Radiological impact of very slightly radioactive copper and aluminium recovered from dismantled nuclear facilities

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Extrait

ISSN 1018-5593
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Commission of the European Communities
nuclear science
and technology
Radiological impact of very slightly radioactive
copper and aluminium recovered from
dismantled nuclear facilities
Report
EUR 13160 EN Commission of the European Communities
nuclear science
and technology
Radiological impact of very slightly radioactive
copper and aluminium recovered from
dismantled nuclear facilities
H. Garbay, A. M. Chapuis
assisted by
O. Cahuzac, P. Guetat, D. Haristoy, P. Renaud
Commissariat à l'énergie atomique
Institut de protection et de sûreté nucléaire
F-92265 Fontenay-aux-Roses
Contract No FI 1D-0052
Final report
This work was performed in the framework
of the European Communities' research programme
on the decommissioning of nuclear installations,
Project No 6 'Estimation of the quantities of radioactive waste'
Directorate-General I ©ADI pnpnp D«LI« it
Science, Research and Development ' ^ wwr. Dlti,loth>
1992 |N.C. EUR 13160 EN I
CI. Published by the
COMMISSION OF THE EUROPEAN COMMUNITIES
Directorate-General
Telecommunications, Information Industries and Innovation
L-2920 Luxembourg
LEGAL NOTICE
Neither the Commission of the European Communities nor any person acting
on behalf of then is responsible for the use which might be made of
the following information
Cataloguing data can be found at the end of this publication
Luxembourg: Office for Official Publications of the European Communities, 1992
ISBN 92-826-3982-7
© ECSC-EEC-EAEC, Brussels • Luxembourg, 1992
Printed in Belgium ABSTRACT
This work is undertaken in the framework of an assessment of the doses liable to be received by
non-nuclear workers during the recycling of materials recovered from dismantled nuclear facilities.
Very slightly contaminated or activated materials may be routed to conventional disposal or
recovery networks. A recent investigation concerned steel recycling ; the present survey is
focussed on copper and aluminium.
Bibliographical research and inquiries have been implemented, both in the nuclear field, with a view
to assessing the quantities of very slightly radioactive materials involved, and in the conventional
copper and aluminium recycling fields : waste recovery, metal refining and processing,
occupational or domestic uses of these metals or their alloys. The copper and aluminium waste
recovered from the dismantling of nuclear installations derives mainly from electric cables. It
consequently seemed advisable to also consider recovery of the cable insulating materials, mainly
polyvinyl chloride (PVC). Estimated quantities are relatively low as compared with the steel
quantities from the same source. The survey is based on a dismantling scenario involving two
PWR's per year. Estimated quantities are 200 tonnes of copper, 40 tonnes of aluminium and
500 tonnes of PVC. A special case is also included : dismantling of the low and medium uranium
enrichment plants at Pierrelatte (France), where all pipework is made of an aluminium-magnesium
alloy, AG3.
From these data are derived exposure scenarios with a non-negligible probability of occurrence.
Doses liable to be received under these envisaged conditions are calculated. Initial waste activity
levels can then be defined such that the reference levels based on the recommendations of
international bodies such as the ICRP, the IAEA, the NEA, will be respected. The mean specific
activity of the main beta-gamma emitters in copper, aluminium and PVC are of the same order of
magnitude, lOBq.g*1. For alpha emitters, specific activity levels depend on the material and the
radionuclide concerned, ranging from 2 Bq.g'1 to 10 Bq.g;1 for copper and from 10 Bq.g"1 to
50 Bq.g"1 for aluminium. RESUME
Ce travail s'inscrit dans le cadre d'une évaluation des doses susceptibles d'être reçues par des
individus ne travaillant pas dans l'industrie nucléaire, lors du recyclage de matériaux provenant du
démantèlement d'installations nucléaires. En effet, un certain nombre dex très légèrement
contaminés ou activés peuvent être envoyés dans les circuits conventionnels d'élimination ou de
récupération. Une étude a déjà été réalisée concernant le recyclage des aciers ; pour faire suite à ce
travail, la présente étude traite du recyclage du cuivre et de l'aluminium.
