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"Récipient de stockage final de déchets hautement radio-actifs dégageant de la chaleur".
La présente invention concerne un récipient de stockage final de déchets hautement radio-actifs dégageant de la chaleur, par exemple de produits de fission radioactifs vitrifiés remplissant des coquilles, ou des résidus du retraitement, adapté aux opérations de scellement et de tassement par compression isostatique à chaud (HIP), et comportant un récipient métallique interne de réception des déchets, avec un récipient externe à paroi épaisse également métallique entourant le récipient interne et une garniture de préférence métallique, récipient présentant les caractéristiques supplémentaires suivantes :
a) le récipient externe à paroi épaisse est constitué d'un corps de base en forme de pot avec un couver- cle amovible et susceptible d'être monté sur celui- ci, qui présente, b) un collet pénétrant à l'intérieur du récipient,
L'invention concerne, en général, l'enrobage total, compact et sans espace creux, de déchets radioactifs ou de corps moulés céramiques avec des matériaux métalliques, avec tassement simultané du matériau enrobé pour diminuer sa porosité. Pour cet usage, on connaît un bidon en cuivre massif à parois relati-
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vement épaisses, destiné à recevoir des barreaux de combustible usagés, les espaces vides existant autour des barreaux et dans le bidon étant remplis de poudre de cuivre. Ce dispositif est équipé d'un couvercle muni d'un collet et le bidon est placé dans un récipient à parois épaisses.
Le récipient ainsi équipé est ensuite soumis à une compression isostatique à chaud (HIP), d'où il résulte par suite de la pression très élevée, une liaison par frittage du couvercle avec le récipient.
Il s'est cependant avéré que, lors du processus de tassement, le couvercle peut se bosseler trop fortement et peut se rompre. Ce phénomène est consécutif à la présence inévitable d'espaces vides, qui peuvent conduire à une déformation trop importante.
Le but de la présente invention est donc d'améliorer cet état de la technique et de proposer un récipient de stockage final qui reste intact ou étanche après traitement, même après avoir été soumis à une forte pression lors du procédé HIP.
Pour résoudre ce problème, la présente invention propose un récipient de stockage final de déchets hautement radioactifs du type susmentionné, caractérisé en ce que : c) le collet est plus long que la différence de lon- gueur existant entre les faces supérieures des récipients interne et externe, d) le bord externe du couvercle porte un soufflet fixé de manière étanche au gaz, et renfermant ou recouvrant au moins en partie le collet, e) l'extrémité du soufflet dirigée vers le récipient est soudée de manière étanche au gaz, sur le corps de base à paroi épaisse, par exemple en intercalant un anneau,
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f) le soufflet est en matériau métallique et est peu stable ou facile à déformer axialement tout en pré- sentant-une résistance radiale élevée, g) on peut mettre sous vide au moyen d'un tube l'in- térieur de soufflet,
ou l'intérieur du récipient relié à celui-ci par l'intermédiaire de la fente existant entre le couvercle ou le collet dans le corps de récipient.
L'invention concerne tout particulièrement un récipient pour la réception d'une coquille comportant une tête de saisie à contre dépouille caractérisé en ce que : h) une pièce de garniture métallique dont le diamètre correspond approximativement au diamètre interne du récipient et dont la forme. correspond à celle de l'espace vide de la contre dépouille de la tête de saisie est logée dans ce dernier, i) la pièce de garniture est découpée transversalement pour permettre sa mise en place dans la contre- dépouille.
Suivant une autre caractéristique de l'invention : h) la pièce de garniture remplit la totalité de l'es- pace vide compris entre les surfaces du récipient interne et la surface interne du collet du couver- cle.
Une telle configuration, conforme à l'invention, du couvercle du récipient permet d'éviter de manière sûre toute perte d'étanchéité malgré des possibilités de déformation relativement importantes, étant donné que le soufflet peut absorber une partie importante de la déformation. Les espaces vides existant à l'intérieur du récipient peuvent aussi être avantageusement réduits au minimum. Il subsiste néanmoins toujours un espace vide résiduel, qu'il est né-
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cessaire de remplir lors de la déformation. Pour soutirer l'air inclus dans le récipient, il est prévu un tube à vide, qui permet de faire préalablement le vide dans la partie interne de celui-ci.
