JPH058400B2 - - Google Patents
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- JPH058400B2 JPH058400B2 JP59054638A JP5463884A JPH058400B2 JP H058400 B2 JPH058400 B2 JP H058400B2 JP 59054638 A JP59054638 A JP 59054638A JP 5463884 A JP5463884 A JP 5463884A JP H058400 B2 JPH058400 B2 JP H058400B2
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- zircaloy
- temperature
- hull
- waste
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- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は再処理施設の前処理工程から発生す
る剪断溶解後の使用済燃料被覆管、燃料集合体の
上下端末部材、スペーサ、スプリング等の高レベ
ル金属廃棄物(以下、ハル等という)の減容安定
化処理法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION This invention deals with the treatment of high-level metal waste (hereinafter referred to as , Hull, etc.).
近時、石油を中心とするエネルギー不足に対応
し、原子力エネルギーが注目され開発されている
が、原子力エネルギーはそのエネルギー産出過程
において長い半減期を有する多くの放射性廃棄物
を排出するため、この放射性廃棄物を安全に貯蔵
する技術の確立が重要な問題となつている。とく
に、上記ハル等は放射能レベルが高いばかりでな
く、その材質(ジルカロイ)は自然発火の危険性
を有するためにハンドリングと貯蔵技術が問題と
なる。 In recent years, nuclear energy has been attracting attention and being developed in response to energy shortages centered on petroleum. However, nuclear energy generates a lot of radioactive waste with a long half-life during the energy production process. Establishing technology to safely store waste has become an important issue. In particular, the hulls and the like have not only high radioactivity levels, but also the material (Zircaloy) that they are made of has the risk of spontaneous combustion, which poses problems in handling and storage techniques.
従来、このような放射性物質を含むハル等はそ
の取扱いが困難であることから、再処理施設では
ドラム缶中に納められステンレスライニングした
水槽中に沈める方法で貯蔵していた。しかしなが
らこの方法ではハル等の嵩密度が低密度(1.1g/
cm3)であるために、必要な貯蔵空間が膨大なもの
となること、また万一外乱に対して安定な結合体
となつていない等の問題がある。 Conventionally, since it is difficult to handle hulls and the like containing such radioactive materials, reprocessing facilities have stored them in drums and submerging them in stainless steel-lined water tanks. However, with this method, the bulk density of the hull etc. is low (1.1g/
cm 3 ), there are problems such as the required storage space being enormous and the combination not being stable against external disturbances.
そこで、よりコンパクトで安定な貯蔵形態の検
討が各方面で進められており、例えば金属廃棄物
の場合にはこれを加熱炉中で一旦溶解して固化す
ることにより緻密なブロツク体とする方法が提案
されており、また可燃性廃棄物を焼却して発生し
た放射性焼却灰の場合には、これをマイクロ波溶
融手段によつて溶融固化する方法が提案されてい
る。これらの方法は減容化という点ではいずれも
一応の成功を納めているが、溶解時の放射性ガス
および加熱炉の耐火物の放射能化など廃棄物の処
理問題において難点がある。 Therefore, more compact and stable storage formats are being investigated in various fields.For example, in the case of metal waste, there is a method of melting it in a heating furnace and solidifying it to form a dense block. In the case of radioactive incineration ash generated by incinerating combustible waste, a method has been proposed in which radioactive incineration ash is melted and solidified using microwave melting means. Although these methods have achieved some success in terms of volume reduction, they have drawbacks in waste disposal issues such as radioactive gas during melting and radioactivity of refractories in heating furnaces.
ハル等の構成材料は、ガルカロイ:82〜92%、
SUS304:5〜14%、インコネル:2〜4%であ
り、主要構成品であるジルカロイ製の被覆管ハル
は、外径10mm前後、肉厚0.6mm前後、長さ30〜50
mmであつて端部には剪断による変形がある。この
被覆管ハルの表面には強固な不動態としての酸化
物層(ZrO2)が存在する。この層は内面、外面
の両者にわたつて存在する。このうち、外面は原
子炉冷却水との反応によりジルコニウム酸化物が
生成し、その厚さは均一腐蝕部で10〜20μm程度、
内面は核燃料に含まれる酸素によりジルコニウム
酸化物が生成し、厚さは薄く、10μm以下と推定
される。 The constituent materials of the hull etc. are Galcaloy: 82-92%;
SUS304: 5 to 14%, Inconel: 2 to 4%, and the main component, the Zircaloy cladding tube hull, has an outer diameter of around 10 mm, a wall thickness of around 0.6 mm, and a length of 30 to 50 mm.
