices for loading tablets with columns and means for loading various structural elements other than the clamping spring and the second plug are installed in the last compartment;
- по крайней мере одно устройство для очистки/дезактивации и, возможно, средства для проверки на загрязнение части оболочки, подвергнувшейся загрязнению в ходе загрузки таблеток, установлены в каком-либо предыдущем отсеке;- at least one device for cleaning / decontamination and, possibly, means for checking for contamination of the part of the membrane exposed to contamination during loading of tablets, are installed in any previous compartment;
- средства для загрузки прижимной пружины и установки с зажимом или без него второй заглушки в открытый конец оболочки расположены в другом предыдущем отсеке;- means for loading the clamping spring and installing with a clip or without a second plug in the open end of the shell are located in another previous compartment;
- средства, необходимые для выполнения возможных дополнительных операций по сварке и/или подпрессовке, могут быть установлены в том же самом отсеке или в еще одном отсеке;- the means necessary to perform possible additional welding and / or prepress operations may be installed in the same compartment or in another compartment;
- средства для проверки на загрязнение и, потенциально, очистки/дезактивации частей стержня, подверженных загрязнению в ходе предшествующих операций, установлены в первом или втором боксе; и- Means for checking for contamination and, potentially, cleaning / decontaminating parts of the core that are subject to contamination during previous operations, are installed in the first or second box; and
- средства для вентиляции защитной камеры, ее отсеков и любых установленных в них боксов, а также средства для подачи газа установлены для того, чтобы поддерживать в этой камере пониженное давление по сравнению с атмосферой помещения, и выполнены таким образом, чтобы обеспечивать- means for ventilating the protective chamber, its compartments and any boxes installed in them, as well as means for supplying gas, are installed in order to maintain a reduced pressure in this chamber compared to the atmosphere of the room, and are designed to provide
- выбор газа для каждого отсека и/или установленного в нем бокса из группы газов, включающей: воздух, азот, гелий, аргон, вакуум; и- gas selection for each compartment and / or box installed in it from the group of gases, including: air, nitrogen, helium, argon, vacuum; and
- ступенчатое изменение пониженного давления в этих отсеках в целях упорядочения направления любых утечек и для способствования ступенчатому изменению степени загрязнения, начиная с самого слабого давления в первом отсеке и кончая самым сильным в последнем отсеке.- stepwise change in reduced pressure in these compartments in order to streamline the direction of any leaks and to facilitate a stepwise change in the degree of contamination, starting with the weakest pressure in the first compartment and ending with the strongest in the last compartment.
Как указано выше, различные отсеки могут иметь также один или несколько боксов или камер, установленных в них и работающих в газовых средах, отличных от газовой среды отсека, причем эти боксы или внутренние камеры обычно предназначены для выполнения технологических операций, например, загрузки таблеток в вакууме, сварки в среде гелия очень высокой чистоты и т.д., или транспортировочных операций, например, поперечное перемещение в каком-либо контейнере открытого конца оболочки в контролируемой газовой среде.As indicated above, the various compartments may also have one or more boxes or chambers installed in them and operating in gas media other than the gas medium of the compartment, and these boxes or inner chambers are usually designed to perform technological operations, for example, loading tablets in a vacuum , welding in helium medium of very high purity, etc., or transportation operations, for example, transverse movement in some container of the open end of the shell in a controlled gas environment.
