制造无污染MOX燃料棒的方法和设备技术

在划分成隔室的密封箱中，使用一个定心和对准芯块的元件和一个长的具有敏感驱动的推进设备，由ＭＯＸ芯块制造芯块列制造无污染燃料棒的方法和设备。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
制造无污染mox燃料棒的方法和设备的制作方法
本专利技术涉及一种在降压(depression)的密封箱中由芯块制造无污染MOX燃料棒的方法，该方法包括对一个燃料棒的下列操作-将芯块连续成列装入在其一端预先装有塞子的包层管中；-装入各种结构部件，特别是止动弹簧；-在包层管的另一端安装第二塞子；-周边焊接上述第二塞子；以及-对上述包层管或燃料棒已经可能污染的部分进行至少一次清洗和至少一次污染检查。 通过再循环利用从民用核燃料的再处理中产生或者从核武器处理程序中产生的钚为商用核反应堆制造新的铀/钚混合氧化物(MOX)燃料的技术正在工业化和全球化。 工业化尤其在于-制造过程的自动化；-操作人员受电离辐射的限制；以及-液体和固体废物的减少。 全球化使得不同政治、经济或人口的大国(美国，日本，俄罗斯，印度，中国等)都能掌握这种再循环利用技术。西欧在该领域中工业过程的发展中保持一定领先地位。 电力生产者对与市场自由化相关的竞争力的寻求驱动着核燃料设计者通过争取连续地增加UO2燃料和MOX燃料的燃耗值(例如50GWd/t)，来限制反应堆芯更换燃料的频率。这就导致了旨在生产具有较高易裂变钚含量，并且具有逐渐退化同位素组分的民用钚的MOX燃料，也就是生产具有持续增加α发射性的燃料。 为了控制MOX燃料制造工厂的安全(操作员摄取/吸入风险的防止)，运输的安全以及核动力反应堆的安全(主回路的无污染)，装入燃料元件的MOX燃料棒在其包层管外表面上不被污染或仅非常轻微地被污染是重要的，该包层管用其焊接端塞提供MOX芯块的密封。 本专利技术涉及制造MOX燃料棒的操作，特别是将高度污染的芯块装入包层管中，以及安装和焊接第二端塞的操作，并且涉及工业化生产无污染MOX燃料棒的方法和设备，而不需要使用湿法化学或电解去污操作而产生污染和增加临界风险。 作为提示，核燃料棒通常包括金属包层管(最经常由锆合金或不锈钢制成)，燃料芯块(最经常由铀氧化物或铀/钚氧化物制成)，止动弹簧以及提供对气体的密封和核材料的包容的两个焊接端塞。这些燃料棒用导电惰性气体(最经常是氦)充满，加压或不加压。芯块和包层管之间的间隙非常有限(例如，对于轻水反应堆为150-200μ左右)。除上述止动弹簧之外的结构部件可以装在燃料棒的头部或底部(例如插入管，隔离芯块，“吸气器”，盖层芯块等)。 在燃料棒制造期间，重要的是将芯块装入包层管中的方法须-限制易于污染的包层管部分以及该污染的等级，为了限制，也许甚至避免，清洗/去污操作；特别是避免包层管外表面中污染物的结壳，尤其在构成第二塞子焊缝的开口端面中，而这些可能的操作可能增加因为不满足外部污染标准而废弃的燃料棒的比例。 -避免超出必需地加压陶瓷芯块，因而避免在装入期间产生机械阻塞的碎片的产生，以及在这些碎片可能引入到包层管中之后，因相邻芯块之间多度间隙的损坏燃料棒的产生。
技术介绍