mm, and there is deformation due to shearing at the ends. A strong passive oxide layer (ZrO 2 ) exists on the surface of this cladding tube hull. This layer exists on both the inner and outer surfaces. Among these, zirconium oxide is generated on the outer surface by reaction with reactor cooling water, and its thickness is approximately 10 to 20 μm in the uniformly corroded area.
Zirconium oxide is formed on the inner surface by the oxygen contained in the nuclear fuel, and the thickness is estimated to be less than 10 μm.
放射性廃棄物の管理上最も注意を要するのは超
ウラン元素(TRU)である。これは、核燃料物
質としてのウランの原子炉中での放射能化により
生成するものであり、再処理工程における溶解工
程で核燃料が被覆管材と共存のもとで硝酸に溶解
される時にハル表面に付着する。従つて、ハルは
パイプ形状の内面、外面にわたつて汚染されてい
る。このTRU等による汚染はハルの表面に限ら
れ、実質上すべての量が上記酸化層中に存在する
ことが知られている。 Transuranic elements (TRU) require the most attention when managing radioactive waste. This is produced by the radioactivity of uranium as a nuclear fuel material in a nuclear reactor, and is produced on the hull surface when nuclear fuel is dissolved in nitric acid in the coexistence of cladding material during the melting process in the reprocessing process. adhere to. Therefore, the pipe-shaped inner and outer surfaces of the hull are contaminated. It is known that contamination by TRU and the like is limited to the surface of the hull, and substantially all of the contamination is present in the oxide layer.
ジルカロイ素材が耐蝕材料として用いられるこ
とから推測されるように、ZrO2の不動態化層は
非常に耐蝕性に富み、この表面酸化層のみを溶解
するには、高い活性の溶液やガスを使用する必要
があり、このため後処理が必要となつて放射性物
質取扱い施設一般に高い信頼性が要求され現実的
ではない。また、機械的な作用を基本とする研磨
法等の適用は、上記のようにハルが複雑な形状を
しているために不可能である。 As expected from the fact that Zircaloy material is used as a corrosion-resistant material, the passivation layer of ZrO 2 is extremely corrosion-resistant, and highly active solutions or gases must be used to dissolve only this surface oxidized layer. Therefore, post-processing is required, and high reliability is generally required for facilities handling radioactive materials, which is not realistic. Further, it is impossible to apply a polishing method based on mechanical action because the hull has a complicated shape as described above.
この発明はこのような技術的背景のもとになさ
れたものであり、比較的簡単な方法で大幅な減容
効果を図ることができる方法を提供するものであ
る。 The present invention was made against this technical background, and aims to provide a method that can achieve a significant volume reduction effect using a relatively simple method.
すなわち、この発明は、使用済燃料被覆管等の
ジルカロイ製被処理物を酸化雰囲気中で加熱して
酸化物層を増厚させた後、ほぼ800〜1100℃の温
度範囲内で急速に昇温あるいは降温させることに
より酸化物層とジルカロイ層とを膨張、収縮さ
せ、これによつて発生する応力により両者を剥離
させるようにしたものである。 That is, this invention heats a Zircaloy workpiece such as a spent fuel cladding tube in an oxidizing atmosphere to thicken the oxide layer, and then rapidly raises the temperature within a temperature range of approximately 800 to 1100°C. Alternatively, the oxide layer and the Zircaloy layer are expanded and contracted by lowering the temperature, and the resulting stress causes them to separate.
ジルカロイ金属は温度上昇に伴い膨脹するが、
800〜900℃で6方晶(α相)から立方晶(β相)
に変態し、これに伴い膨脹の落ち込みが生じる。
すなわち、この範囲では逆に収縮するが、それ以
上に加熱すると再び温度上昇に伴い膨脹する。 Zircaloy metal expands as temperature rises,
Hexagonal (α phase) to cubic (β phase) at 800-900℃
This metamorphosis causes a drop in expansion.
