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Physical
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de 200 litres
(5)
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300 watts
(4)
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de 10 watt
(1)
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150 watt
(1)
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3 cm
(1)
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98 % de
(1)
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de 100 watt
(1)
[13][_]
de 0,22 W
(1)
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de 6 cm
(1)
[15][_]
Gene Or Protein
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Etre
(9)
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DANS
(1)
[18][_]
Generic
(2/ 6)
[19][_]
radioactive
(5)
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metal
(1)
[21][_]
Molecule
(2/ 2)
[22][_]
DES
(1)
[23][_]
radon
(1)
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2516237A1
Family ID 3030400
Probable Assignee Kernforschungsz Karlsruhe
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
EN Title For the purpose of selecting the disposal concept in the
disposal of radioactive waste in a disposal mine, and of............
FR Title CALORIMETRE A FLUX DE CHALEUR, POUR LA MESURE DU DEBIT DE
CHALEUR D'UN CONTENEUR DE DECHETS RADIOACTIFS
Abstract
_________________________________________________________________
For the purpose of selecting the disposal concept in the disposal of
radioactive waste in a disposal mine, and of assessing safety, it is
necessary, in particular, to know about the development of heat
emanating from the packed final wastes as a consequence of the radio-
active decay of the radionuclides. The invention relates to a heat
flow calorimeter for measuring the thermal output of a waste drum with
radioactive wastes which have a thermal output of up to approx. 300
watts per waste drum by means of establishing a temperature gradient.
It is characterised in that the waste drum (1) is surrounded by an
absorber jacket (3 to 5) which absorbs the radioactive radiation
emanating from the waste drum (1) and is thereby heated, in that at
least the cylindrical jacket part (3) of the absorber jacket (3 to 5)
is surrounded by a calorimetric block (6), between the inner surface
(15) and outer surface (16) of which the temperature gradient is
determined, in that the calorimetric block (6) is surrounded by a
controllable cooling element (7), and in that the waste drum (1), the
absorber jacket (3 to 5), the calorimetric block (6) and the cooling
element (7) are accommodated in an outer jacket (9, 13, 17) made of
thermally insulating material.
A.CALORIMETRE A FLUX DE CHALEUR, POUR LA MESURE DU DEBIT DE CHALEUR
D'UN CONTENEUR DE DECHETS RADIOACTIFS.
B.CALORIMETRE CARACTERISE EN CE QUE LE CONTENEUR DE DECHETS 1 EST
ENTOURE PAR UNE ENVELOPPE ABSORBANTE 3 A 5 QUI S'ECHAUFFE - AU MOINS
LE CORPS CYLINDRIQUE 3 DE L'ENVELOPPE ABSORBANTE 3 A 5 EST ENTOURE PAR
UN BLOC DE MESURE DE CHALEUR 6, QUI DETERMINE LE GRADIENT DE
TEMPERATURE ENTRE SA FACE INTERIEURE 15 ET SA FACE EXTERIEURE 16, ET
QUI EST ENTOURE PAR UN ELEMENT REFROIDISSEUR REGLABLE 7, ETANT ENFERME
DANS UNE ENVELOPPE EXTERIEURE 9, 13, 17 EN MATERIAU ISOLANT DE LA
CHALEUR.
C.L'INVENTION CONCERNE LE CONTROLE DES DECHETS RADIOACTIFS.
Description
_________________________________________________________________
L'invention concerne un calorimetre a flux de chaleur, pour la mesure
du debit de chaleur d'un fut contenant des dechets radioactifs, dans
le cas de dechets ayant un debit de chaleur d'environ 300 watt par
fut, la mesure etant effectue par determination d'un gradient de
temperature.
Pour le choix du mode de stockage de dechets radioactifs dans une mine
de depot et pour assurer la securite il est necessaire de connartre
notamment le degagement de chal provenant des dechets emballes du a la
decomposition radioactif des nucleides de radon. C'est ainsi que, dans
le cas de dechet sans degagement de chaleur, on peut choisir un
stockage en chambres, de cout favorable, tandis que, lors de dechets a
de; gement de chaleur, tels que les boues de clarification cimente en
futs de 200 litres provenant du retraitement de combustible
nucleaires, il est necessaire de prevoir un stockage couteux dans des
forages de mines en vue d'accroitre l'evacuation de la chaleur
degagee.Suivant l'age et la proportion volumetriqu des dechets dans
des conteneurs de stockage, le degagement de chaleur, par exemple dans
le cas de boues de clarification cimentees, pour varier de moins de 10
watt jusqu'a environ 150 watt par fut de 200 litres.