К числу преимуществ, обеспечиваемых изобретением, относятся:Among the advantages provided by the invention include:
- производство стержней с высоким содержанием плутония, незагрязненных, без включений в сварном шве и без чрезмерных межтаблеточных зазоров;- production of rods with a high plutonium content, unpolluted, without inclusions in the weld and without excessive inter-gap gaps;
- различные возможности осуществления:- various implementation options:
- от процессов, полностью выполняемых вручную, до полностью автоматизированных процессов;- from processes that are fully manual, to fully automated processes;
- от производственных устройств с низкой/средней производительностью, «одностержневые» установки, обрабатывающие одновременно лишь один стержень, до высокопроизводительных устройств, «многостержневые» установки, обрабатывающие одновременно некоторое количество стержней;- from production devices with low / medium productivity, "single-rod" plants that process only one rod at a time, to high-performance devices, "multi-rod" plants that process a number of rods at the same time;
- различные составы узла "оболочка/вторая заглушка", например, заглушки, вставляемые в оболочку с зажимом или без него, заглушки с осевым или поперечным вентиляционным отверстием и т.д.;- various compositions of the “shell / second plug” assembly, for example, plugs inserted into the shell with or without a clamp, plugs with an axial or transverse ventilation hole, etc .;
- различные методы выполнения кольцевого сварного шва, дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа (TIG), контактная сварка, лазерная сварка и т.д. и подпрессовка;- various methods for performing an annular weld, arc welding with a tungsten electrode in an inert gas medium (TIG), resistance welding, laser welding, etc. and prepress;
- различные сухие методы очистки/дезактивации, механическое протирание, лазер и т.д.;- various dry cleaning / decontamination methods, mechanical wiping, laser, etc .;
- загрузка без специальных мер предосторожности запыленных таблеток после их шлифования без охлаждения или после многочисленных транспортировочных операций;- loading without special precautions dusty tablets after grinding without cooling or after numerous transportation operations;
- ограничение загрязнения оболочки, что касается площади поверхности и величины, при загрузке таблеток и заполнении оболочки инертным газом перед сваркой, позволяющее ограничивать операции очистки/дезактивации лишь очисткой, например, протиранием конца стержня, подвергшегося загрязнению, и проверкой отсутствия переносимого загрязнения на выходе тоже механическим протиранием;- limiting the contamination of the casing, as regards the surface area and size, when loading the tablets and filling the casing with inert gas before welding, allowing to limit the cleaning / decontamination operations only by cleaning, for example, wiping the end of the contaminated rod and checking the absence of tolerated pollution at the outlet also by mechanical rubbing;
- отсутствие жидких отходов; ограниченное образование твердых отходов в ходе очистки и проверки на переносимое загрязнение протиранием;- lack of liquid waste; limited generation of solid waste during cleaning and testing for portable pollution by wiping;
- пониженный риск критичности, допускающий использование высокого содержания и больших количеств делящегося материала;- reduced criticality risk, allowing the use of high content and large quantities of fissile material;
- общая экономия производственных затрат.- overall savings in production costs.
Прочие подробности и особенности изобретения будут видны из его других пунктов формулы изобретения и описания схематических чертежей, в неопределенных и различных масштабах, приложенных к настоящему описанию и поясняющих на не ограничивающих примерах предлагаемый способ и отдельные варианты предлагаемого устройства или его компонентов.Other details and features of the invention will be apparent from its other claims and the description of the schematic drawings, at indefinite and various scales, attached to the present description and explaining by non-limiting examples the proposed method and individual variants of the proposed device or its components.
На фиг.1 показано осевое сечение одного варианта конструктивного исполнения топливного стержня, изготовляемого согласно предлагаемому способу.Figure 1 shows an axial section of one embodiment of a fuel rod manufactured according to the proposed method.
На фиг.2А-С схематически показана компоновка отсеков защитной камеры для одного примера осуществления изобретения, а также различные варианты размещения оборудования внутри этих отсеков, для того чтобы обеспечить возможность подачи оболочки вперед, или поперечное движение указанного оборудования, или его внутреннее размещение для осевого перемещения оболочки.On figa-C schematically shows the layout of the compartments of the protective chamber for one example embodiment of the invention, as well as various options for placing equipment inside these compartments, in order to provide the ability to feed the shell forward, or lateral movement of the specified equipment, or its internal placement for axial movement shell.
На фиг.2В схематически показан ввод стержня, выполняемого согласно фиг.1, в первый отсек защитной камеры в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения, по одному или сгруппированными вместе;FIG. 2B schematically shows the insertion of the rod, made according to FIG. 1, into the first compartment of the protective chamber in accordance with various embodiments of the invention, one at a time or grouped together;
- доступ к первому отсеку через герметизированную шлюзовую камеру, позволяющую использовать в нем газовую среду, иную, чем воздух помещения;- access to the first compartment through a sealed lock chamber, allowing the use of a gas medium other than room air in it;
- длину первого отсека, превышающую длину стержня;- the length of the first compartment in excess of the length of the rod;
- поперечное перемещение оболочки/стержня при "многостержневом" конструктивном исполнении устройства.- transverse movement of the shell / rod with a "multi-rod" design of the device.
На фиг.2С схематически показан ввод стержня, изображенного на фиг.1, таким образом, чтобы он вошел в последний отсек защитной камеры.On figs schematically shows the input of the rod depicted in figure 1, so that it fits into the last compartment of the protective chamber.
На фиг.3 показано перспективное изображение элемента для ввода таблеток в оболочку, предназначенного для осуществления изобретения.Figure 3 shows a perspective image of an element for introducing tablets into a shell for carrying out the invention.
