JPS63235900A - 使用済み燃料組立体のクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １嵐公立 本発明は、大略、原子炉において使用した後に脱装され
た使用済み燃料組立体をクリーニングする方法に関する
ものである。更に詳細には、本発明は、燃料組立体がウ
ラニウム及び／又はプル１〜ニウム又は金属ウラニウム
／プルトニウム合金の酸化物及び炭化物からなるグルー
プから選択した使用済み核分裂性物質を有しており且つ
放射性アルカリ金属で汚染された使用済み燃料組立体を
クリーニングする方法に関するものである。

丈釆抜権 典型的なブリーダーリアクター即ち増殖炉は冷却剤とし
てアルカリ金属を使用する。増殖炉の動作において、−
次冷却剤がポンプによって燃料組立体のコアを介して且
つ次いで熱交換器を介して循環され、該熱交換器から二
次冷却剤によって間接的な熱交換によって熱エネルギを
抽出する。該−次冷却剤は、該コアを介して通過する場
合に成る量の放射性をピックアップする。この一部冷却
剤と接触する全ての部品も放射性成分で汚染されること
となる。従って、使用後に脱装したこの様な冷却剤と接
触された全ての部品は、高度に放射性の冷却剤を除去す
るのみならず放射性汚染物をも除去する為にクリーニン
グされねばならない。

この様な部品をクリーニングする為に使用される方法の
１つは、それらをアルコール等の有機溶媒か又は水で洗
浄することである。この方法の欠点は、大量の液体低レ
ベル放射性廃棄物を発生させることと、それに伴いそれ
を貯蔵し且つ廃棄することの問題である。

別の従来技術としては、アルカリ金属及び放射性成分を
揮発させるのに十分な温度へ汚染した部品を加熱するこ
とである。

更に、アルカリ金属蒸気及び放射性成分を除去する為に
真空に維持された室内にこれらの汚染部品を配置させる
ことも提案されている。

増殖炉から取り出された燃料組立体は特に独特の問題を
提供している。例えば、使用中に、燃料組立体を有する
個別的な燃料ピンの幾つかのクラツディングに亀裂が入
ったり又は破壊されたりしてアルカリ金属の幾らかが個
別的なピンのクラツディング内に浸透することがある。

更に、使用後に、使用済み燃料組立体は、通常崩壊熱と
して言及される幾らかの熱を発生し続ける。従って、燃
料組立体を真空中に位置させた場合には、個々のピンは
より放射性の物質を開放することにより。

未だそのままのこれらのピンのクラツディングを破壊す
るのに十分な熱を発生させることが可能である。明らか
に、外部的な熱を使用することも同様に適用不可能であ
る。明らかに、アルカリ金属冷却剤と接触された使用済
み燃料組立体のクリーニングへ適用する独特の手法に対
する必要性が存在している。

目　　　的 本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、上述
した如き従来技術の欠点を解消し、使用済み燃料組立体
をクリーニングする為に特に適用可能なりリーニング及
び汚染除去方法を提供することである。

本発明の別の目的とするところは、汚染物を除去する上
で経済的であると共に効率的なこの様な燃料組立体をク
リーニングする方法を提供することである。

本発明の更に別の目的とするところは、燃料組立体の崩
壊熱から発生する温度上昇を受は入れることの可能なこ
の様なりリーニング方法を提供することである。

本発明の更に別の目的とするところは、熱及び真空の組
合せを使用する燃料組立体クリーニング方法を提供する
ことである。

本発明の更に別の目的とするところは、アルカリ金属及
び放射性汚染物のない排出ガスであって付加的なりリー
ニングの為に再使用することの可能な排出ガスを発生さ
せる方法を提供することである。

遭−」又 本発明は、放射性アルカリ金属で汚染された燃料組立体
の汚染を除去する方法を提供するものである。典型的に
、燃料組立体は使用済み核分裂性物質を包含する複数個
の長尺の金属ピン又は管を有している。本発明は、特に
、ウラニウム及び／又はプルトニウムの炭化物及び酸化
物から構成されるグループから選択され且つ再処理され
る核分裂性物質を収容する燃料組立体に適用可能である
。