Les affirmations relatives au degagement de chaleur de ces futs de
dechets ont ete appuyees jusqu'a mainte sur des estimations grossieres
basees sur des calcules sur la combustion et d'analyses lors du
retraitement de combustibles nucleaires usages. Avec de telles
estimations, on n'a dispose, jusqu'a maintenant, que de valeurs
limites pour le debit de chaleur de futs de dechets de la categorie
superieure de deche emetteurs de chaleur. Aucune mesure de debit de
chaleur n'a encore ete effectuee sur de petits echantillons.
La methode employee jusqu'a ce jour pour la determination du debit de
chaleur des dechets a haute emission de chaleur emballes, sur la base
de calculs de combustion et d'analyses presente les inconvenients
suivants
- etant donne que l'analyse de boues de classification ne peut etre
effectuee que tres difficilement (en raison des teneurs en solides
extremement differentes) et avec des depenses importantes (technique a
cellules de chauffage) on n'a pu etablir jusqu'a maintenant que des
resumes de resultats de reference (car les resultats d'analyses
varient fortement). La repartition des nucelides calculee sur la base
de la combustion complete des elements combustibles ne donne les
veritablescomentrations dans les boues de clarification qu'avec une
grande imprecision, ce qui influence egalement defavorablement le
debit de chaleur calcule.
- pour le calcul du debit de chaleur rapporte au fut de stockage, il
est necessaire de connattre les volumes et masses individuels des
composants (dechet en suspension dans du beton). Ces donnees ne
peuvent etre obtenus lors du traitement en cellules de chauffage
qu'avec une grande imprecision.
- independamment de l'imprecision de la determination du debit de
chaleur des futs, le procede actuel ne constitu pas une methode de
routine et, par suite, il ne convient pas au controle d'entree de
produits dans un stockage definitif.
- avec le procede actuel, on est dependant des indications fournies
par le producteur de dechets.
L'invention a pour but de fournir une installation avec laquelle le
debit de chaleur de recipients remplis de dechets radioactifs peut
etre mesure.
Dans ce but, l'invention a pour objet un calorimetre a flux de
chaleur, pour la mesure du debit de chaleur d'un conteneur de dechets
radioactifs, avec une emission de chaleur d'environ 300 watts, par
conteneur, par determination d'un gradi3nt de temperature, caracterise
en ce que le conteneur de dechets est entoure par une enveloppe
absorbante qui absorbe le rayonnement radioactif emis par le conteneur
et qui s'echauffe, au moins le corps cylindrique de l'enveloppe
absorbante est entoure par un bloc de mesure de chaleur, qui determine
le gradien de temperature entre sa face interieure et sa face
exterieure, et qui est entoure par un element refroidisseur reglable,
le conteneur de dechets, l'enveloppe absorbante, le bloc de mesure de
chaleur et l'element refroidisseur etant enfermes dans une enveloppe
exterieure en materiau isolant de la chaleur.
L'invention propose differentes formes de realisation avantageuse de
cette installation.
L'invention apporte les avantages suivants
- le calorimetre a flux de chaleur convient pour des mesures de
routine qui peuvent etre effectuees apres l'emballage des dechets, par
exemple dans le cas de controle d'entree des produits dans un stockage
definitif.
- avec ce calorimetre le debit de chaleur d'emballages finaux de
dechets de 200 litres peut etre determine avec precision, sans
recevoir d'informations du productetir de dechets (par exemple sur la
composition et l'age des dechets).
- la simplicite de la constitution de l'alJpareil de mesure et de ses
elements de service donne la possibilite de le mettre en oeuvre dans
le cas de cellules de chauffage, avec les installations de
manipulation deja existantes (par exemple, appareil de saisie de fAts,
grues). Le systeme electronique de mesure et d'exploitation de
resultats necessaire est place a l'interieur des cellules chaudes.
L'invention est expliquee ci-apres a propos d'un exemple de
realisation avec reference aux figures 1 a 3 annexees, representant
- en figure 1, un calorimetre suivant l'invention
- en figure 2, la courbe de rayonnement a travers une couche de plomb
en fonction de son epaisseur
- en figure 3, la courbe d'accroissement de'tempe- rature du
calorimetre en fonction du temps.
Le calorimetre a flux de chaleur de la figure 1, pour un fut de
dechets de 200 litres, contient, entre autres, une enveloppe
absorbante, par exemple en plomb, destinee a absorber et convertir en
chaleur le rayonnement gamma radioactif.
