SE423655B

SE423655B - Method of converting particulate radioactive material into a solid body

Info

Publication number: SE423655B
Application number: SE8003698A
Authority: SE
Inventors: H Larker; R Tegman
Original assignee: Asea Ab
Priority date: 1980-05-19
Filing date: 1980-05-19
Publication date: 1982-05-17
Also published as: SE8003698L

Abstract

Method of converting a radioactive material in particle form into a dense block by enclosing the particulate material 6 in a redundant container. This is constructed of several sheet metal capsules 1, 7, 10, previously arranged one in the other and each one closed by a lid 1b, 7c, 10c. In order to provide suitable placement of weld seams 2, 8, 11 for remote-controlled welding, intermediate spaces 9 are formed between the lids of the capsules. These are filled with a powder, advisedly a spherical steel powder, or with appropriately configured pieces of steel, which reduce the deformations of the lid 1b, 7c, 10c and, thus, the risk of ruptures and leaks when the assembled capsule is put under pressure. The risk of leaks forming in all the capsules 1, 7, 10 is very low and so is the risk of contamination of the press equipment. <IMAGE>

Description

15 20 _25 55 so0ss9a-1. 15 20 _25 55 so0ss9a-1.

Uppfinningen avser ett sätt att omvandla ett partikelformigt eller styck- formigt radioaktivt material såsom bitar av kapslingsrör och en blandning av radioaktivt material och ett mot vattanutlösning beständigt material i partikelform så att en tät kropp bildas. Omvandlingen åstadkommas genom att i en behållare inneslutet pulver utsättas för hög temperatur och högt tryck. Risk för kontaminering av en ugn och dess gasförsörjningssystem kan uppstå om tryckgas skulle läcka in i kapseln och vid tryckavlastningen efter pressningen blåsa ut radioaktivt material ur behållaren. Enligt upp- finningen utföres behållaren redundant så att risken för läclcning under pressningen i allt väsentligt elimineras. Det radioaktiva materialet inne- slutes i iförväg samnansatt behållare av två eller flera utanpå. varandra placerade plåtkapslar. Kapslarna har en utformning som möjliggör påsvets- - ning av separata lock i tur och ordning med enkla metoder som möjliggör fjärrmanövrering. Arbetet i den "heta cell" där fyllningen och förseglings- svetsningen måste utföras är utomordentligt besvärligt då högaktivt avfall behandlas. Denna cell måste med, hänsyn till den höga strålningsintensiteten hos det aktiva materialet omges av strålningsabsorberande väggar. Betong- väggar med en tjocklek av upp till 2 m kan fordras .I Det är därför ytterst betydelsefullt med den förenkling som de föreslagna, förberedda flerskikts- behållarna utgör. Utrymmen som bildas mellan behållarens kapslar, främst f mellan looken fylles lämpligen med ett sfäriskt stålpulver som kan packas till 65-70 % av den teoretiska tätheten. Metallstycken kan också användas.The invention relates to a method of converting a particulate or piece-shaped radioactive material such as pieces of encapsulation tube and a mixture of radioactive material and a water-resistant material in particulate form so that a dense body is formed. The conversion is effected by exposing the powder enclosed in a container to high temperature and high pressure. There is a risk of contamination of an oven and its gas supply system if compressed gas leaks into the canister and, during the pressure relief after pressing, blows out radioactive material from the container. According to the invention, the container is made redundant so that the risk of leakage during pressing is essentially eliminated. The radioactive material is enclosed in a pre-assembled container of two or more on the outside. placed metal capsules. The capsules have a design that enables welding of separate lids in turn with simple methods that enable remote operation. The work in the "hot cell" where the filling and sealing welding must be carried out is extremely difficult when high-level waste is treated. Due to the high radiation intensity of the active material, this cell must be surrounded by radiation-absorbing walls. Concrete walls with a thickness of up to 2 m may be required .I It is therefore extremely important with the simplification that the proposed, prepared multilayer containers constitute. Spaces formed between the capsules of the container, mainly f between the look, are suitably filled with a spherical steel powder which can be packed to 65-70% of the theoretical density. Metal pieces can also be used.