本方法は複数個の逐次的なステップを有している。

第１に、燃料組立体を密封室内に配置させる。加熱不活
性ガスを酸室を介して通過させて、該燃料組立体を、ア
ルカリ金属を蒸発させるのに十分であるが個々の金属ピ
ンの構成的保全性乃至は一体性に影響を与える程は高く
ない温度へ加熱する。

その後に、酸室を約０．Ｏ５ｍｍＨｇ未満、好ましくは
０．００５ｍｍＨｇ未滴の圧力へ排気させ且つ燃料組立
体の温度が金属ピンの構造的保全性に影響を与えること
のあるレベル、典型的には約１゜ＯＯＯ″Ｆへ増加する
迄、その圧力に維持させる。

その時に、酸室及び燃料組立体を介して低温の不活性ガ
スを導入させて該燃料組立体の温度を典型的には約８０
０’　Ｆの安全なレベルへ戻すべく低下させる。この排
気ステップ及び冷却ステップは所要の回数だけ繰り返し
て行ない、実質的に全ての放射性アルカリ金属を除去す
ることを確保する。

次いで、汚染を除去した燃料組立体を酸室から取り除き
、それは化学再処理センターへ配送するのに適している
。

本発明の成る好適実施例に従うと、使用する不活性ガス
はアルゴンで、且つ該密封室から除去されるガスを冷却
剤と間接的な熱交換関係で通過させて、その中に包含さ
れている全ての蒸発したアルカリ金属を凝縮させ且つ除
去する。典型的には、該冷却剤は、アルカリ金属に関し
て不活性なもので、典型的にはアルコール又はその他の
有機液体である。

本発明の別の実施例に従えば、排気される場合に酸室か
除去されるガスも低温トラップを介して通過させ、該ガ
スから全ての残存する放射性アルカリ金属の実質的に完
全な除去を確保する。典型的に、該アルカリ金属はナト
リウム、又はナトリウムとポタシウムとの混合物である
。

本発明の方法は、不活性ガス雰囲気中に維持されており
且つ通常燃料組立体を除去する原子炉に隣接して位置さ
れている燃料貯蔵建造物において使用するのに特に適し
ている。この様な適用において、該施設内の不活性ガス
は、加熱及び冷却の為に使用することが可能であり、且
つナトリウム又はその他のアルカリ金属の除去の為に処
理の後に、この様な貯蔵建造物内に設けられている現存
のガスクリーニング施設内へ導入させることが可能であ
る。

尖１涯 以下、添付の図面を参考に１本発明の具体的実施の層様
に付いて詳細に説明する。

本発明は、増殖炉から取り外した燃料組立体の為に独特
に適した燃料組立体の汚染を除去する方法を提供してい
る。増殖炉において、典型的には、ナトリウム、カリウ
ム又はその混合物である冷却剤を原子炉コアを介して循
環させ、そこでそれを加熱し且つその後に該熱を該冷却
剤から抽出する。

該原子炉コアは、それを介して冷却剤を循環させる為の
通路を具備する燃料組立体のアレイを有している。各燃
料組立体は、複数個の燃料ピンから構成されている。該
燃料ピンは、典型的には、長尺のステンレススチールの
シリンダー乃至は管で。

それは各端部が密封されており且つ、その長さのかなり
の部分に渡って、燃料ペレットを収容している。該ピン
の外側金属部分は、通常、クラツディングと呼称される
。通常、該燃料ペレットは、ウラニウム及び／又はプル
１−ニウムの酸化物又は炭化物から形成されており、該
ウラニウムの幾らかは高速中性子への露呈によって使用
中にプルトニウムへ変換される場合がある。

使用中に、アルカリ金属冷却剤が金属管内で漏れる様な
亀裂や破壊が個々の燃料ピンに発生することは希ではな
い。もちろん、このことはクリーニングを複雑化させる
。増殖炉からの燃料を再処理する為に、全てのアルカリ
金属を除去することが必要である。何故ならば、アルカ
リ金属は爾後の化学再処理に悪影響を与えるからである
。更に、使用中に、アルカリ金属は放射性汚染物をピッ
クアップし、それが除去されない場合には、燃料組立体
の取扱及び配送を複雑化させることがある。