На фиг.3В показаны примеры конструктивного исполнения продольных и поперечных канавок и газовых сопел G.On figv shows examples of the design of the longitudinal and transverse grooves and gas nozzles G.
На фиг.4A-4F показаны в плане различные операции очередности загрузки последовательных столбиков таблеток в оболочку согласно одному примеру осуществления изобретения. На фиг.4А показан также механизм для привода толкающего устройства с ограниченным усилием. В виде примера на фиг.4A-4F показана загрузка двух последовательных столбиков «а» и «b» глубоко в оболочку 2 с использованием длинного толкающего устройства 53.On figa-4F shown in plan various operations of the sequence of loading consecutive columns of tablets into the shell according to one embodiment of the invention. 4A also shows a mechanism for driving a pushing device with limited force. As an example, FIGS. 4A-4F show loading two consecutive columns “a” and “b” deep into
На различных чертежах одни и те же позиции обозначают те же самые или аналогичные элементы устройства.In various drawings, the same reference numbers indicate the same or similar elements of the device.
Представленный на фиг.1 стержень 1 согласно предлагаемому изобретению содержит оболочку 2, герметично закрытую на одном конце первой заглушкой 3, а на другом конце второй заглушкой 4. Между этими заглушками 3 и 4 в оболочке 2 расположены таблетки 6, пружина 7 и конструктивные элементы, такие как одна или несколько вставок 5.Shown in figure 1, the rod 1 according to the invention contains a
Устройство и способ для изготовления незагрязненных МОХ-топливных стержней 1 из таблеток 6, являющиеся предметом предлагаемого изобретения, поясняются в настоящем описании совместно ввиду их полной взаимосвязи.The device and method for the manufacture of uncontaminated MOX fuel rods 1 from
Как объясняется ниже, этот способ состоит в выполнении в защитной камере 10 (фиг.2), например, типа перчаточного бокса, следующих операций:As explained below, this method consists in performing in the protective chamber 10 (FIG. 2), for example, the type of glove box, the following operations:
- загрузка таблеток 6 столбиками 12 (фиг.4) в оболочку 2 с использованием загрузочного устройства 14, показанного на фиг.3 и схематически на фиг.2 и 4, состоящего из V-образной или желобчатой пластины 38, последовательно перемещаемой в направлении, поперечном оси вышеупомянутых столбиков 12 и оболочки 2;- loading the
- загрузка различных конструктивных элементов, в частности, прижимной пружины 7;- loading of various structural elements, in particular, the clamping spring 7;
- установка второй заглушки 4 в оболочку 2, либо с зажимом, либо без него;- installation of the second plug 4 in the
- потенциальная приварка кольцевым швом второй заглушки 4, в частности, если она вставлена в оболочку 2 без зажима;- potential welding with an annular seam of the second plug 4, in particular, if it is inserted into the
- потенциальная очистка и проверка на загрязнение части вышеупомянутой оболочки 2, подвергнувшейся контакту с пылью или аэрозолями, производимыми таблетками 6.- potential cleaning and checking for contamination of a portion of the
Согласно изобретению с этой целью используются следующие способы и меры предосторожности (фиг.2-4):According to the invention, the following methods and precautions are used for this purpose (Fig.2-4):
- защитная камера 10 разделена на отсеки, например, I, II, III и IV согласно фиг.2, в данном случае на 4 отсеках, прилегающих друг к другу и герметично изолированных друг от друга, причем уровень загрязнения альфа-излучателями, а также тип и давление газа контролируются в каждом из этих отсеков;- the
- операции: загрузка, очистка, установка заглушки, проверка на загрязнение выполняются последовательно на оболочке 2 путем ее осевого и последовательного перемещения между этими отсеками I-IV, причем ввод и вывод вышеупомянутой оболочки осуществляется через один и тот же отсек I;- operations: loading, cleaning, installing a plug, checking for contamination are performed sequentially on the
- герметичность между отсеками I-IV обеспечивается в каждый момент времени с помощью шлюзовой камеры 24 (фиг.2), состоящей из клапана 26 с полным проходом для оболочки 2, например, отсекательного или шарового типа, и уплотнительного элемента 28 с эластомерными уплотнениями, уплотнительные кольца, манжетные уплотнения или специальные уплотнения, вокруг оболочки 2; эта шлюзовая камера 24 позволяет вводить стержень 1 из одного отсека в другой, не нарушая герметичности между ними и изменяя, если это необходимо, при проходе внутреннюю газовую среду стержня 1, например, чтобы ввести в гелиевую среду или в вакуум оболочку 2, находившуюся до этого в воздушной среде. В этом последнем случае объем газа ограничивается корпусом шлюзовой камеры 24, клапан 26 и уплотнительное устройство 28 вакуумируются насосом (не показан) через клапан 32 или любое другое устройство и заменяется газом выбранного типа. Уплотнительный элемент 28 может занимать разные положения, он либо оставляет весь проход открытым, не прикасаясь к оболочке, либо обеспечивает статическую герметизацию оболочки по окружности, когда она неподвижна, либо обеспечивает динамическую герметизацию вокруг оболочки при ее относительном поступательном или вращательном движении, необходимом для какой-либо транспортировочной или технологической операции;- tightness between compartments I-IV is ensured at each moment of time by means of a lock chamber 24 (FIG. 2), consisting of a