Denna fyllning minskar deformationen avpden yttre kapseln och därmed risken för bildning av läckor. Det är fördelaktigt att utföra kapslarna så att av- ståndet mellan svetsarna., som sammanfogar en kapsels huvuddel och lock komer att befinna sig på relativt stort avstånd från en annan kapsels motsvarande svetsar. Den första kapseln kan förses med ett koppformat lock som skjutes ner i kapselns huvuddel och den andra kapseln med. ett hattformat lock som skjuter ett stycke ner över den första kapseln. Den första kapseln, vanligen dess lock, kan på. i och för sig lsänt sätt förses med ett e-vakueringsrör som efter evakuering tillslutes och omges av en. med pulver fylld huv som gstätt anslutas till kapseln. Kapslamas upptill öppna huvuddelar är införda i var- enas-e före :fyllningen ev 'det perﬁikulare meterielet. Dette irynee via me- temperatizr. Likaså påsättes och svetsas looken samman med huvuddelarna. vid rumstemperatur eller relativt låg temperatur. Detta och en ur svetssynpunkt lämplig placering av skarvställen underlättar svetsningen och bidrar till att täta svetsar kan åstadkommas.This filling reduces the deformation of the outer capsule and thus the risk of leaks. It is advantageous to design the capsules so that the distance between the welds, which join the main part and lid of one capsule, will be at a relatively large distance from the corresponding welds of another capsule. The first capsule can be provided with a cup-shaped lid which is pushed down into the main part of the capsule and the second capsule with. a hat-shaped lid that slides a bit down over the first capsule. The first capsule, usually its lid, can be put on. in itself sent is provided with an e-evacuation tube which after evacuation is closed and surrounded by a. with powder-filled hood that is tightly connected to the capsule. The open body parts of the capsules are inserted into each other before the filling or the pericular material. This irynee via me- temperaturizr. The look is also applied and welded together with the main parts. at room temperature or relatively low temperature. This and a weld point placement that is suitable from a welding point of view facilitates welding and contributes to the fact that tight welds can be achieved.

Ett problem vid inkapsling av radioaktivt material är att materialet i många fall har sådana paclomingsegenskaper att fyllfaktorn vid enkel ifyllning blir 10 15 25 55 5 8003698-1 låg. Den härav föranledde. stora deformationen vid pressningen medför att en kapsel kan fomförändras och t ex böjas. Ett sätt att minska risken för denna oönskade fozmförändring kan förenas med det föreslagna redundanta kapslingssystemet. Kapslarnas ändpartier utformas på sådant sätt att de deformeras lättare än mittpartiet. En viss axiell sammanpressning kan då erhållas vid trycksättningens början. Denna axiella sammanpressning min- skar den radiella sanzmanpressningen, något som bidrar till minskad risk för en deformation som ennebär krölcning av kapseln. För att erhålla. den önskade effekten kan gavlarna vara utåt konvexa och korrugerade som mem- bran.A problem with encapsulation of radioactive material is that the material in many cases has such pacloming properties that the filling factor with simple filling becomes low. It caused this. The large deformation during pressing means that a capsule can be deformed and, for example, bent. One way to reduce the risk of this unwanted fozm change can be combined with the proposed redundant enclosure system. The end portions of the capsules are designed in such a way that they deform more easily than the middle portion. A certain axial compression can then be obtained at the beginning of the pressurization. This axial compression reduces the radial sanzman compression, which contributes to a reduced risk of a deformation which entails curling of the capsule. To obtain. the desired effect, the ends can be outwardly convex and corrugated as membranes.

Uppfinningen beskrives närmare under hänvisning till bifogade figurer 1-5 som visar ett antal alternativa utföringsformer för de i sättet använda kapslarna.The invention is described in more detail with reference to the attached figures 1-5 which show a number of alternative embodiments for the capsules used in the method.