通常、増殖炉施設は、典型的にはアルゴンガスである不
活性雰囲気中に維持される隣接する燃料貯蔵建造物を包
含している。原子炉内にロードすべき新たな燃料組立体
及び原子炉から取りだされるべき使用済み燃料組立体は
、この様な施設内に一時的に格納される。この様な環境
において使用するのに特に適していることが本発明の効
果の１つである。

図面を参照すると、本発明の方法を実施する為の装置１
０の構成が示されている。ユ装置は、使用済み燃料組立
体１４を包含する密封室１２を有している。燃料組立体
１４はバッフル部材１６上に載置されており且つそれを
介して延在している。

バッフル部材１６は、燃料組立体１４の外側周辺部と係
合して、室１２の上部部分１８に流入するガスが燃料組
立体１４を介して且つ室１２の下部部分２０内へ流動せ
ねばならないことを確保している。室１２の下部部分２
０には再循環アウトレジ１〜導管２４が設けられており
、該導管はブロワ−２６と流体連結しており、該ブロワ
−はバッフル部材１６の上方に位置されている再循環イ
ンレット導管２８内へ放出させる。好適なことであるが
、導管２８にも電気ヒータ３０が設けられている。ブロ
ワ−２６は、磁気カップリング３４を介してブロワ−２
６へ相互接続されているモータ３２によって駆動される
。典型的に、ブロワ−２６から磁気カップリング３４へ
熱を伝達することを防止する何等かの手段も設けられて
いる。図示した如く、このことは、それを介しての冷却
用流体の流れに対してのインレット及びアウトレットを
具備した冷却用ジャケット３６によって達成される。

室１２は、又、上部部分１８内の室１２内へ不活性ガス
を導入する為の導管３８及び弁４０を有している。任意
の不活性ガスを使用することが可能であり、典型的には
不活性ガスはアルゴンであり、特に本発明方法がアルゴ
ンの不活性雰囲気中に維持される燃料貯蔵セル内におい
て実施される場合においてそうである。室１２の上端部
には、室１２の上部部分１８から流出するガスを凝縮器
４４へ導通させる為の放出導管４２が設けられている。

凝縮器４４は、それを介して通過するガス内に包含され
ている全てのナトリウム蒸気を凝縮させる為に内部冷却
用コイル４６を介して冷却剤を通過させる為の手段を有
している。通常、該冷却剤は、漏れの場合に何等かの作
用が発生することを防止するために、アルカリ金属に関
して不活性な有機流体である。凝縮器４４は、更に、凝
縮したアルカリ金属冷却剤の回収の為に液溜部分４８を
有している。導管５０は、凝縮器４８と低温トラップ５
２との間の流体連結を与えており且つバイパス導管５４
を与えている６ 低温トラップ５２の下流側には２つの真空ポンプ５６及
び５８が設けられている。ポンプ５６及び５８は、導管
及び弁６０．６１．６２を介して低温トラップ５２と流
体連結されている。ポンプ５８には、又、放出導管６４
が設けられている。

本発明方法の実施によれば、燃料組立体１４を室１２内
に配置させ、酸室を密封する。典型的にはアルゴンであ
る不活性ガスは導管３８及び弁４０を介して室１２内へ
導入される。通常、使用済み燃料組立体１４は約４００
＠Ｆ　（２０４℃）の初期温度を持っている。

パワーがモータ３２へ供給され、該モータは磁気カップ
リング３４を介してブロワ−２６を駆動して、導管２４
を介して室１２の下部部分２０から導管２８を介して室
１２の上部部分１８へ帰還させてアルゴンの循環を行な
わせる。パワーは、又、燃料組立体の温度が約８００°
Ｆへ上昇する迄電気ヒータ３０へ供給される。