核燃料棒，特别是MOX燃料棒的制造包括上述的各种操作，在描述例如已经公开并且对专利技术者已知的现有技术之前回顾是有用的。这些操作通常在提供环境和操作员相对于α(以及β，γ)发射体的保护的密封箱中执行-引入装配有第一密封塞子的包层管； -将芯块装入包层管中；-装入芯块压缩弹簧；-用惰性气体替换包层管中的空气；-在芯块装入期间，清洗/去污污染的包层管部分；-安装第二塞子；-周边焊接第二塞子；-若有需要单独地或与前述焊接同时地对包层管加压；-在单独加压的情况下，焊接加压孔；-测量受污染的包层管部分的污染度。 由制造者实现的技术目的在于满足有时可能矛盾的各种目标。一些非限制性实例可以被陈述如下-操作安全尤其是，通过排除易挥发洗涤溶剂来限制与中子慢化剂液体的使用相关的临界风险限制，以及火灾/爆炸风险的限制；例如手套式操作箱型的密封箱中放射性物质特别是α放射体的保存；-生产的燃料棒的质量尤其是焊接的质量(没有氧化，没有夹杂等)，没有产生芯块之间间隙的碎片，没有固定或可转移的外部污染；-制造过程的工业化操作的自动化；生产力；操作员暴露于电离辐射的限制(外部或内部暴露)；在清洗/去污操作期间产生的固体和液体废物的限制。 向这些目标的努力可能导致执行上述操作的特定顺序的选择，或者执行如此这般操作的特定技术选择，从而益于所有这些操作，关于安全、效率或废物限制，或者提高产品质量。对MOX燃料制造过程产生影响的一些技术在下面陈述-通过湿法或干法研磨，通过机械装置或通过激光将灰尘从芯块去除，通过限制芯块中再循环利用的废料的部分，通过芯块的均匀翻动等，控制填充之前芯块上灰尘的累积。 -在空气或氮气下将芯块装入包层管中，其需要通过用惰性气体多次填充来稀释所述空气或氮气或者抽空包层管以便接下来将惰性气体引入其中，并且这样做时，污染燃料棒(已经提供或还没有第二塞子)的开口端；-密封或不密封地放置由最普遍操作TIG(钨极惰性气体)环形焊接的第二塞子，从而允许在另一个工作线或另一个机器中加压；作为选择，焊接过程在单个操作中提供第二塞子的焊接和加压(电阻或激光焊接)。 与本专利
相关的各种现有专利技术在下面概述，作为非穷举实例，根据其存在-在没有特定密封设备(手套式操作箱型)的情况下，使用将芯块引入包层管中的定心装置；-圆柱形/截顶锥形的固定定心(参看US 4 980 119，US 4 748798，US 5 251 244)；-圆形横截面的三层定心(一层固定+两层中间)(参看US 3940 908)；-固定V形定心(参看US 3 907 123)；-多边形或正方形横截面的固定定心(参看US 4 942 014)；或者-使用安装在密封箱中(手套式操作箱型)、将芯块引入包层管中的定心设备-安装在箱中心的截顶锥形固定定心(参看US 3 925 965)；-安装在密封箱的两个区域，活动和非活动，边界的定心，活动区域为芯块的装入而保留(参看WO 98/26428)。 应当注意，最后一篇文献提及将箱分成仅两个隔室。 专利技术者已知的所有上述设备都不满足与用陶瓷芯块工业制造无污染MOX燃料棒相关的需求，除了灰尘的累积之外，其在装入操作期间产生自身产生机械干扰和阻塞的、所有形状和大小的碎片；-或者这些设备不会将暴露于污染的包层管部分限制于严格最小，或者不存在密封箱中污染级别的管理(从装入区域中的高度污染到当燃料棒离开密封箱时非常轻微地污染或无污染)，该管理的缺乏导致过度或多余的污染，这必须由最经常基于产生各种废物和临界另外风险的液体处理的另外操作来消除。 -或者这些设备对于由成列的芯块传送的灰尘和碎片和/或特别在装入包层管的操作期间产生的灰尘和碎片敏感，该敏感性导致机械阻塞，产生机器停止，密封箱中操作员干预，操作员、车间甚至有时箱隔室的污染的风险应当保持很低甚至无污染；-或者当芯块的钚含量和钚的α放射性高时，即使以另外的液体去污操作为代价，管理污染和装入芯块的这些设备也不允许含钚燃料棒制造遵循其无污染规范。
技术实现思路
本专利技术的目的在于补救上述缺点以及对本领域技术人员众所周知的其他缺点，基于特别对制造过程的实现以及对制造产品的质量具有影响的各种方法，以及这些操作和方法的特殊、新的专利技术组合。因此-在燃料棒从箱中抽出之前，芯块的装入，暴露于污染的包层管端部的清洗/去污本文档来自技高网...