In other words, it contracts in this range, but if it is heated beyond this range, it expands again as the temperature rises.
一方、ZrO2は1000℃まで昇温に伴い膨脹する
が、それ以上に加熱すると収縮してしまう。1100
℃で室温状態の寸法よりやや小さくなり、また冷
却すると再び膨脹し、800℃以下から再び収縮す
る。 On the other hand, ZrO 2 expands as the temperature rises to 1000°C, but contracts when heated above that. 1100
At 800°C, it becomes slightly smaller than its room temperature dimensions, expands again when cooled, and shrinks again below 800°C.
また、ジルカロイ金属は酸素の固溶範囲が非常
に広いため、およびハルの表面酸化が酸素の供給
によるものであることから、ジルカロイ金属の
ZrO2に接する部分は酸素の飽和したジルカロイ
金属相となつている。この金属相は1900℃まで変
態しないため、その温度以下では連続的に昇温に
伴つて膨脹する。従つて、熱膨脹挙動の差が最も
効果的に影響を及ぼすのがZrO2層と酸素の飽和
したジルカロイ金属相との界面である。この界面
は昇温時には酸素の拡散による輸送があり、酸素
源のあるときはZrO2の成長面である。 In addition, Zircaloy metal has a very wide solid solution range of oxygen, and the surface oxidation of the hull is due to the supply of oxygen.
The part in contact with ZrO 2 is an oxygen-saturated zircaloy metal phase. This metallic phase does not transform until 1900°C, so below that temperature it expands continuously as the temperature rises. Therefore, the most effective effect of the difference in thermal expansion behavior is at the interface between the ZrO 2 layer and the oxygen-saturated zircaloy metal phase. When the temperature rises, oxygen is transported through this interface by diffusion, and when an oxygen source is present, it becomes a growth surface for ZrO 2 .
従つて、酸化物層の剥離を効果的に行わせるに
は、この酸素の拡散による影響を受けないよう
に、充分な速さで昇温、降温を行うことが重要で
ある。なお、ZrO2の変態に伴う収縮を効果的に
利用するため、高周波加熱等による金属相からの
加熱が望ましい。 Therefore, in order to effectively peel off the oxide layer, it is important to raise and lower the temperature at a sufficient rate so as not to be affected by this oxygen diffusion. Note that in order to effectively utilize the contraction accompanying the transformation of ZrO 2 , heating from the metal phase by high frequency heating or the like is preferable.
図面はこの発明の処理方法のフローを示し、処
理材料を前処理炉に挿入し(ステツプ1)前処理
炉2では雰囲気調整系3により酸化雰囲気に調整
して加熱し、酸化物層の厚さを増大させる。この
際に発生するトリチウムは揮発性物質回収系4で
回収し、ダスト回収系5を通して放出する。処理
物は前処理炉から搬出し(ステツプ6)、ついで
急速昇降温炉7に挿入して雰囲気調整系3によつ
て雰囲気を調整しつつ急速に昇温、降温を行つて
酸化物層の剥離を行う(ステツプ8)。この際に
発生する揮発性物質は上記回収系4,5を通して
放出する。つぎにこれを搬出して(ステツプ9)
振動スクリーン等により振動を与えてジルカロイ
金属と酸化物とを分離する(ステツプ10)。そし
て金属は減容処理をして(ステツプ12)非TRU
廃棄物として処分する(ステツプ13)。この減容
処理は通常の溶融固化処理を利用して行えばよ
い。また酸化物は固化処理して(ステツプ14)
TRU廃棄物として処分する(ステツプ15)。 The drawing shows the flow of the treatment method of the present invention, in which the material to be treated is inserted into the pretreatment furnace (step 1), and in the pretreatment furnace 2, the atmosphere is adjusted to an oxidizing atmosphere by the atmosphere adjustment system 3, heated, and the thickness of the oxide layer is adjusted. increase. Tritium generated at this time is recovered by a volatile substance recovery system 4 and released through a dust recovery system 5. The material to be treated is taken out of the pretreatment furnace (step 6), and then inserted into the rapid heating/cooling furnace 7, where the atmosphere is adjusted by the atmosphere adjustment system 3 and the temperature is rapidly raised and lowered to peel off the oxide layer. (Step 8). Volatile substances generated at this time are discharged through the recovery systems 4 and 5. Next, take this out (Step 9)
Vibration is applied using a vibrating screen or the like to separate the zircaloy metal and the oxide (step 10). Then, the metal is subjected to volume reduction treatment (step 12) and non-TRU
Dispose of as waste (Step 13). This volume reduction treatment may be performed using a normal melting and solidification treatment. Also, the oxide is solidified (step 14).
