Le développement des procédés de co-conversion des actinides en composés oxyde, carbure ou ...

30 Pages·2008·4.87 MB·French

Le développement des procédés de co-conversion des actinides
en composés oxyde, carbure ou nitrure,
précurseurs de combustibles et/ou cibles
S. Grandjean, B. Arab-Chapelet, A-C. Robisson, S. Picart, J. Dauby, M. Bertrand
Service de Chimie des Procédés de Séparation / Laboratoire de Chimie des Actinides
DEN/MARCOULE/Département Radiochimie et Procédés
S. Vaudez
Service Plutonium et Actinides Mineurs / Laboratoire des Technologies d’Elab. des Comb.
DEN/CADARACHE/Département d’Etudes des Combustibles
I. Procédés de co-conversion en oxyde des actinides
II. Défis autour du développement des procédés de co-conversion
en oxyde
(cid:1)
impliquant des actinides mineurs (AMs)
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
III. Produits co-convertis Procédés de fabrication de comb.
(cid:1)
oxydes, carbures, nitrures
DEN/MAR/Département RadioChimie et Procédés
5 juin 2008 -Atelier GEDEPEON-PARIS -Avignon -SG 1
Eléments de contexte
(cid:3)
Evolution du recyclage
(tiré d’un document AREVA NC)
Rokkasho
J-MOX
UU
La Hague
MELOX
UU
COEXTM
DEN/MAR/Département RadioChimie et Procédés
5 juin 2008 -Atelier GEDEPEON-PARIS -Avignon -SG 2
Eléments de contexte
(cid:3) (cid:1)
Procédés avancés : COEXTM (Gén. III+) REL (puis RNR)
(cid:1)
Co-conversion oxalique de U et Pu en oxyde
Fuel processing
Fabrication de
combustible MOX
Dissolution Co-séparation (extraction)
Co-conversion
U+Pu
Combustible
COEXTM
usé
Pu + U
U+Pu
Actinides
PF + AMs
+
FP
(cid:1)
Recyclage de U et Pu
• Co-conversion de U et Pu en oxyde après les étapes de séparation,
davantage intégrée à la refabrication du combustible (MOX).
• Produit de la co-conversion (U,Pu)O = matière première du combustible.
2
DEN/MAR/Département RadioChimie et Procédés
5 juin 2008 -Atelier GEDEPEON-PARIS -Avignon -SG 3
Eléments de contexte
(cid:3) (cid:1)
Cycles avancés avec recyclage des AMs (Gén. IV) RNR
(cid:1)
Voie 1 : co-gestion U+Pu et recyclage hétérogène des AMs
(cid:1)
Co-conversion d’actinides : immobilisation des actinides en phase solide (oxyde)
en fin du traitement du combustible ; le solide produit par la co-conversion est un
matériau précurseur du nouveau combustible ou d’une cible/couverture.
Traitement du combustible
Fabrication de nouveaux
Co-conversion
objets combustibles
Dissolution Séparations
Combustible
Appoint U
usé
COEXTM
Actinides
U+Pu
Actinides
PF
+
PF
DX-SX
U+AM
• Co-conversion spécifique des AMs (dilués par ex. dans l’uranium),
• Fortes concentrations d’AMs en solution et dans le solide.
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5 juin 2008 -Atelier GEDEPEON-PARIS -Avignon -SG 4
Eléments de contexte
(cid:3) (cid:1)
Cycles avancés avec recyclage des AMs (Gén. IV) RNR
(cid:1)
Voie 2 : recyclage homogène des AMs
(cid:1)
Co-conversion des actinides de manière groupée : immobilisation conjointe de
l’ensemble des actinides en fin du traitement, sous une forme solide, principale
matière première du combustible.
Traitement du combustible
Dissolution Séparation Co-conversion Refabrication
Appoint U
Combustible
usé
GANEX
Actinides U+Pu
ou
Actinides +Np
+ PF PUREX +Am
PF +DX-SX +Cm
SSSS Actinides
• Le flux d’AMs est dilué dans le flux principal U+Pu,
• Faibles concentrations d’AMs en solution et dans le solide.
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5 juin 2008 -Atelier GEDEPEON-PARIS -Avignon -SG 5
I. Procédés de co-conversion en oxyde des actinides
(cid:3)
Conversion et co-conversion : procédés existants/développés
(cid:1)
Co-précipitation + traitement thermique
• Oxalique An(IV), An(III), An(VI)
• Hydroxyde An(IV), An(VI)
• Carbonate An(V), An(VI)
• Peroxyde… An(VI)
(cid:1)
Sol-Gel + traitement thermique
• Sol-Gel colloïdal
• Gélification interne ou externe (additifs gélifiants)
(cid:1)
Denitration thermique
• Dénitration directe avec/sans additifs
• Dénitration plasma
• Dénitration micro-ondes
• « Dénitration » sur support (céramiques ou résines)…
(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)
Nouveaux besoins pour les systèmes de GenIII/GenIV
• Economie des ressources (recyclage)
• Barrières supplémentaires vis-à-vis de la prolifération (mélange, pas de flux
de plutonium seul)
(cid:2)
• Gestion à terme des actinides mineurs ( radiotoxicité potentielle à LT et du
volume des déchets)
(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)
Besoin en procédés innovants.