Cette enveloppe est composee d'un corps cylindrique 3 avec un
couvercle 5 et une piece de fond 4. Le fut ou recipient de dechets 1
est place dans un conteneur en acier hautement allie 2, sur
l'exterieur duquel s'appuient les elements 3 eut 4 de l'enve- loppe
absorbante. La piece de couvercle 5 de l'enveloppe est entouree par
une enveloppe d'acier 18 avec dispositif saillant de saisie 21 et elle
repose sur une collerette circulaire 20 qui constitue un pont de
chaleur. Sur ce couvercle 5 est place le couvercle isolant 13 en
materiau isolant de la chaleur dont la surface superieure est
recouverte d'une plaque d'acier 19 avec dispositif de saisie 21. Le
couvercle isolant 13 est separe du couvercle absorbant 5 du point de
vue de transmission de chaleur.
L'enveloppe d'absorption 3 a 5 et notamment son corps cylindrique 3,
est entouree etroitement par un bloc de mesure de chaleur
thermostatique 6 qui fait saillie au-dela des deux faces frontales du
corps d'enveloppe 3 et qui est constitue en alliage de metal leger.
Concentriquement au bloc de mesure de chaleur 6 et au corps
d'enveloppe cylindrique 3, est prevu un element refroidisseur
thermostatique reglable 7 qui est monte etroitement sur la surface
exterieure 16 du bloc de mesure de chaleur 6.-Avec cet element
refroidisseur, la temperature exterieure du bloc de mesure de chaleur
6 est reglable a une valeur constante. Les temperatures sur la surface
interieure 15 et la surface exterieure 16 du bloc de mesure de chaleur
6 peuvent etre determinees au moyen de thermo-elements Il et 12.
L'ensemble de mesure 3, 6,7 est entoure par une enceinte isolante de
la chaleur avec enveloppe 9, couvercle 13 et fond 17 en matiere
minerale thermiquement isolante. Des epaulements prevus sur les
surfaces exterieures et les surfaces frontales de l'enveloppe du
couvercle et du fond 9, 13, 17 servent au maintient de l'ensemble de
mesure ainsi qu'au maintien du conteneur de dechets 2 et du fut 1. Les
elements 2 17, 9 et 13 des moyens d'isolation peuvent en supplement
etre enfermes dans une enveloppe en acier 10, 19 tandis que la piece
de couvercle 5 de l'enveloppe absorbante est entouree d'une gaine 18
d'alliage d'acier.
le calorimetre a flux de chaleur du type decrit ci-dessus peut etre
dispose sur une plateforme de montage depla cable sur roues 14. les
pieces de couvercle 13 et 5 de l'enveloppe d'isolation de chaleur et
de l'enveloppe d'absorption sont pourvues chacun d'un appendice de
saisie 21 pour un appareil manipulateur adapte au conteneur de dechets
1.
Le calorimetre pour la mesure de debit de chaleur des conteneurs de
dechets 1 se compose par consequent d'un recipient interieur 2, 18
pour recevoir l'echantillon de mesure, qui est monte separement, par
un absorbeur 3, 4, 5 et une couche de transmission de chaleur 5, dans
un recipient exterieur 9, 13, 17, 10, 19. Dans ce type de calorimetre,
la temperature du recipient exterieur est maintenue constante (par
exemple egale a la -temperature du local). lors de l'introduction de
l'echantillon producteur de chaleur, il se forme un gradient de
temperature, de l'interieur vers l'exterieur, dans le bloc de mesure
6. De la chaleur s'ecoule vers l'exterieur.
Cette evacuation de chaleur est en equilibre avec la production de
chaleur dans l'echantillon (conteneur de dechets 1). Le gradient de
temperature mesure entre les thermo-elements 15, 16 prevus sur la
paroi interieure 15 et la paroi exterieure 16 est proportionnel a la
chaleur emise par l'echantillon de mesure
Dans le cas decrit ici, on peut partir du fait que, malgre Da
decomposition radioactive des nucleides fixes dans le conteneur de
dechets 1, le debit de chaleur reste constant pendant la duree du
temps de mesure relativement courte (de 1 E 3 jours). Le debit de
chaleur est ainsi directement proportionr a l'augmentation de
temperature par unite de temPs mesuree.