De i figurezma visade behållarns. är samtliga uppbyggda av en första inre kap- sel, en andra kapsel som omger denna och ytterligare en tredje yttre kapsel.Those in figurezma showed the container. are all made up of a first inner capsule, a second capsule surrounding it and another third outer capsule.

Samtliga är utförda med en upptill öppen huvuddel som tillslutes med ett lock.All are made with an open main part at the top which is closed with a lid.

Kapselns huvuddel och lock är så. utförda att de kan förenas genom svetsning med ett kantförband som ger goda möjligheter att åstadkomma en gastät svets- fog.The main part and lid of the capsule are as follows. made that they can be joined by welding with an edge joint that provides good opportunities to achieve a gas-tight weld.

I utförandet enligt fig 1 består den inre kapseln 1 av en helt cylindrisk huvuddel 1a som är tillsluten upptill av ett koppformat lock 1b. Delarna är sammanfogade med ett kantförband 2. Denna kapsels lock 1b är försett med en evakueringspip 5 som efter evakuering av kapseln tillslutits genom hoppress- ning och tätsvetsning. Denna evakueringspip är omgiven av en huv 4. Utrymmet 5 mellan pipan 3 och huven 4 är fyllt med ett metallpulver som minskar defor- mationen av huven 4 vid pressningen och därigenom minskar risken för sprick- bildníng med läckrisk som följd. Denna inre kapsel 1 är fylld med det partikel- formade materialet 6 som innehåller kärnbränsleavfall. En andra kapsel 7 be- står av en huvuddel 'la som är försedd med en utåtriktad fläns 7b och ett hatt- format lock 7c med en utåtriktad fläns 7d. Dessa flänsar 'ïb och 7d är förenade med ett kantförband 8. Utrymmet 9 mellan locken 1b och 7c är fyllt med ett pulver, exempelvis ett sfäriskt rostfritt stålpulver. Detta pulver har till uppgift att minska defomationenxa av locket 7c vid pressningen och därigenom minska riskerna för att svetsen 8 eller locket 7c brister och läckor uppstår.In the embodiment according to Fig. 1, the inner capsule 1 consists of a completely cylindrical main part 1a which is closed at the top by a cup-shaped lid 1b. The parts are joined together with an edge joint 2. The lid 1b of this capsule is provided with an evacuation spout 5 which, after evacuation of the capsule, has been closed by compression and sealing. This evacuation pipe is surrounded by a hood 4. The space 5 between the pipe 3 and the hood 4 is filled with a metal powder which reduces the deformation of the hood 4 during pressing and thereby reduces the risk of cracking with risk of leakage as a result. This inner capsule 1 is filled with the particulate material 6 which contains nuclear fuel waste. A second capsule 7 consists of a main part 1a which is provided with an outwardly directed flange 7b and a hat-shaped lid 7c with an outwardly directed flange 7d. These flanges 1b and 7d are connected by an edge joint 8. The space 9 between the lids 1b and 7c is filled with a powder, for example a spherical stainless steel powder. The purpose of this powder is to reduce the defomation axis of the lid 7c during pressing and thereby reduce the risks that the weld 8 or lid 7c will rupture and leak.