Dispose as TRU waste (Step 15).
上記方法によれば、ハルの大部分は酸化物層が
取除かれたジルコニウム金属であり、これは厳し
い管理の必要ない非TRU廃棄物となり、一方厳
しい管理の要求されるTRU廃棄物(酸化物層)
は固化により大幅に減容されることになり、この
ため処分コストが大幅に軽減される。なお、
TRU廃棄物は通常地下数100mの深さに地層中に
埋設する。また上記方法ではすべて乾式で行うた
め、廃液の処理システムが不要であり、二次廃棄
物の処理が容易である。さらにTRU廃棄物とし
て発生するジルコニウム酸化物は安定な物質であ
るため、事後の安定化処理の必要がなくプロセス
が簡単である。上記実施例では、昇温および降温
を行なつた後、振動を与えてジルカロイ金属と酸
化物とを分離する例を示したが、昇温および降温
のみにより酸化物層をジルカロイ層から剥離させ
て分離させることも可能である。その量は前処理
炉における酸化物層の形成量によつて決まる。す
なわち、厚膜を形成した後剥離させれば、剥離量
は当然のことながら、多くなる。これについての
実験結果は以下の通りである。 According to the above method, most of the hull is zirconium metal from which the oxide layer has been removed, making it non-TRU waste that does not require strict management, while TRU waste (oxide layer)
Solidification results in a significant volume reduction, which greatly reduces disposal costs. In addition,
TRU waste is usually buried several hundred meters underground. Furthermore, since all of the above methods are carried out in a dry manner, a waste liquid treatment system is not required, and secondary waste can be easily treated. Furthermore, since zirconium oxide generated as TRU waste is a stable substance, there is no need for subsequent stabilization treatment, making the process simple. In the above example, an example was shown in which the zircaloy metal and the oxide are separated from each other by increasing and decreasing the temperature and then applying vibration. Separation is also possible. The amount depends on the amount of oxide layer formed in the pretreatment furnace. That is, if a thick film is formed and then peeled off, the amount of peeling will naturally increase. The experimental results regarding this are as follows.
外径10mm、厚さ0.8mm、長さ50mmのジルカロイ
管をハル(使用済燃料被覆管)を模擬するためオ
ートクレーブ処理を施し、内外面にそれぞれ約
10μmの酸化膜をつけた(以下、これを模擬ハル
という)。この模擬ハルを大気炉に入れ、1000℃
で30分間加熱した後、炉外へ取出し、空冷し、酸
化膜の形成状況を観察した。酸化膜は剥離してい
なかつたが、指で除去できる状態であり、内外壁
の酸化膜を除去したところ、約0.3mmのジルカロ
イ金属管が残つた。すなわち、約0.5mmの酸化膜
層が形成されていたことになる。 A Zircaloy tube with an outer diameter of 10 mm, a thickness of 0.8 mm, and a length of 50 mm was autoclaved to simulate a hull (spent fuel cladding tube), and the inner and outer surfaces were approximately
A 10μm oxide film was applied (hereinafter referred to as the simulated hull). This simulated hull was placed in an atmospheric furnace and heated to 1000℃.
After heating for 30 minutes, it was taken out of the furnace, cooled in air, and the state of oxide film formation was observed. Although the oxide film had not peeled off, it could be removed with fingers, and when the oxide film on the inner and outer walls was removed, a Zircaloy metal tube of approximately 0.3 mm remained. In other words, an oxide film layer of approximately 0.5 mm was formed.