Dans cette equation,
P s debit de chaleur de l'echantillon en conteneur 1 en watt, Mj=
masse de l'echantillon en conteneur 1 ainsi que des elemen
i de construction du calorimetre en Kg, C Pi = capacite thermique
specifique de l'echantillon en conten
1 ainsi que des elements de construction en Ws/Kg K, = = coefficient
de conduction de chaleur du bloc de mesure 6
en W/m2 X,
S = surface exterieure efficace du calorimetre en m2,
T = temperature en K sur la face interieure 15 du bloc de
mesure 6,
T = temperature en E sur la face exterieure 16 du bloc de
v
mesure 6, dTs = variation ae la temperature (? ) du calorimetre en
fonct dt du temps (t) en S/K, QC.S. = (TS-Tv) = echange de chaleur
avec l'exterieur.
Apres un temps de mesure suffisant, il 'etablit un etat stationnaire,
dans lequel l'evacuation de chaleur est egale a la production de
chaleur dans le calorimetre, c'est-adire que dTs = 0.
dt
L'equation ci-dessus peut ainsi entre simplifiee et on obtient
P o(.S. (T5 - Tv)
Le facteur.S peut etre determine par etalonnage avec un corps
echantillon chauffe electroniquement. Pour l'absorption de l'energie
totale dans le calorimetre, le revetement isolant en plomb 3 a 5 dans
l'espace interieur est necessaire. (Une epaisseur d'environ 3 cm
suffit pour capter 98 % de la chaleur emise).
Dans la figure 2, l'energie de rayonnement absorbe dans la source de
rayonnement 1 et dans l'isolation en plomb rapportee a la quantite
totale d'energie rayonnee en fonction de l'epaisseur tpb de
l'isolation 9 a 5.
Des estimations ont montre que, lors de l'emploi de conteneurs de 200
litres avec des dechets cimentes, qui ont un debit de chaleur de 100
watt, il s'etablit un gradient de temperature sur l'element
transmetteur de chaleur d'environ 100C, pour une capacite calorifique
de 0,22 W/mE du bloc de mesure de chaleur et une epaisseur de 6 cm. Le
temps de mesure jusqu'a atteinte d'un etat d'equilibre de temperature
est'de l'ordre de grandeur de 2 jours. La figure 3 montre
l'accroissement de temperature en fonction de temps t (en jours).
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
10)Calorimetre a flux de chaleur, pour la mesure du debit de chaleur
d'un conteneur de dechets radioactifs, avec une emission de chaleur
d'environ 300 Watts par conteneur, par determination d'un gradient de
temperature, calorimetre caracterise en ce que le conteneur de dechets
(1) est entoure par une enveloppe absorbante (3a 5) qui absorbe le
rayonnement radioactif emis par le conteneur et qui s'echauffe - au
moins le corps cylindrique (3) de l'enveloppe absorbante (3a 5) est
entoure par un bloc de mesure de chaleur (6) qui determine le gradient
de temperature entre sa face interieure (15) et sa face exterieure
(16), et qui est entoure par un element refroidisseur reglable (7) -
le conteneur de dechets (1), l'enveloppe absorbante (3 a 5), le bloc
de mesure de chaleur (6) et l'element refroidisseur (7) etant enfermes
dans une enveloppe exterieure (9, 13 17) en materiau isolant de la
chaleur.
20) Calorimetre a flux de chaleur suivant la revendication 1,
caracterise en ce que le conteneur de dechets (1) est place dans un
cylindre d'acier (2) avec piece de couvercle (18) qui est en contact
etroit avec l'enveloppe absorbante (3 a 5).
30) Calorimetre a flux de chaleur suivant l'une des revendications 1
et 2, caracterise en ce que le bloc de mesure de chaleur (6) ainsi que
l'element refroidisseur (7) ont une forme cylindrique et font saillie
au dela des faces frontales du cylindre d'enveloppe (3) de l'enveloppe
absorbante (3 a 5).
40) Calorimetre a flux de chaleur suivant l'une quelconque des
revendications 1 a 3, caracterise en ce que, sur la face interieure
(15) et sur la face exterieure (16) du bloc de mesure de chaleur (6)
sont disposees des thermoelements (11, 12, 8) pour la mesure de la
temperature ainsi que pour le reglage de la temperature de l'element
refroidisseur (7).
50) Calorimetre a flux de chaleur suivant l'une quelconque des
revendications 1 a 4, caracterise en ce que l'enveloppe exterieure (9,
13, 17) est entouree par une enveloppe en acier (10, 19).
60) Calorimetre flux de chaleur suivant l'une quelconque des
revendications 1 a 5, caracterise en ce que le couvercle de protection
de rayonnement (5) et le couvercle d'son latin(15) du conteneur (1)
sont pourvus chacun d'un appendice de sortie (21) pour un appareil
manipulateur.
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