燃料組立体を所望の温度へ加熱した後に、該電気ヒータ
へのパワーを遮断し、弁６１を開放し且つ真空ポンプ５
８を始動させる。典型的に、真空ポンプ５８は、ドライ
な往復型真空ポンプであり、大気圧か約１０１１■Ｈｇ
の室圧力へ減少させるのに十分な時間に渡って動作され
、その時間中に、ブロワ−２６は動作状態に維持される
。その後に、二次真空ポンプ５６（典型的には、オイル
シール型回転ポンプ）が始動される。弁５２及び６２が
開放され且つ弁６１が閉止される。次いで、室圧力を１
０ｍｍＨｇから少なくともＱ、Ｑ５ｎ＋ｍＨｇへ減少さ
せる。好適には、二次真空ポンプ５６を、室１２内の圧
力が０．００５ｎ＋ｍＨｇ未満へ減少される迄、動作さ
せる。この時間中に、ブロワ−２６は不動作である。

真空乾燥時間中に、ガス及び流入したナトリウム蒸気は
導管４２を介して引き出され且つ凝縮器４４内において
冷却される。導管５０を介して流出する全ての残留ナト
リウム蒸気は低温トラップ５２において除去される。凝
縮されたナトリウムは後の時間において回収することが
可能である。

典型的に、このことは、例えば、冷却剤温度を増加させ
てナトリウムを溶融させ次いでそれを液溜４８から排出
させることによって、凝縮器４４内において達成される
。真空乾燥時間の間、燃料組立体温度は、崩壊熱の為に
上昇し続ける。その温度が通常約１，０００″Ｆである
個々の燃料ピンのクラツディング用の最大安全温度に到
達すると。

真空処理が停止される。

弁６０．６１，６２が閉塞され且つポンプ５６及び５８
がターンオフされる。弁４０が開放し且つ室１２は導管
３８を介してアルゴンガスで１気圧へ充填される。室１
２をガスで充填した後、弁４０を閉塞し且つ弁５５を開
放する。パワーをモータ３２へ供給してブロワ−２６を
駆動し、且つアルゴンガスの大部分は、弁５５及び導管
５４を介して且つ凝縮器４４及び導管４２を介して室１
２内へ逆方向へ循環される。この逆方向循環の原因は、
導管２８内のヒータ３０の存在によって発生される背圧
である。一方、もちろん、全てのガスが導管５４を介し
て循環されることを確保する為に、ヒータ３０の下流側
で導管２８に弁を設けることが可能である。燃料組立体
の温度が典型的には８００＠Ｆ以下である所望のレベル
へ減少される迄、該ガスは室１２及び燃料組立体１４を
介して循環される。該真空処理及び冷却動作は所要の回
数繰返し行なわれて、実質的に完全な放射性アルカリ金
属汚染物の除去を確保する。所要の繰返しの数は、実験
によって容易に決定することが可能である。理解される
如く、付加的な冗長用のガスクリーニング技術と共に、
圧力センサ、温度センサ、等のその他の種々の弁又は装
置が通常組み込まれる。

以上１本発明の具体的実施の態様に付いて詳細に説明し
たが１本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきもの
では無く、本発明の技術的範囲を逸脱すること無しに種
々の変形が可能であることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