つぎに別の個体の模擬ハルを雰囲気炉へ入れ、
空気を流しながら、1000℃で30分間加熱した後、
750℃に下げ、さらに1100℃まで15分間で加熱し、
その後直ちに15分間で750℃まで下げた後、炉外
へ取出し、観察した。酸化膜は剥離し、金属から
分離していた。金属の厚さは約0.3mmであり、約
0.5mm減肉したことになる。上記の実験条件では、
元のジルカロイ金属の約1/2が酸化物として剥離、
分離したことになる。また酸化膜の形成後は、一
度の昇温および降温でも剥離、分離が実現でき
る。 Next, put the simulated hull of another individual into the atmosphere furnace,
After heating at 1000℃ for 30 minutes while flowing air,
Lower the temperature to 750℃ and further heat to 1100℃ for 15 minutes.
Thereafter, the temperature was immediately lowered to 750°C for 15 minutes, and then taken out of the furnace and observed. The oxide film had peeled off and separated from the metal. The thickness of the metal is about 0.3mm and approx.
This means that the thickness has decreased by 0.5mm. Under the above experimental conditions,
Approximately 1/2 of the original Zircaloy metal is peeled off as an oxide,
It means they are separated. Furthermore, after the oxide film is formed, peeling and separation can be achieved by raising and lowering the temperature once.
なお、上記ステツプ8での雰囲気調整は窒素ガ
スあるいはアルゴンガスを供給することにより行
なう。ここでは酸化物層をジルカロイ金属との界
面で剥離、分離させることが目的であり、酸化雰
囲気にして界面を進展させる必要はないからであ
る。 Note that the atmosphere adjustment in step 8 is performed by supplying nitrogen gas or argon gas. This is because the purpose here is to peel and separate the oxide layer at the interface with the zircaloy metal, and there is no need to create an oxidizing atmosphere to develop the interface.
以上説明したように、この発明は使用済燃料被
覆管を急速に昇温あるいは降温することによつて
酸化物層を熱膨脹差で剥離させるようにしたもの
であり、比較的簡単な方法で処理を行うことがで
き、また廃棄物の大幅な減容化も達成することが
できるものである。 As explained above, this invention is to rapidly raise or lower the temperature of the spent fuel cladding tube so that the oxide layer is peeled off due to the difference in thermal expansion, and the treatment can be carried out using a relatively simple method. In addition, it is possible to achieve a significant reduction in the volume of waste.
図面はこの発明の実施例を示す工程フロー図で
ある。
2……前処理炉、7……急速昇降温炉、10…
…金属と酸化物との分離のステツプ。
The drawings are process flow diagrams showing embodiments of the present invention. 2...Pretreatment furnace, 7...Rapid heating/cooling furnace, 10...
...Steps for separating metals and oxides.
Claims (1)
を酸化雰囲気中で加熱して酸化物層を増厚させた
後、ほぼ800〜1100℃の温度範囲内で急速に昇温
あるいは降温させることにより酸化物層とジルカ
ロイ層とを膨張、収縮させ、これによつて発生す
る応力により両者を剥離させるようにしたことを
特徴とする使用済燃料被覆管等の処理法。1. After heating Zircaloy treated objects such as spent fuel cladding tubes in an oxidizing atmosphere to increase the thickness of the oxide layer, the temperature is rapidly raised or lowered within a temperature range of approximately 800 to 1100°C. A method for treating spent fuel cladding tubes, etc., characterized by expanding and contracting an oxide layer and a zircaloy layer, and peeling them off due to the stress generated thereby.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5463884A JPS60198499A (en) | 1984-03-21 | 1984-03-21 | Method of treating spent fuel coated tube, etc. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5463884A JPS60198499A (en) | 1984-03-21 | 1984-03-21 | Method of treating spent fuel coated tube, etc. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60198499A JPS60198499A (en) | 1985-10-07 |
| JPH058400B2 true JPH058400B2 (en) | 1993-02-02 |
Family
ID=12976310
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5463884A Granted JPS60198499A (en) | 1984-03-21 | 1984-03-21 | Method of treating spent fuel coated tube, etc. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60198499A (en) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58140699A (en) * | 1982-02-17 | 1983-08-20 | 株式会社東芝 | Removal of radioactive material |
-
1984
- 1984-03-21 JP JP5463884A patent/JPS60198499A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60198499A (en) | 1985-10-07 |
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|---|---|---|---|
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