- загрузка таблеток 6 и загрузка конструктивных элементов 5, иных, чем прижимная пружина 7 и вторая заглушка 4, производятся в отсеке IV, расположенном дальше всех от вводного отсека I;- loading of
- очистка части оболочки 2, подвергнувшейся загрязнению, в частности, поверхности ее открытого конца 34, выполняется после загрузки таблеток 6 и других вышеупомянутых конструктивных элементов 5, и перед загрузкой пружины 2 и второй заглушки 4, в отсеке III, предпочтительно прилегающем к загрузочному отсеку IV; очистка предположительно загрязненных поверхностей обеспечивается, например, их протиранием полосами ткани или нетканого материала, сухими или слегка пропитанными какой-нибудь жидкостью, а именно водой, растворителем или химическим дезактивирующим средством;- cleaning of the part of the
- загрузка пружины 7 и установка второй заглушки 4 в оболочку 2 и потенциальная приварка кольцевым швом этой второй заглушки 4 выполняются в отсеке II, расположенном между очистным отсеком III и отсеком I;- loading the spring 7 and installing a second plug 4 in the
- очистка и потенциальная проверка на загрязнение частей оболочки 2, которые вводились в отсеки II-IV защитной камеры 10, обеспечиваются в каком-либо отсеке, отделенном от отсека 11. Очистку можно осуществлять путем сухой или слегка влажной протирки, используя, например, полосы ткани или нетканого материала, сухого или слегка пропитанного жидкостью (вода, растворитель или дезактивирующее средство). Отсутствие загрязнения можно проверить контактным или бесконтактным способом в зависимости от того, желательно или нет осуществлять проверку на переносимое загрязнение. Во втором случае, наиболее частом, проверку проводят путем взятия пробы-мазка и ее исследования с помощью какого-либо прибора, известного специалистам, например, ZnS-детектора. Общее загрязнение можно проверить непосредственно, например, с помощью кольцевого ZnS-детектора. Следует отметить, что известны и другие сухие способы очистки, предусматривающие, например, освещение соответствующей поверхности световым лучом лазера;- cleaning and potential checking for contamination of the parts of the
- ввод оболочки 2 и проверку на загрязнение стержня 1 можно с успехом выполнить в том же самом отсеке I. Это может быть также необходимо, например, в том случае, если стержень 1 нужно извлечь и переместить к какой-нибудь другой единице оборудования, расположенной в другой камере, в частности, если заглушка 4 установлена с зажимом в оболочке 2 топлива для легководных ядерных реакторов и позволяет осуществлять ее приварку в отдельной камере;- the input of the
- уровни загрязнения ступенчато изменяются от отсека IV к отсеку I на выходе из защитной камеры 10; эти уровни, в частности, наименее загрязненных отсеков I, II, III, проверяются непрерывно или периодически с целью предупреждения переноса чрезмерного загрязнения в последующие отсеки I, II и ограничения загрязнения оболочки 2, с установленной или неустановленной второй заглушкой 4, в ходе ее перемещения к вышеуказанному выходу; при случайном загрязнении или постепенном накоплении загрязнения важно иметь возможность уменьшить уровень загрязнения этих отсеков до приемлемого путем очистки их и установленного в них оборудования; контроль за загрязнением отсеков защитной камеры 10 связан также с соответствующей вентиляцией и фильтрацией, например, минимальная частота обновления газовой среды должна составлять не менее 2-, 3-х раз в час, не создавая турбулентность;- pollution levels stepwise change from compartment IV to compartment I at the outlet of the
- атмосферы различных вышеупомянутых отсеков I-IV могут состоять из различных газов, таких как воздух, N2, Ar, Не или даже вакуум для загрузочного отсека IV;- the atmospheres of the various aforementioned compartments I-IV may consist of various gases such as air, N 2 , Ar, He or even vacuum for the loading compartment IV;