D'autres particularités de la présente invention seront expliquées plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente les éléments constitutifs du récipient externe à parois épaisses ; - la figure 2 représente les éléments d'une coquille destinée à être insérée dans le récipient externe, et - la figure 3 représente les récipients interne et externe au début du processus de compression isostatique à chaud.
Le dispositif représenté sur les figures 1 à 3 est soumis pour son scellement aux étapes de procédé suivantes : 1. On remplit la coquille 1, qui est par exemple en acier chrome-nickel, de déchets 2, par exemple de produits de fission vitrifiés hautement radio- actifs ayant été traités dans un laboratoire de haute activité.
2. On soude le couvercle 3 de la coquille avec un dispositif de soudage auxiliaire.
3. On fait le vide dans la coquille 1 à environ 10-2 à 10-6 mbar. l. sec au moyen d'un tube à vide qui n'est pas représenté et on le soude.
4. On décontamine la coquille 1 soudée et on la transfère dans une cellule de conditionnement.
5. On place la coquille dans un récipient externe 4 en acier de construction à parois épaisses (rap- port du diamètre externe au diamètre interne
1,28) tel que représenté sur la figure 1.
6. On place un couvercle 5 épais en même matériau sur
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le récipient 4 et on le soude par un cordon de soudure étanche dont la nature à l'intérieur de ce récipient sera-décrite--ci-dessous plus en détails.
7. On fait le vide au moyen du tube à vide 6.
8. On place le récipient rempli 4 avec son couvercle soudé 5 dans une installation de compression isos- tatique à chaud (HIP), où on lui fait subir un ré- chauffement.
9. On effectue un traiement HIP du récipient 4 repré- senté sur la figure 3 à environ 850-1000 et sous une pression extérieure, 10. d'environ 100 MPa, avec un temps de maintien d'une heure ; il s'y produit les étapes suivantes : - Recuit de l'acier, - Soudure par diffusion du couvercle épais 5 ainsi que du trou de soutirage dans le tube 6, - Amélioration de la structure de l'acier en ce qui concerne les retassures, - Suppression des espaces vides mis sous vide et ré- duits au minimum par des pièces d'équilibrage ou du matériau de remplissage, - Sortie du récipient de l'installation HIP pour usa- ge ultérieur.
Selon la figure 1, le récipient externe 4 à paroi épaisse est constitué de la partie externe cylindrique à paroi épaisse 7, d'un fond 8 et d'un couvercle 5. Pour abaisser au maximum les espaces creux à l'intérieur du récipient, le fond 8 présente, sur sa face interne, un contour 9 identique à celui du récipient interne-dans l'exemple : une coquille 1. Le couvercle 5 comporte un collet 10 muni d'une surface interne 20 adaptée au couvercle 3 de la coquille ainsi que d'un bord supérieur 11 en saillie par rapport à celui-ci. Le collet peut, pour guider son chemin de compression vers le récipient, être de forme légère-
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ment conique.
La longueur du collet doit être supérieure à la différence existant entre les dimensions de la face supérieure 12 du récipient et la face supérieure 13 du récipient interne ou de la coquille soudée 1.
Sur le collet 10 est serti un soufflet métallique 14 faisant office de membrane d'étanchéité, dont une extrémité est soudée de manière étanche au gaz sur le bord 11, tandis que l'autre extrémité peut être soudée également de manière étanche au gaz sur un anneau 15 qui, à son tour, est soudé de manière étanche sur la face supérieure 12 du récipient. Le soufflet 14 peut cependant également être soudé directement sur la face supérieure 12. Par le terme "soufflet", il faut entendre un élément à élasticité longitudinale qui allie une résistance radiale élevée et une aptitudie aisée à la déformation axiale ou longitudinale. A l'état complètement déformé, les différents plis doivent s'appliquer les uns sur les autres, de manière jointive pour réduire au maximum les espaces creux internes.
A l'état soudé, le collier 10 pénètre un peu à l'intérieur du récipient externe 7, de préférence jusqu'à s'appliquer contre la face supérieure 13 de la coquille 1 ou de son couvercle 3 (figure 3).