En tredje kapsel 10 består av en huvuddel 10a med en fläns 10b och ett hatt- format lock 10c med en fläns 10d. Dessa flänsar 10b och 10-d är förenade med ett kantförband 11. Genom detta kapselutförande erhålles mycket god redundans. 10 15 20 25 50 55 laoozses-1 Genom tre barriärer är risken för lackning och risken för en på. grund av läck- ning misslyckad pressning mycket liten. Risken för att radioaktivt material på grund av läsk-ning skall kunna komma ut och förorena en tryckugn är i allt väsentligt elimineraa. ' I utförandet enligt fig 2 är den inre kapseln 21 utförd med en helt cylindrisk huvuddel 21a och ett koppfonnat lock 21b som är saznmanfogade med ett kantför- band 22. De yttre kapslarna 23 och 25 är utförda med en huvuddel 23a respektive 25a. och med koppformade lock 23b respektive 25b som är sammanfogade med kant- förband 24 respektive 26. För att plats skall finnas för att svetsa kantför- banden är kapslar-nas huvuddelar 23a respektive 23b försedda. med utkragningar 23o respektive 25c. Mellenrummen 27 och 28 mellan looken 23b och 25b är fyllda. med stålpulver som begränsar pdeformationerna. ' I utförandet enligt fig 3 är den yttre kapselns huvuddel 30a helt cylindrisk och försedd med ett koppformat lock_31'n_. Dalen 31a och locket 31b är förenade med en svets i form av ett kantförband 32. De inre kapslarnas huvuddelar 33a respektive _ 35a är upptill utformade med insnömingar 33o och 350 så. att ett spel uppstår mot omgivande kapsel så att plats finns för sammansvetsning av kapseldelarna 333, respektive 35a med de koppfcrmade looken 33b och 35b med kantförband 34 och 36. Mellanrummen 37 och 38 mellan looken 33b och 35b är fyllda med stálpulver för minskning av defozmationer. I Utförandet enligt fig 2 är gynnsamt ur fyllningssynpunkt genom att öppningen upptill är stor och god möjlighet att packa pulvret 6 finnes. Däremot får man dött utrymme i ugnen. Utförandet enligt fig 3 ger bättre utnyttjning av ugnen men sämre förhållanden vid ifyllning och packning av pulver. varianten enligt fig 4 är också utförd så. att utrymmet i en tryckugn kan ut- * nyttjas maximalt. Samtliga kapslars huvuddelar 41a, 43e. och 4Sa är upptill utformade med insnörningar 41c, 43c och 45c samt med radiellt orienterade flänsar 41d, 43d och 45d. Den innersta kapseln 41a tillslutes genom svetsning med ett plant lock 41b med' ett kantförband 42. Den mellersta och den yttre kapseln 43a resp 45a tillslutes med hattformade lock 43b resp 4511. Dessa är försedda med radiellt orienterade flänsar 43e resp 45e som genom svetsning förenas med flänsama 43d resp 45d med kantförband 44 resp 46. Mellan kaps- larna placeras plåtringar 47 resp 48 som gör det möjligt att fylla pulver i utrymmena 49 respektive 50 innan looken 43b resp 43b anbringas. Även i detta utförande blir svetsställena ättåtkomliga så. att anslutningssvetsar kan läg- gas utan svårighet.A third capsule 10 consists of a main part 10a with a flange 10b and a hat-shaped lid 10c with a flange 10d. These flanges 10b and 10-d are connected to an edge joint 11. Through this capsule design very good redundancy is obtained. 10 15 20 25 50 55 laoozses-1 Through three barriers, the risk of varnishing and the risk of one is on. due to leakage failed pressing very small. The risk of radioactive material being able to come out and contaminate a pressure furnace due to softening is essentially eliminated. In the embodiment according to Fig. 2, the inner capsule 21 is formed with a completely cylindrical main part 21a and a cup-shaped lid 21b which are joined together with an edge joint 22. The outer capsules 23 and 25 are formed with a main part 23a and 25a, respectively. and with cup-shaped lids 23b and 25b, respectively, which are joined to edge joints 24 and 26, respectively. In order to have space for welding the edge joints, the main parts 23a and 23b of the capsules are provided. with cantilevers 23o and 25c respectively. The gaps 27 and 28 between the looks 23b and 25b are filled. with steel powder which limits the pdeformations. In the embodiment according to Fig. 3, the main part 30a of the outer capsule is completely cylindrical and provided with a cup-shaped lid_31'n_. The valley 31a and the lid 31b are connected by a weld in the form of an edge joint 32. The main parts 33a and 35a, respectively, of the inner capsules are formed at the top with indentations 33o and 350 so. that a play occurs against the surrounding capsule so that there is room for welding the capsule parts 333 and 35a, respectively, with the cup-shaped looks 33b and 35b with edge joints 34 and 36. The gaps 37 and 38 between the looks 33b and 35b are filled with steel powder to reduce defoformations. In the embodiment according to Fig. 2 it is favorable from the point of view of filling in that the opening at the top is large and there is a good possibility of packing the powder 6. However, you get dead space in the oven. The embodiment according to Fig. 3 gives better utilization of the oven but poorer conditions when filling and packing powder. the variant according to Fig. 4 is also designed as such. that the space in a pressure oven can be utilized to the maximum *. The main parts of all capsules 41a, 43e. and 4Sa are formed at the top with constrictions 41c, 43c and 45c and with radially oriented flanges 41d, 43d and 45d. The inner capsule 41a is closed by welding with a flat lid 41b with an edge joint 42. The middle and the outer capsule 43a and 45a, respectively, are closed with hat-shaped caps 43b and 4511, respectively. These are provided with radially oriented flanges 43e and 45e, respectively, which are joined the flanges 43d and 45d, respectively, with edge joints 44 and 46, respectively. Even in this embodiment, the welding points become so accessible. that connecting welds can be laid without difficulty.

