3. Снятие оболочки твэлов

При снятии оболочек с отработанного топлива энергетических реакторов преследуются следующие цели: уменьшение объема металла-разбавителя; хранение оболочек в виде твердого металла небольшого объема, а не жидкости; растворение в азотной кислоте активных сердечников, заключенных в нерастворимые оболочки. В последнем случае требуется непрерывная выгрузка из аппарата твердого остатка и, следовательно, резка топливных элементов и последующее растворение их в азотной кислоте [5].

Рисунок 5 – Схема устройства для выпрессовки топливного сердечника из оболочки: 1 – сердечник; 2 – оболочка твэла; 3 – пуансон; 4 – пресс-форма.

Топливный сердечник может быть удален из оболочки с помощью специальной пресс-формы и пуансона (рис. 5). Диаметр отверстия в пресс-форме должен быть несколько больше диаметра сердечника, который, в свою очередь, немного больше диаметра пуансона [1].

Оборудование для механической обработки твэлов на каждом предприятии специфично, поэтому в данном задании рассмотрены только самые распространенные технологии по этой тематике.

3. Химическое удаление оболочек твэла

Оболочки твэлов можно удалить путем их растворения. Этот химический метод довольно успешно применяется в процессе переработки облученных твэлов с оболочкой из алюминиевых сплавов. Для удаления оболочек из нержавеющей стали и сплавов циркония обычно он не применяется.

Метод химического удаления оболочки в некоторых технологических схемах предусматривает совместное растворение и оболочки и топлива. По другим схемам предусматривает совместное растворение и оболочки и топлива. По другим схемам растворению подвергается только оболочка. Метод химического удаления оболочки интересен тем, что его можно использовать для переработки твэлов, разнообразных по геометрической конфигурации, в том числе и нестандартных. Существующим недостатком метода химического удаления оболочки является, значительное увеличение объема жидких отходов и усложнение состава [4].

1. Алюминиевые оболочки

Во многих реакторах применяются тепловыделяющие элементы из природного урана с оболочкой из алюминия толщиной около 0,65 мм на связующем слое толщиной от 0,025 до 0,65 мм. Между ураном и связующим слоем находится подслой толщиной менее 0,03 мм, состоящий в основном из олова.

Алюминиевые оболочки можно растворять в щелочи без добавки или с добавкой нитрата натрия с отделением полученного раствора перед растворением топливного материала. Во избежание потерь топлива желательно при полном растворении оболочки не затрагивать существенно топливный материал. Алюминиевые оболочки можно растворять также в азотной кислоте, катализированной ртутью. При этом одновременно с оболочкой растворяется и уран [5].

2. Оболочки из магния и его сплавов

Оболочки из магния и его сплавов с алюминием и цирконием легко растворяются в кипящей серной кислоте по реакции:

Mg + H₂SO₄ →MgSO₄ + H₂.

Удаление магниевого покрытия подобно растворению алюминиевых оболочек сопровождается выделением водорода. Скорость растворения регулируют концентрацией серной кислоты: добавляя в раствор 6 моль/дм³ H₂SO₄, достигают достаточно высокой скорости растворения при незначительных потерях урана с раствором (< 0,1 %). Например, для удаления магниевой оболочки с урановых твэлов французских газоохлаждаемых реакторов рекомендовано применять серную кислоту при температуре выше 50 °С [1].