- давления в этих различных отсеках I-IV изменяются ступенчато, чтобы упорядочить утечки из наименее загрязненных отсеков в наиболее загрязненные; в зависимости от газов, присутствующих в этих отсеках, контроль каскада давлений обеспечивается путем раздельного контроля давления в каждом из отсеков относительно атмосферы того помещения, где расположена защитная камера 10, или путем упорядочивания вентиляционного потока из одного отсека в другой; следует отметить, что во всех различных отсеках должно поддерживаться пониженное давление относительно давления в помещении, в котором работает установка для производства стержней 1.- the pressures in these different compartments I-IV vary stepwise to order the leaks from the least polluted compartments to the most polluted ones; depending on the gases present in these compartments, the pressure cascade is controlled by separately controlling the pressure in each of the compartments relative to the atmosphere of the room where the
Предлагаемый выше способ производства является особенно предпочтительным с точки зрения контроля загрязнения, когда загрузка таблеток 6, очистка и установка заглушки 4 выполняются в отсеках с гелиевой средой, что является дополнительным предметом изобретения. Для этого, при ее вводе в защитную камеру 10, перемещение оболочки 2 без таблеток в первый встречающийся отсек с гелиевой средой, обычно отсек II для установки заглушки, происходит после откачивания воздуха помещения или азота транспортировочного бокса, содержащегося в вышеупомянутой оболочке 2, и замены его гелием в шлюзовой камере 24, разделяющей два соответствующих отсека. Как уже отмечалось выше, этот вариант способа позволяет устанавливать, возможно, даже приваривать заглушку на стержень 1 в гелиевой среде и избегать необходимости вакуумировать оболочку 2, заполненную таблетками 6 и воздухом или азотом, чтобы заменить его гелием. Следует отметить, что вследствие низкой динамической вязкости гелия, по сравнению с вязкостью воздуха или азота, обычно используемых в защитной камере, удаление гелия, содержащегося в оболочке 2, при вводе столбиков 12 таблеток 6 происходит без заметного уноса пыли и аэрозолей к открытому концу 34 стержня 1.The production method proposed above is particularly preferable from the point of view of pollution control when loading the
Предложенный выше способ изготовления обеспечивает также преимущество, когда загрузка таблеток осуществляется в вакууме; в этом случае оболочка подается без таблеток и газа к входу последнего отсека с вакуумом или содержащего какой-либо бокс с вакуумом, после откачивания из нее газа в шлюзовой камере 24 для доступа к этому отсеку; имеется возможность выбирать атмосферу для отсеков, в которых осуществляется очистка, установка и сварка; гелиевая среда в этих двух отсеках, комбинируемая с вакуумом в загрузочном отсеке, обеспечивает особые преимущества, что касается контроля загрязнения, несмотря на более высокую сложность его осуществления.The manufacturing method proposed above also provides an advantage when tablets are loaded in a vacuum; in this case, the shell is supplied without tablets and gas to the inlet of the last compartment with vacuum or containing any box with vacuum, after pumping gas out of it in the
В ходе загрузки таблеток 6 важно:During the loading of
- подавать таблетки 6 к открытому концу 34 оболочки 2 так, чтобы они были точно выровнены по положению и ориентации во избежание возникновения механического затора;- serve
- экранировать открытый конец 34 оболочки 2 от загружаемых таблеток 6 во избежание его сильного загрязнения, возникновения дополнительных механических заторов и помех;- to shield the
- улавливать, и/или собирать, и/или удалять пыль и осколки таблеток, которые могут заблокировать таблетки 6 в ходе их загрузки или, возможно, даже стать причиной изготовления дефектных стержней, и которые либо переносятся указанными загружаемыми таблетками 6, либо образуются в ходе самой загрузки таблеток.- to capture, and / or collect, and / or remove dust and fragments of tablets that may block
С этой целью можно воспользоваться устройством 14 (фиг.3) для ввода таблеток 6, чаще всего подаваемых столбиками 12 по неподвижной V-образной пластине или (фиг.4) по известной пластине 38 с V-желобами и перемещаемой поперечно; это загрузочное устройство, являющееся дополнительным предметом изобретения, включает полый неподвижный металлический элемент 14, выполненный, например, из двух частей, внутренний профиль 42 которого состоит последовательно, в частности, как показано на фиг.3, из входа квадратного сечения на его конце 44, детали 46 с постепенно уменьшающимся квадратным поперечным сечением на ее кончике (T+U), цилиндрического выхода 48 круглого поперечного сечения (Y) с диаметром, равным диаметру таблеток 6, с непрерывным соединением с деталью квадратного поперечного сечения 46, и цилиндрического отверстия 49 с наружным диаметром, равным диаметру оболочки 2 (Z). Вход квадратного сечения (Т) на его конце 44 допускает большие зазоры, до 1÷2 мм, для таблеток 6 в целях игнорирования несоосности разного характера, например, вертикальная и горизонтальная несоосность V-желобообразной полосы 38, подающей столбики 12 таблеток 6. Деталь с квадратным поперечным сечением на кончике 46 имеет постепенно уменьшающиеся размеры (Т+U), чтобы постепенно центрировать таблетки 6; различные законы геометрического уменьшения могут быть реализованы на современных станках с ЧПУ, например (фиг.3), начиная с линейного уменьшения, ведущего к получению усеченной пирамиды (U), и кончая нелинейным, например, квадратичным уменьшением (Т), позволяя тем самым исправить значительную несоосность на коротких участках и способствовать удалению пыли и осколков в результате изменения ориентирования таблеток по отношению друг к другу. Что касается двух круглых поперечных сечений 48 и 49, то оба эти отверстия Dy и Dz выполняются соответственно с диаметрами таблеток (DYHOM.