【技术保护点】
在降压下的密封箱（１０）中，由芯块（６）制造无污染ＭＯＸ燃料棒（１）的方法，该方法包括对一个燃料棒（１）的下列操作：－将连续列（１２）中的芯块（６）装入在其两端中一端预先提供有第一塞子（３）的包层管（２）中；－装入各种结构部 件，特别是止动弹簧（７）；－在包层管（２）的另一端安装第二塞子（４）；－周边焊接所述第二塞子（４），特别是如果它没有密封地安装在所述包层管（２）中的话；以及－对于所述包层管（２）或分别地对于燃料棒（１）的已经暴露于污 染的部分的至少一次清洗和至少一次污染检查，该方法的特征在于包括：－将密封箱（１０）划分成数个连续隔室；－将每个隔室连接到它的相邻隔室用于包层管（２）的密封通道，所述通道中至少某些被对准以便允许包层管（２）沿着纵轴移动 ；－将待装入的包层管（２）的开口端（３４）放在前面，经由一个密封通道或一个到达它的输入口而引入到第一隔室中；－在连续隔室之间轴向驱动包层管（２），直到它的开口端（３４）到达最后隔室；－在最后隔室中将芯块（６），并且如 果适用也将除止动弹簧（７）之外的各种结构部件（５）通过其开口端（３４）装入包层管（２）中；－当装入完成时，将包层管（２）部分轴向抽出，以便将其开口端（３４）传送到前面的隔室；－在该前面隔室中，至少对在装入过程中通过芯块（６） 或通过最后隔室的气氛暴露于污染的包层管（２）的部分进行清洗和可能的污染检查；－在该清洗之后，轴向移动包层管（２），使得开口端区域（３４）位于另一个隔室中；－在该其他隔室中，装入止动弹簧（７）并将第二塞子（４）安装在开口端（３ ４）中；－在该安装之后，在同一隔室中或者在另一个隔室中，使用可能的另外移动，执行可能的其他操作；－在第一或第二隔室中，对暴露于最后隔室的污染的燃料棒（１）的部分进行污染检查，并且如果必要的话进行清洗；－将燃料棒（１） 从第一隔室中抽出或者经由将箱彼此连接的第一隔室横向传送到另一个密封箱；－各个隔室之间污染的等级，从第一隔室中无污染或非常轻微地污染开始到最后隔室中的最大污染分级；－选择供给隔室的气体，选自空气、氮、氦、氩、真空；－将 隔室中的降压分级，以便构成从第一隔室中的最弱降压到最后隔室中的最强降压的任何泄漏。...

【技术特征摘要】
1.在降压下的密封箱(10)中，由芯块(6)制造无污染MOX燃料棒(1)的方法，该方法包括对一个燃料棒(1)的下列操作-将连续列(12)中的芯块(6)装入在其两端中一端预先提供有第一塞子(3)的包层管(2)中；-装入各种结构部件，特别是止动弹簧(7)；-在包层管(2)的另一端安装第二塞子(4)；-周边焊接所述第二塞子(4)，特别是如果它没有密封地安装在所述包层管(2)中的话；以及-对于所述包层管(2)或分别地对于燃料棒(1)的已经暴露于污染的部分的至少一次清洗和至少一次污染检查，该方法的特征在于包括-将密封箱(10)划分成数个连续隔室；-将每个隔室连接到它的相邻隔室用于包层管(2)的密封通道，所述通道中至少某些被对准以便允许包层管(2)沿着纵轴移动；-将待装入的包层管(2)的开口端(34)放在前面，经由一个密封通道或一个到达它的输入口而引入到第一隔室中；-在连续隔室之间轴向驱动包层管(2)，直到它的开口端(34)到达最后隔室；-在最后隔室中将芯块(6)，并且如果适用也将除止动弹簧(7)之外的各种结构部件(5)通过其开口端(34)装入包层管(2)中；-当装入完成时，将包层管(2)部分轴向抽出，以便将其开口端(34)传送到前面的隔室；-在该前面隔室中，至少对在装入过程中通过芯块(6)或通过最后隔室的气氛暴露于污染的包层管(2)的部分进行清洗和可能的污染检查；-在该清洗之后，轴向移动包层管(2)，使得开口端区域(34)位于另一个隔室中；-在该其他隔室中，装入止动弹簧(7)并将第二塞子(4)安装在开口端(34)中；-在该安装之后，在同一隔室中或者在另一个隔室中，使用可能的另外移动，执行可能的其他操作；-在第一或第二隔室中，对暴露于最后隔室的污染的燃料棒(1)的部分进行污染检查，并且如果必要的话进行清洗；-将燃料棒(1)从第一隔室中抽出或者经由将箱彼此连接的第一隔室横向传送到另一个密封箱；-各个隔室之间污染的等级，从第一隔室中无污染或非常轻微地污染开始到最后隔室中的最大污染分级；-选择供给隔室的气体，选自空气、氮、氦、氩、真空；-将隔室中的降压分级，以便构成从第一隔室中的最弱降压到最后隔室中的最强降压的任何泄漏。