Sources de rayonnements Cycle du combustible nucléaire - Fabrication du combustible - Day 4 – Lecture 7

Fabrication du combustible Objet est de convertir l’UF6 enrichi en pastilles du combustible UO2, utilisable comme combustible dans un réacteur

Approches de base chimiques Procédés chimiques “Humides” hydrolyser l'UF6 dans une solution précipiter avec des composés d'ammoniac calcium / réduire trop UO2 ADU = diuranate d'ammonium Procédés chimiques “Secs” hydrolyser l'UF6 à la vapeur convertir en UO2 avec de la vapeur / H2 SGD = Route intégrée à sec (terme BNFL)

Importance du combustible Les deux premières couches de confinement: Forme du combustible elle même Revêtement (Métal) Doit être de haute qualité - "parfait" Fuites nécessitent souvent l'arrêt du réacteur Une manutention spéciale / conserverie de fuite du combustible nucléaire usé (ET) La dose de rayonnement et les déchets en cas d'erreur

Importance du combustible Combustible autour de "décennies" habituellement 3 cycles (environ 5 ans) dans le réacteur minimum de 5 ans en stockage humide SNF minimum de 20 ans en stockage sec SNF Le combustible de certains réacteurs de puissance + 35 ans Entreposage - 100+ ans Le combustible est la "queue qui remue le chien"

Considerations du combustible L’UF6 enrichi ne convient pas pour le combustible Nécessite une conversion chimique de forme plus stable et robuste Nécessite des activités mécaniques, revêtement, et l'assemblage Le combustible nécessite une haute densité pour atteindre les nucléoniques et les propriétés adéquates

Formes chimiques du combustible nucléaire UO2 (a compromise) is used in most power reactors as cylindrical pellets Pebble bed would use coated UO2 and would probably be a UO2/UC mix UO2 (un compromis) est utilisé dans la plupart des réacteurs de puissance comme des pastilles cylindriques Lit de boulets utiliserait UO2 revêtu et serait probablement un mélange de UO2 / UC

Fabrication du combustible L’UF6 est reçu de l’installation de l’enrichissement dans des cylindres Les cylindres retirés de l'emballage, pesés et transférés au tampon de stockage de l’UF6 Les cylindres de l’UF6 arrivant à l’installation Enriched UF6 is transported to a fuel fabrication plant

Cylindres typiques à aux installations du combustible

Risques dans la fabrication du combustible Humide ou sec… conversion chimique de l’UF6 à l’UO2 opérations chimiques dans les déchets / récupération

Poudre typique de l’UO2 Marron/Aspect noir

Fabrication du combustible Pastilles usinées sont typiquement de l'ordre de 0,5 pouces de longueur et environ 0,33 pouce de diamètre. Elles sont "bombées" légèrement à chaque extrémité. Le Cône de fin permet aux pastilles à se dilater et à se contracter par des changements brusques de température à l'intérieur de réacteur sans endommager les matériaux combustibles ou le revêtement The enriched UF6 is converted to uranium dioxide (UO2) powder and pressed into small pellets. Reactor fuel is generally in the form of ceramic pellets. These are formed from pressed uranium oxide which is sintered (baked) at a high temperature (over 1400° C). The pellets are then encased in metal tubes to form fuel rods, which are arranged into a fuel assembly ready for introduction into a reactor. The dimensions of the fuel pellets and other components of the fuel assembly are precisely controlled to ensure consistency in the characteristics of fuel bundles.

Exemples de pastilles frittées

Plateau des pastilles

Pastilles du combustible

Tiges de combustible

Assemblages L'assemblage combustible complet est lavé et inspecté assemblé nettoyé et vérifié The pellets are inserted into thin tubes, usually of a zirconium alloy (zircalloy) or stainless steel, to form fuel rods. The rods are then sealed and assembled in clusters to form fuel elements or assemblies for use in the core of the nuclear reactor. L’assemblage du combustible dans la robinetterie

Stockage Assemblages stockés dans des casiers pour: Éviter l’accumulation d’eau maintenir minimale séparation/ distances

PWR/BWR Assemblages PWR 17 x 17 BWR 9 x 9

Fabrication du combustible Lors de l'acceptation finale de l'assemblage du combustible, les unités sont emballées dans des conteneurs d'expédition pour le transfert à l'utilité sur site du réacteur de puissance Emballage des assemblages du combustible Livraison des conteneurs

Fabrication du combustible L’assemblage est antichocs de sorte que des dommages ne se produisent pas pendant le transport (généralement par camion) au client

Fabrication du combustible Au niveau de la centrale nucléaire, les nouveaux assemblages de combustible sont inspectés et chargés dans le cœur du réacteur où l'235U dans les pastilles du combustible la fission produit de la chaleur transformée À la production de l’énergie électrique Some 25 tonnes of fresh fuel is required each year by a 1000 MWe reactor.

Risques liés à la Fabrication du combustible Rejets de l’UF6 Criticité Les produits chimiques utilisés dans le procédé In a fuel fabrication plant great care is taken with the size and shape of processing vessels to avoid criticality (a limited chain reaction releasing radiation). With low‑enriched fuel criticality is most unlikely, but in plants handling special fuels for research reactors this is a vital consideration.

Référence International Atomic Energy Agency, Postgraduate Educational Course in Radiation Protection and the Safety of Radiation Sources (PGEC), Training Course Series 18, IAEA, Vienna (2002)