=Dтаб.+0,02 мм, например) и оболочек (Dzhom.=Dобол.макс.+0,01 мм, например) с соосностью 0,01 мм и допусками на диаметр -0/+0,01 мм. Этот компонент ввода можно снабдить также (фиг.3В) различными соплами для инжекции газа или соплами для улавливания, сбора или удаления пыли и осколков, налипающих на таблетки или переносимых ими. В элементе 14 можно предусмотреть также продольные и/или поперечные канавки, для того чтобы улучшить улавливание осколков и пыли. Следует отметить, что в другом возможном примере осуществления изобретения верхняя часть канала 42 может иметь форму иную, чем обратное V.To this end, you can use the device 14 (figure 3) for the introduction of
Кроме того, следует отметить, что загрузочное устройство 14 можно использовать для прямого ввода таблеток в оболочку, а также центрирования и выравнивания таблеток в любом промежуточном устройстве, установленном перед оболочкой.In addition, it should be noted that the
При загрузке столбиков таблеток 12 важно ограничивать действие осевых усилий, используемых для того, чтобы:When loading columns of
- избежать воздействия поперечных усилий столбиков 12, испытывающих осевое давление и способных возникать из-за отклонений по перпендикулярности торцевых поверхностей таблеток 6; эти усилия вредны, когда таблетки 6 пересекают места механического перехода (V-образная или желобообразная полоса 38 к элементу ввода 14, элемент ввода 14 к оболочке 2); и- to avoid the transverse forces of the
- избежать образования дополнительных осколков и пыли в ходе загрузки из-за чрезмерного местного давления на края таблеток 6, соприкасающиеся с их торцевыми поверхностями.- to avoid the formation of additional fragments and dust during loading due to excessive local pressure on the edges of the
Для этого используются порознь или в сочетании друг с другом следующие три способа:To do this, the following three methods are used separately or in combination with each other:
- загрузка таблеток 6 в газовой среде с низкой динамической вязкостью (гелий) или в вакууме, чтобы ограничить давление в оболочке 2 в ходе подачи в нее столбиков таблеток 12; следует отметить, например, что чем дальше продвигается загрузка столбиков таблеток, тем больше нарастает, при той же самой скорости загрузки, давление газа из-за увеличения перепада давления вдоль столбика таблеток 12;- loading the
- подача таблеток, загружаемых столбиками 12 (фиг.4) в оболочку 2, на глубину, равную по крайней мере длине элементарных столбиков 12; таким образом, первая таблетка 6 какого-либо столбика N (N, идущий от "а" к "е" в примере, показанном на фиг.4) в ходе его загрузки в оболочку 2 соприкасается с последней таблеткой 6 уже загруженного столбика (N-1) и толкает "состав" (N-1) уже загруженных столбиков только тогда, когда последняя таблетка столбика N уже находится внутри оболочки 2; тем самым поперечные усилия, создаваемые таблетками 6, минимизируются и к тому же оказывают меньший вред благодаря точному механическому ориентированию, обеспечиваемому оболочкой 2;- the supply of tablets loaded with columns 12 (figure 4) into the
- использование какого-либо устройства для толкания таблеток 50, оснащенного чувствительным приводом, в частности, таким, который, в общем, способен ограничивать величину создаваемых им усилий лишь до необходимых; это нужно потому, что требуемые усилия возрастают, по мере того как загружается все большее число элементарных столбиков 12. Эти усилия ограничиваются, например, электронным способом путем управления электропитанием двигателя постоянного тока или серводвигателя 52 в зависимости от глубины ввода толкающего устройства и порядкового номера N загруженного столбика; наконец, ввиду применения высоких скоростей загрузки на заводах, придется позаботиться о том, чтобы предупреждать инерционные воздействия путем использования устройства для толкания таблеток 53 с полым стержнем и ограничителем крутящего момента 54 с проскальзыванием и малой инерцией, например, магнитно-порошкового ограничителя крутящего момента.- the use of any device for pushing
Снижение скорости толкания "состава" из столбиков таблеток можно предпочтительно применять для последнего загруженного столбика или столбиков.Reducing the pushing speed of the “composition” of pillars can preferably be applied to the last pillar or pillars loaded.