La coquille 12 possède normalement une tête de saisie 16 à contre-dépouille, en arrière de laquelle est formé un espace creux 17. Une pièce de garniture métallique 18 découpée transversalement dont la forme extérieure correspond à la forme de l'espace creux 17 est insérée dans ce dernier. Cette pièce est découpée en sens transversal pour permettre son insertion dans la contre-dépouille.
Selon la figure 3, le récipient externe 4 rempli et scellé de manière étanche, muni de son dis-
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positif de couvercle de configuration particulière est soumis au procédé HIP décrit en 9.
Le tassement se produit alors en deux phases :
Dans la première phase, les espaces vides incontrolables, qui s'élèvent de 5 à 10 % sont tassés, c'est-à-dire que le couvercle muni du collet 10 se déplace, et que le soufflet 14 est déformé. Dans la deuxième phase, la totalité de la capsule est tassée.
Lorsque la géométrie s'adapte de manière optimale, la face supérieure du couvercle se scelle avec la face supérieure du corps de base du récipient. Le soufflet est alors comprimé de façon telle que ses plis individuels s'appliquent les uns sur les autres, de façon jointive, c'est-à-dire que la capsule et le soufflet forment, comme déja avant la déformation, une unité fermée compacte.
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"Final storage container for highly radioactive waste releasing heat".
The present invention relates to a final storage container for highly radioactive waste releasing heat, for example vitrified radioactive fission products filling shells, or reprocessing residues, suitable for sealing operations and isostatic compression compaction at hot (HIP), and comprising an internal metal waste receptacle, with an external container with a thick metallic wall surrounding the internal container and a preferably metallic lining, container having the following additional characteristics:
a) the thick-walled external container consists of a pot-shaped basic body with a removable cover which can be mounted thereon, which has, b) a collar penetrating inside the container,
The invention relates, in general, to the total coating, compact and without hollow space, of radioactive waste or ceramic molded bodies with metallic materials, with simultaneous compaction of the coated material to reduce its porosity. For this purpose, a solid copper container with relative walls is known.
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thickly designed to receive used fuel rods, the empty spaces around the rods and in the can being filled with copper powder. This device is fitted with a lid fitted with a collar and the container is placed in a container with thick walls.
The container thus equipped is then subjected to hot isostatic compression (HIP), from which it results as a result of the very high pressure, a connection by sintering of the cover with the container.
However, it has been found that during the compaction process, the cover may dent too strongly and may break. This phenomenon is due to the inevitable presence of empty spaces, which can lead to excessive deformation.
The object of the present invention is therefore to improve this state of the art and to provide a final storage container which remains intact or sealed after treatment, even after having been subjected to high pressure during the HIP process.
To solve this problem, the present invention provides a final storage container for highly radioactive waste of the aforementioned type, characterized in that: c) the collar is longer than the difference in length existing between the upper faces of the internal containers and external, d) the external edge of the cover carries a bellows fixed in a gas-tight manner, and enclosing or covering at least partially the collar, e) the end of the bellows directed towards the container is welded in a gas-tight manner, on the thick-walled basic body, for example by inserting a ring,
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f) the bellows is made of metallic material and is not very stable or easy to deform axially while exhibiting a high radial resistance, g) the interior of the bellows can be evacuated by means of a tube,
or the interior of the container connected thereto via the slot existing between the cover or the collar in the container body.
The invention relates more particularly to a container for receiving a shell comprising an undercut gripping head characterized in that: h) a piece of metal trim whose diameter corresponds approximately to the internal diameter of the container and whose shape. corresponds to that of the empty space of the undercut of the gripping head is housed therein, i) the trim piece is cut transversely to allow it to be placed in the undercut.
According to another characteristic of the invention: h) the packing piece fills the entire empty space between the surfaces of the internal container and the internal surface of the collar of the cover.
Such a configuration, in accordance with the invention, of the container lid makes it possible to avoid any loss of sealing in a safe manner despite the relatively large possibilities of deformation, since the bellows can absorb a large part of the deformation. The empty spaces existing inside the container can also advantageously be reduced to a minimum. There remains, however, always a residual empty space, that it was born
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stop filling during the deformation. To draw the air included in the container, a vacuum tube is provided, which allows the vacuum to be created beforehand in the internal part thereof.