2.根据权利要求1的方法，其特征在于，对于芯块(6)的装入和下面相关操作-从支架(38)到包层管(2)开口端(34)引入、定心和对准列(12)的芯块(6)；以及下面被执行-通过一个底部具有连续滑道的V形轮廓并且与具有芯块(6)直径的圆柱形出口相交的通道(42)，校正支架(38)和包层管(2)开口端(34)之间的偏心度，并且将芯块(6)的轴与包层管(2)的轴对准；-在位于通道圆柱形部分中心的室中，将包层管(2)定心；-在芯块(6)装入过程中掩蔽包层管(2)的开口端(34)；-经由芯块(6)和通道壁之间的自由部分，通过重力沉积或通过另外的喷吹和/或抽吸方法，捕获和/或收集和/或挡回由装入芯块(6)所传送和/或粘附，和/或由引入、定心和对准操作所产生的灰尘和碎片。3.根据权利要求1和2中一个或另一个的方法，其特征在于一列芯块(6)装入到包层管(2)中，到达等于至少装入到同一包层管(2)中下一列的长度的包层管(2)中最后芯块(6)的引入深度。4.根据权利要求1～3中任何一个的方法，其特征在于连续列中的所述芯块(6)到所述包层管(2)中的装入根据推进设备的引入深度和装入同一包层管(2)中的过程中列的序级(N)通过限制装入期间的最大推力来执行。5.根据权利要求1～4中任何一个的方法，其特征在于用于清洗包层管(2)，或分别地用于清洗燃料棒(1)的暴露于污染的部分的干燥或稍微潮湿处理，该处理可能通过摩擦来执行。6.根据权利要求1～5中任何一个的方法，其特征在于箱被划分成四个隔室(I-IV)，其中-第四且最后隔室(IV)用于芯块(6)和结构元件的装入；-第三隔室(III)用于在装入期间暴露于污染的部分的清洗；-第二隔室(II)用于弹簧(7)的装入和第二塞子(4)的安装，以及如果安装没有用密封，其可能的环缝焊接；以及-第一隔室(I)用于在前面隔室中暴露于污染的部分的污染检查和可能清洗，以及用于包层管的输入和燃料棒的输出。7.根据权利要求1～6中任何一个的方法，其特征在于-芯块(6)的装入，暴露于污染的包层管(2)端部的清洗以及第二塞子(4)的安装在处于氦下的隔室中执行，以及可选地进行在输出处的污染测量；-当没有芯块的包层管(2)引入到密封箱(10)中时，其开口端(34)仅当遇到在该隔室和前面一个之间包含于包层管(2)中的气体抽出并用氦替换之后，被传送到处于氦下的第一隔室中。8.根据权利要求1～6中任何一个的方法，其特征在于-芯块(6)的装入在真空下的最后隔室中或者在位于其中的真空下的箱中执行；以及-当没有芯块(6)的包层管(2)引入到密封箱(10)中时，其开口端(34)仅当在该隔室和前面一个之间包含于包层管(2)中的气体抽出之后，被传送到该最后隔室中。9.用于由芯块(6)制造无污染MOX燃料棒(1)的设备，以实现权利要求1～8中任何一个的方法，并且包括执行下面的操作的密封箱(10)-将列(12)中的芯块(6)装入一端开口而另一端由第一塞子(3)封闭的包层管(2)中；-对已经与来自所述芯块(6)的污染或灰尘接触的所述包层管(2)的部分的污染进行清洗和可能的检查；-装入各种结构部件，特别是止动弹簧(7)；-安装第二塞子(4)；-对已经与污...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿兰万德尔加茵斯特，琼埃朗，路易斯阿尔特斯，
申请(专利权)人：比利格核股份有限公司，
类型：发明
国别省市：BE[比利时]