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5 juin 2008 -Atelier GEDEPEON-PARIS -Avignon -SG 6
I. Procédés de co-conversion en oxyde des actinides
(cid:3)
Gen II/III : la conversion oxalique du Pu(IV) en oxyde
(cid:1)
Maturité industrielle du procédé (AREVA NC)
(cid:1)
R4/T4 à La Hague
Solution de
nitrate de
Pu(IV) Solution de nitrate de Pu(IV)
purifiée
• UP2-800 – R4
HOOC - COOH
• UP3 – T4 Acide oxalique
Cuve Précipité oxalate
Capacité > 100 kg de Pu / jour d’alimentation
Filtre rotatif tambour Sortie des
gaz
Précipitateur
àEffet Vortex
Oxyde Oxygène
(cid:1)
Soutien R&D
Vers le traitement
sur ATALANTE des eaux mères oxaliques
Four de calcination
Cuve tampon Conditionnement du PuO
2
Données de base expérimentales
Modélisation
L15 -ATALANTE
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5 juin 2008 -Atelier GEDEPEON-PARIS -Avignon -SG 7
I. Procédés de co-conversion en oxyde des actinides
(cid:3)
Gen II/III : co-dénitration thermique couplée à une évolution du
PUREX (Rokkasho)
(cid:1)
Co-dénitration U/Pu micro-ondes (technologie JAEA)
Mélange
Co-Dénitration
flux UVI + flux PuIV
Concentration/Décomposition UO /U O + PuO + 1 to 5% H O
3 3 8 2 2
(cid:1)
UVI + PuIV en solution + Evaporation/Chauffage
Concassage
e H O+ e NOx
2
Gaz (NOx) -traitement Calcination
des condensats
Ar/H Ar + e H + e H O
2 2 2
Réduction
Broyage
UO + PuO Fab. MOX
2 2
(cid:1)
Industrialisation à l’usine de Rokkasho Mura (tests actifs) :
(cid:1)
U/Pu 50/50 essentiellement sur des critères de résistance accrue à la
prolifération, en utilisant la technologie disponible au Japon (JAEA).
(cid:1)
Au stade actuel, de nombreuses opérations successives (en particulier des
traitements chimiques et mécaniques de l’oxyde mixte).
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5 juin 2008 -Atelier GEDEPEON-PARIS -Avignon -SG 8
I. Procédés de co-conversion en oxyde des actinides
(cid:3)
Gen III/III+ : co-conversion oxalique - COEXTM
(CEA+AREVA NC)
(cid:1)
Co-conversion de l’uranium et du plutonium via une co-
précipitation oxalique
+ H C O (oxalic acid)
2 2 4
Réduction (U+Pu)
(cid:1) Co-Précipitation M (U ,Pu )(C O ) O hyd
UIV + PuIII en solution 2+x 2-x x 2 4 5 2
Filtration
Ar Ar + H O + CO/CO
2 2
Calcination + N gases
Traitement/recyclage
des eaux mères oxa.
(U,Pu)O fab. MOX
2
(cid:1)
Avantages techniques et scientifiques (GenIII/GenIV):
(cid:1)
Simplicité (extension de la conversion oxalique du Pu(IV)) et continuité des
opérations.
(cid:1)
Homogénéité de la distribution du Pu (solutions solides oxyde).
(cid:1)
Facteur de décontamination supplémentaire (étape de précipitation).
(cid:1)
O/M ~ 2 sans utilisation de H .
2
(cid:1) Coulabilité de la poudre accessible, surface spécifique ~ 3 - 4 m2/g…
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5 juin 2008 -Atelier GEDEPEON-PARIS -Avignon -SG 9
I. Procédés de co-conversion en oxyde des actinides
(cid:3)
GEN III(+) : co-conversion oxalique U-Pu
(cid:1)
Procédé adaptable aux technologies de type R4/T4 (La Hague)
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
Réduction (si besoin)
(ou flux Pu(III)
par ex. par U(IV) + Lavage U(VI)
+U(IV))
Solution de
nitrate de
U(VI) + Pu(IV)
Pu(IV) purifiée
Acide oxalique
Cuve
d’alimentation
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)
PUREX COEXTM
Filtre rotatif tambour Sortie des
gaz
Précipitateur
àEffet Vortex
Oxygène N
2
Vers le traitement
des eaux mères oxaliques
Four de calcination
Cuve tampon Conditionnement du PuO (U,Pu)O (cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1) Fab.
2 2
MELOX process
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