Claims

8003698-1 The variant according to Fig. 5 is composed of two. bottle-shaped capsules 50 and 51. The inner capsule 50 can last. The inner capsule 50 is made with a relatively small neck 52 with a flange 55 and is closed with a lid 54 which after filling is gas-tightly joined to the flange 55 by welding. The capsule 51 is formed with an opening 55, an inclined flange 56. A lid composed of the parts 57 and 58 is adapted to the opening 55. The part 57 of the lid 57, 58 is formed with a flange 59 which, when closing the capsule 51, gas-tightly joins with flange 56 by welding. The gap between the neck 52 and the lid 57, 58 is filled with supporting metal blocks 60 which prevent excessive deformation of the lid part 57 during pressing. The bottoms of the capsule parts 50 and 51 and their upper end portions are made with annular corrugations 61 and 62 and 63 and 64, respectively. These facilitate axial compression of the capsule in the initial stage of pressing and provide a certain axial compaction which eliminates or at least reduces the distortion of the capsule. The capsule is arranged on a support ring 66. Fig. 6 shows the capsule according to Fig. 5 after pressing nizxg. The contents 65, for example scrap of encapsulation pipes, have been pressed to practically full tightness. Capsules of the type described above may have a length of between 2000 and 5000 mm and a diameter of 500-600 mm. Capsules 50 and 51 and their respective lids are joined after pressing. PATENTICRAV

A method of converting radioactive material, in particular in the case of a core-breaking cycle separated by highly active waste, by enclosing particulate matter or piece-shaped material (6) in a gas-tight container and, at the required temperature and pressure, compressing the material (6) so that it a tight body, characterized in that the particle-shaped or piece-shaped material is placed in a composite container of a first plate capsule (1) and a second plate capsule (7) enclosing it and that the first plate capsule is gas-tightly closed with a lid (1b) and that the second capsule is closed with a second lid (70).

2. A method according to claim 1, characterized in that the composite container is provided with a third capsule (10) enclosing the second capsule which is gas-tightly closed with a third lid (10c). (l 8003698-1

3. A method according to claim 1 or 2, characterized in that spaces (9) between the first and second capsule (1, 7) are filled with a powder, preferably a spherical steel powder, which reduces the deformation of the second capsules (7).

4. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the casing capsules (1, 7, 10) are made of duct material.

5. A method according to claim 4, characterized in that the first capsule (1) and its lid (1b) are made of titanium and that the second capsule a (7) and its lid are made of stainless steel.

6. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the end portions of the capsules (50, 51) are made with, for example, corrugations (61, 62, 63, 64) which facilitate axial deformation of the composite container.

7. A method according to claim 1, characterized in that the first capsule is provided with an evacuation tube (3) and that this tube is closed after evacuation of the first capsule (1), and is surrounded by a powder filling hood (4) that is tightly connected to the capsule (1).

A method according to claim 1, the first capsule (1) is provided with a cup-shaped lid (1b) and the second capsule (7) is provided with a hat-shaped lid (7c), which projects a bit down over the sides of the first capsule (1). . characterized therefrom, attden