Возможны различные типы разделения защитной камеры и распределения выполняемых в ней операций. В таблице 1 приведены их несколько возможных примеров.Various types of separation of the protective chamber and the distribution of the operations performed therein are possible. Table 1 shows some of their possible examples.
Проверка на загрязнение
Вывод стержня
(Воздух или гелий)Shell input
Pollution check
Terminal pin
(Air or helium)
Установка 2-й заглушки (Приварка заглушки, если она не имеет зажима)
(Гелий)Spring loading
Installing the 2nd plug (Welding the plug if it does not have a clamp)
(Helium)
(Гелий)Shell cleaning
(Helium)
(Гелий)Tablet loading
(Helium)
(Воздух или N2)Input / output of the shell (Option: moving the shell to another camera)
(Air or N 2 )
(Воздух или N2)Contamination check Potential cleanup
(Air or N 2 )
Установка 2-й заглушки
(Приварка заглушки, если она не имеет зажима)
(Воздух или N2)Spring loading
Installing the 2nd plug
(Welding the plug if it does not have a clamp)
(Air or N 2 )
(Воздух или N2)Tablet loading
(Air or N 2 )
Вывод стержня
(Воздух)Shell input
Terminal pin
(Air)
(Воздух)Contamination check Potential cleanup
(Air)
Установка 2-й заглушки
(Приварка заглушки, если она не имеет зажима)
(Гелий)Spring loading
Installing the 2nd plug
(Welding the plug if it does not have a clamp)
(Helium)
(Воздух)Loading tablets in a vacuum
(Air)
Проверка на загрязнение Вывод оболочки
(Воздух)Shell input
Contamination check Shell outlet
(Air)
(Воздух)Moving in a vacuum to other devices (installing a plug, welding it, etc.)
(Air)
(Воздух)Loading tablets in a vacuum (additional cleaning of the shell in a vacuum)
(Air)
Ниже приведены подробные сведения, касающиеся примера осуществления изобретения №1, описанного в таблице 1 и реализованного изобретателями на практике.The following is detailed information regarding an example embodiment of the invention No. 1, described in table 1 and implemented by the inventors in practice.
а. Последовательность операцийbut. Sequence of operations
- загрузка таблеток 6, содержащих образующийся при изготовлении скрап и шлифованных без охлаждения, на желобообразную пластину 38, перемещаемую поперечно шаг за шагом;-
- газовая среда и распределение функций по отсекам:- gas environment and distribution of functions in compartments:
IV: в гелии - загрузка таблеток;IV: in helium - loading tablets;
III: в гели: - очистка открытого конца;III: in gels: - cleaning of the open end;
II: в гели - загрузка таблеток и заглушки без зажима;II: in gels - loading tablets and caps without clamp;
- приварка второй заглушки кольцевым швом;- welding of the second plug with an annular seam;
I: в воздухе - потенциальная очистка конца стержня;I: in the air - potential cleaning of the end of the rod;
- взятие пробы-мазка для измерения переносимого загрязнения;- taking a smear test to measure tolerated pollution;
- извлечение стержня с целью его подпрессовки на другой единице оборудования;- removing the rod in order to prepress it on another piece of equipment;
- изолирование отсеков: с помощью шлюзовой камеры 24, включающей полнопроходной вакуумный клапан и двойное эластомерное уплотнение с газом или вакуумным барьером.- isolation of compartments: using a
Гелий, используемый в различных отсеках, поступает из станции очистки (рециркуляция) гелия, откачанного из защитной камеры, чтобы поддерживать в вышеуказанной камере пониженное давление, и из источника свежего гелия, чтобы возмещать его утечки, тогда как сварочный бокс отсека II напрямую снабжается гелием высокой степени чистоты.The helium used in various compartments comes from a helium purification (recycling) station pumped out of the protective chamber to maintain reduced pressure in the above chamber, and from a fresh helium source to compensate for leaks, while the welding compartment of compartment II is directly supplied with high helium degree of purity.