Other features of the present invention will be explained in more detail with the aid of the accompanying drawings, in which: - Figure 1 shows the components of the thick-walled outer container; - Figure 2 shows the elements of a shell intended to be inserted in the external container, and - Figure 3 shows the internal and external containers at the start of the hot isostatic compression process.
The device shown in FIGS. 1 to 3 is subjected for its sealing to the following process steps: 1. The shell 1, which is for example made of chrome-nickel steel, is filled with waste 2, for example highly vitrified fission products radioactive having been treated in a high activity laboratory.
2. The cover 3 of the shell is welded with an auxiliary welding device.
3. A vacuum is made in the shell 1 at approximately 10-2 to 10-6 mbar. l. dry by means of a vacuum tube which is not shown and is welded.
4. The welded shell 1 is decontaminated and transferred to a packaging cell.
5. The shell is placed in an external container 4 made of thick-walled structural steel (ratio of the external diameter to the internal diameter
1.28) as shown in Figure 1.
6. Place a thick cover 5 of the same material on
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the container 4 and it is welded by a sealed weld bead, the nature of which inside this container will be described - below in more detail.
7. A vacuum is created using the vacuum tube 6.
8. The filled container 4 with its welded lid 5 is placed in a hot isostatic compression installation (HIP), where it is subjected to reheating.
9. A HIP treatment of the container 4 shown in FIG. 3 is carried out at approximately 850-1000 and under an external pressure, 10. of approximately 100 MPa, with a hold time of one hour; the following steps take place there: - Annealing of the steel, - Diffusion welding of the thick cover 5 as well as of the withdrawal hole in the tube 6, - Improvement of the steel structure with regard to shrinkage , - Elimination of empty spaces evacuated and reduced to a minimum by balancing parts or filling material, - Removal of the container from the HIP installation for later use.
According to FIG. 1, the thick-walled external container 4 consists of the thick-walled cylindrical external part 7, a bottom 8 and a cover 5. To lower the hollow spaces inside the container as much as possible, the bottom 8 has, on its internal face, a contour 9 identical to that of the internal container - in the example: a shell 1. The cover 5 comprises a collar 10 provided with an internal surface 20 adapted to the cover 3 of the shell as well as an upper edge 11 projecting therefrom. The collar may, to guide its compression path towards the container, be of light form-
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conical.
The length of the collar must be greater than the difference between the dimensions of the upper face 12 of the container and the upper face 13 of the internal container or of the welded shell 1.
On the collar 10 is crimped a metal bellows 14 acting as a waterproofing membrane, one end of which is welded in a gas-tight manner to the edge 11, while the other end can also be welded in a gas-tight manner on a ring 15 which, in turn, is tightly welded to the upper face 12 of the container. The bellows 14 can however also be welded directly to the upper face 12. By the term "bellows" is meant an element with longitudinal elasticity which combines a high radial resistance and an easy aptitudie for axial or longitudinal deformation. In the fully deformed state, the various folds must be applied one on top of the other, in a contiguous manner to minimize the internal hollow spaces.
In the welded state, the collar 10 penetrates a little inside the external container 7, preferably until it is applied against the upper face 13 of the shell 1 or of its cover 3 (FIG. 3).
The shell 12 normally has a gripping head 16 with an undercut, behind which is formed a hollow space 17. A piece of metal trim 18 cut transversely whose external shape corresponds to the shape of the hollow space 17 is inserted in this last. This part is cut in transverse direction to allow its insertion in the undercut.
According to FIG. 3, the external container 4 filled and sealed in leaktight manner, provided with its
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positive of a particular configuration cover is subjected to the HIP process described in 9.
The settlement then occurs in two phases:
In the first phase, the uncontrollable empty spaces, which rise from 5 to 10% are packed, that is to say that the cover provided with the collar 10 moves, and that the bellows 14 is deformed. In the second phase, the entire capsule is packed.
When the geometry fits optimally, the upper face of the lid is sealed with the upper face of the base body of the container. The bellows is then compressed in such a way that its individual folds are applied to one another, in a joined manner, that is to say that the capsule and the bellows form, as already before the deformation, a compact closed unit. .