添付の図面は１本発明の実施に使用する装置の構成を示
した概略図である。 （符号の説明） １２：密封室 １４：使用済み燃料組立体 ２６：ブロワ− ４４：凝縮器 ５２：低温トラップ ５４：バイパス導管 特許出願人　　　　ロックウェル　インターナショナル
　コーポレーショ ン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、各組立体が使用済み核分裂性物質を包含する複数個
   の金属ピンを有しており放射性アルカリ金属で汚染され
   ている燃料組立体の汚染を除去する方法において、 ａ）密封室内に前記燃料組立体を配置し、 ｂ）前記室を介して加熱した不活性ガスを通過させて前
   記燃料組立体を前記アルカリ金属の揮発を起こさせるの
   には十分であるが前記金属ピンを損傷するには不十分な
   温度へ加熱し、 ｃ）前記室を０．０５ｍｍＨｇ未満の圧力へ排気させて
   前記アルカリ金属の揮発を更に向上させ且つ前記核分裂
   性物質の崩壊熱が前記燃料組立体の温度を前記金属ピン
   の保全性に悪影響を波及する様なレベルへ増加させる迄
   前記室をその圧力に維持し、 ｄ）前記室を介して冷却不活性ガスを通過させることに
   よって前記燃料組立体を冷却して前記燃料組立体の温度
   を所望のレベルへ減少させ、且つ前記排気ステップと冷
   却ステップとを所要の回数繰返し行なって実質的に全て
   の放射性アルカリ金属を除去することを確保し、 ｅ）前記室から汚染除去した燃料組立体を回収する、 上記ステップを有することを特徴とする方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記ステップｃ）
   乃至ｄ）において前記密封室から排出されるガスを冷却
   剤と間接的な熱交換関係で通過させて、それから全ての
   蒸発したアルカリ金属を凝縮させて除去することを特徴
   とする方法。 ３、特許請求の範囲第２項において、前記ステップｃ）
   からの前記ガスを更に低温トラップを介して導通させて
   前記ガスからの全ての残存する放射性アルカリ金属の実
   質的に完全な除去を確保することを特徴とする方法。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記密封室は、不
   活性雰囲気中に維持されている燃料蓄積建造物内に位置
   されていることを特徴とする方法。 ５、特許請求の範囲第１項において、前記アルカリ金属
   がナトリウムであることを特徴とする方法。 ６、特許請求の範囲第１項において、前記アルカリ金属
   がナトリウムとポタシウムとの混合物であることを特徴
   とする方法。 ７、特許請求の範囲第１項において、前記ステップｃ）
   において、前記室を約０．００５ｍｍＨｇ未満の圧力へ
   排気させることを特徴とする方法。 ８、特許請求の範囲第１項において、前記汚染のない燃
   料組立体をそれから核分裂性物質を回収する為に処理す
   ることを特徴とする方法。 ９、各燃料組立体が炭化物及び酸化物からなるグループ
   から選択した使用済み核分裂性物質を包含する複数個の
   金属ピンを有しており放射性アルカリ金属で汚染された
   燃料組立体の汚染を除去する方法において、 ａ）前記燃料組立体を密封室内に配置させ、ｂ）加熱し
   た不活性アルゴンガスを前記室を介して通過させて前記
   燃料組立体を約８００°Ｆの温度へ加熱させ、 ｃ）前記室を約０．０５ｍｍＨｇ未満の圧力へ排気させ
   且つ前記燃料組立体の温度が約１，０００°Ｆとなる迄
   前記室をその圧力に維持し、 ｄ）前記室及び前記燃料組立体を介して冷却用不活性ア
   ルゴンガスを通過させて前記燃料組立体の温度を約８０
   ０°Ｆへ減少させ、 ｅ）前記ステップｃ）乃至ｄ）を所要回数繰返し行なっ
   て前記放射性アルカリ金属を実質的に全て除去すること
   を確保し、 ｆ）前記室から汚染除去した燃料組立体を回収する、 上記各ステップを有することを特徴とする方法。 １０、特許請求の範囲第９項において、上記ステップｃ
   ）乃至ｄ）において前記密封室から排出されるガスを冷
   却剤と間接的な熱交換関係で通過させてそれから蒸発し
   たアルカリ金属を凝縮させ且つ除去させることを特徴と
   する方法。 １１、特許請求の範囲第１０項において、前記ステップ
   ｃ）からのガスを更に低温トラップを介して導通させて
   、前記ガスからの全ての残存する放射性アルカリ金属の
   実質的に完全な除去を確保することを特徴とする方法。 １２、特許請求の範囲第９項において、前記密封室は、
   不活性雰囲気中に維持されている燃料貯蔵用建造物内に
   位置されていることを特徴とする方法。 １３、特許請求の範囲第１１項において、前記アルカリ
   金属はナトリウムであることを特徴とする方法。 １４、特許請求の範囲第１１項において、前記アルカリ
   金属はナトリウムとポタシウムとの混合物であることを
   特徴とする方法。 １５、特許請求の範囲第１１項において、前記ステップ
   ｃ）において、前記室を約０．００５ｍｍＨｇ未満の圧
   力へ排気させることを特徴とする方法。 １６、特許請求の範囲第１５項において、前記汚染のな
   い燃料組立体をそれから核分裂性物質を回収する為に処
   理することを特徴とする方法。