Applicability of abrasive waterjet for irradiated graphite dismantling and decommissioning

In the decommissioning of nuclear installations, the removal and dismantling of all radioactive materials is essential. One of the materials that presents some difficulties is irradiated graphite. This is due to the effects of irradiation inside the reactor, such as neutron activation which results in very volatile or long half-lives radionuclides in the graphite matrix. Other important effects are the dimensional changes and the Wigner energy. The abrasive waterjet has particular features that can be exploited for the decommissioning of graphite. The main qualities are: the production of minimum quantities of dust, remote control and the fact that it does not thermally alter the material during cutting. For the decommissioning of low-temperature irradiated graphite, it is necessary to ensure that the temperature variation during cutting does not exceed 50°C. It was possible to verify that the success of the cut is dependent on reaching a minimum threshold of specific energy, calculated according to the parameters of the machine. Measurements show that the temperature limit to not releasing Wigner energy is respected. In addition, it was shown that abrasive power and feed rate are the two fundamental factors in defining the temperature distribution during cutting. Therefore, by knowing the parameters set on the cutting machine, it is possible to find a way of estimating the maximum temperature. The preliminary results obtained in this experimental thesis are very promising for the application of AWJ to the cutting of irradiated graphite.

Nel decommissioning di installazioni nucleari è fondamentale la rimozione e lo smantellamento di tutti i materiali radioattivi. Uno dei materiali che comporta notevoli difficoltà è la grafite irraggiata. Questo è dovuto agli effetti dell'irraggiamento all'interno del reattore, quali l'attivazione neutronica che porta ad avere nella matrice di grafite radionuclidi molto volatili o con lungo tempo di dimezzamento. Altri effetti importanti sono il cambio dimensionale e la formazione di difetti che portano all'accumulo di energia di Wigner. La tecnica di taglio a getto d'acqua abrasivo possiede delle caratteristiche che possono essere sfruttate per il decommissioning della grafite. Le principali qualità sono: la produzione di minima quantità di polveri, il controllo remoto e il materiale tagliato non viene termicamente alterato. Per il decommissioning di grafite può essere conveniente sezionare dei blocchi, ad esempio, per compattare il rifiuto all'interno dei contenitori. In questo caso per la grafite irraggiata a bassa energia è necessario controllare che la variazione di temperatura durante il taglio non ecceda di 50°C la temperatura a cui il blocco è stato irraggiato dai neutroni. È stato possibile verificare che il successo del taglio è legato al superamento di una soglia minima di energia specifica, calcolata in funzione dei parametri della macchina. Le misurazioni effettuate dimostrano che il limite di temperatura imposto per non rilasciare energia di Wigner viene rispettato. Inoltre, si è mostrato che potenza dell’abrasivo e velocità di taglio sono i due fattori fondamentali per definire la distribuzione di temperatura durante il taglio. Quindi, conoscendo i parametri impostati sulla macchina per il taglio, è possibile trovare un modo per stimare la temperatura massima. I risultati preliminari ottenuti in questa tesi sperimentale sono molto promettenti per l’applicazione di AWJ al taglio di grafite irraggiata.