Существует вариант, предусматривающий снабжение отсека I гелием с целью изготовления МОХ-топлива для кипящих реакторов.There is an option that provides compartment I with helium for the purpose of manufacturing MOX fuel for boiling reactors.
б. Продукция и технические условия (не ограничивающие)b. Products and specifications (non-limiting)
электродом в среде
инертного газа (TIG)tungsten arc welding
electrode in the medium
inert gas (TIG)
очистки, сварки и проверки на
загрязнение соответственно, Бк/дмα-contamination of the loading compartments,
cleaning, welding and checking for
pollution, respectively, Bq / dm
<103, 102-101, <1
<10 3 , 10 2 -10 1 , <1
стержней, Бк/дм2 на пробе-мазкеsticky tolerated α-pollution
rods, Bq / dm 2 on the smear test
<1
<1
Claims (19)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005123357/06A RU2295786C2 (en) | 2002-12-24 | 2002-12-24 | Method and device for producing uncontaminated mox fuel rods |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005123357/06A RU2295786C2 (en) | 2002-12-24 | 2002-12-24 | Method and device for producing uncontaminated mox fuel rods |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005123357A RU2005123357A (en) | 2006-01-20 |
RU2295786C2 true RU2295786C2 (en) | 2007-03-20 |
Family
ID=35873248
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005123357/06A RU2295786C2 (en) | 2002-12-24 | 2002-12-24 | Method and device for producing uncontaminated mox fuel rods |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2295786C2 (en) |
-
2002
- 2002-12-24 RU RU2005123357/06A patent/RU2295786C2/en active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005123357A (en) | 2006-01-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3661873B2 (en) | Container for transportation and storage of spent nuclear fuel | |
US7509731B2 (en) | Method and device for manufacturing non-contaminated MOX fuel rods | |
KR101596431B1 (en) | Nuclear reactor green and sintered fuel pellets, corresponding fuel rod and fuel assembly | |
RU2012108375A (en) | METHOD FOR OPERATING A NUCLEAR REACTOR WITH WATER UNDER PRESSURE TO ACHIEVE A CYCLE WITH EQUILIBRIUM PLUTONIUM CONCENTRATION | |
JP2009534678A (en) | Cask for loading at least one nuclear fuel assembly into a container, capturing means, and loading method | |
US3878040A (en) | Failed fuel detector | |
CN105070337A (en) | Spent fuel storage system with interpolating type neutron absorption device | |
RU2295786C2 (en) | Method and device for producing uncontaminated mox fuel rods | |
JP2006512566A5 (en) | ||
RU2126560C1 (en) | Device and method for introducing plug in tube of nuclear fuel rod can | |
JPS5972085A (en) | Nuclear fuel element and its manufacture | |
US20060188053A1 (en) | Method and device for loading nuclear fuel pellets | |
JP5947733B2 (en) | Fast reactor core | |
JP5907583B2 (en) | Recycling method of reactor control rod | |
KR102601360B1 (en) | Modular Basket Assembly for Fuel Assemblies | |
RU2605540C2 (en) | Method for automatic decontamination of rod fuel elements and device therefor | |
JPH05172995A (en) | Compressing treatment of radioactive waste and device thereof | |
RU2155394C1 (en) | Fuel element inspection and rejection unit | |
RU2229177C2 (en) | Method and process line for removing cladding from fuel element | |
Bader et al. | A Study of Transfer of UNF from Non-Disposable Canisters–15388 | |
US20130170600A1 (en) | Post-accident fission product removal system and method of removing post-accident fission product | |
US3116211A (en) | Method and apparatus for examining fuel elements for leakage | |
Mayorshin et al. | Experience on Development and Production of Vibropac MOX Fuel for Fast Reactors | |
CN117238542A (en) | Aging state evaluation method for spent fuel neutron absorption material and storage grillwork thereof | |
Goldmann et al. | Neptunium Oxide Target Fabrication Facility Considerations for the Production of Plutonium‐238 |