Une étude bibliographique et des enquêtes sont réalisées, d'une part dans le domaine nucléaire afin
d'évaluer les quantités de matériaux susceptibles de faire partie de la catégorie des matériaux très
faiblement radioactifs, d'autre part dans le domaine industriel conventionnel du traitement des
déchets cuivreux et alumineux : récupération des déchets, affinage du métal, transformation en
produits fïnis,utilisation tant professionnelles que domestiques de ces métaux ou de leurs alliages. Il
s'avère que les déchets de cuivre et d'aluminium provenant du démantèlement d'installations
nucléaires seront surtout dus aux câbles électriques. Il est donc apparu nécessaire de s'intéresser au
devenir des gaines d'isolation de ces câbles, qui sont principalement en polychlorure de vinyle
(PVC). Les quantités estimées sont relativement faibles comparées aux quantités d'acier de même
provenance. L'étude se base sur le démantèlement de deux réacteurs à eau sous pression par an ; les
quantités sont estimées à 200 tonnes, 40 tonnes d'aluminium et 500 tonnes de PVC. Un cas
particulier est également traité : celui du démantèlement de l'usine basse et moyene
d'enrichissement de l'uranium à Pierrelatte en France, dont les circuits sont entièrement constitués
d'un alliage d'aluminium et de magnésium, l'AG3.
A partir de ces renseignements, on définit les scénarios d'exposition ayant une probabilité
d'occurence non négligeable. Les doses susceptibles d'être reçues danzs les conditions prévues par
ces scénarios sont calculées. On peut en déduire les niveaux d'activité que le déchet initial ne doit
pas dépasser pour respecter les doses de référence établies à partir des recommandations des
instances internationales telles que la CIPR, l'AIEA et l'AEN. Pour les principaux émetteurs bêta-
gamma, on obtient, dans le cas du cuivre, de l'aluminium et du PVC, un même ordre de grandeur
de l'activité massique moyenne, égal à lOBq.g"1. Dans le cas des émetteurs alpha, les niveaux
d'activité massique dépendent du matériau, et sont compris entre 2 Bq.g"1 et lOBq.g"1 selon le
radionuclide pour le cuivre, et compris entre 10 Bq.g"1 et 50 Bq.g"1 selon le radionucléide pour
l'aluminium.
La version française de ce document a été publiée par la Commission des Communautés
Européennes sous la référence EUR 13160.
IV TABLE OF CONTENTS I. INTRODUCTION 1
II. METALS IN NUCLEAR INSTALLATIONS 5
II. 1 QUANTITIES OF METAL RECOVERED FROM DISMANTLING 7
II. 1.1 Copper 7
II. 1.2 Aluminium 8
II. 1.3 Quantities of low level radioactive materials 9
II.2 ACTIVATION OF ELECTRIC CABLES 10
II.2.1 Copper impurities
11.2.2 Cable insulating sheath constituents
II.2.3 Activation of materials
III. RESMELTING INDUSTRY 13
III.1 RECOVERY - SEPARATION OF MATERIALS5
m.2 COPPER
III.2.1 Overview of the copper industry 1
III.2.2 Refining resmelted copper6
III.2.3 Copper electrorefining7
III.2.4 Shaping - processing8
III.2.5 Processing of copper refining residues9
III.3 ALUMINIUM 20
III.3.1 Overview of the aluminium industry
111.3.2 Aluminium andm alloy refining 2
IV. DEFINITION OF STUDY PARAMETERS1
V. EXPERIMENTS IN INDUSTRIAL ENVIRONMENTS5
V.1 SAMPLING7
V.2 MEASUREMENT OF DUST CONCENTRATIONS IN THE ATMOSPHERE 2
V.2.1 Experimental equipment 2
V.2.2 Specific concentration of inhalable particles8
V.2.3 Copper refining
V.2.4 Processing of copper refining residues9
V.2.5 Aluminium refining
V.3 ELEMENTS DISTRIBUTION IN THE REFINING PRODUCTS 30
V.4 EXPERIMENTS IN SEMI-INDUSTRIAL ENVIRONMENT1
V.4.1 Experimental conditions 3
V.4.2 Atmospheric concentrations
V.4.3 Uranium distribution in the fusion products2
VI. POTENTIAL RADIOLOGICAL IMPACT OF RECYCLING3
VI. 1 PRINCIPLE OF CRITICAL GROUPS IDENTIFICATION 35
VI.2 PARAMETERS BASED ON EXPERIMENTAL DATA
VII VI.2.1 Radionuclide distribution 35
VI.2.2 Atmospheric concentrations6
VI.3 CRITICAL PATHWAY ANALYSIS AND ASSESSMENT OF DOSES TO
CRITICAL GROUPS
VI.3.1 Exposure hazards in the refinery
VI.3.1.1 Treatment of the metal2 Processing and disposal of refining by-products 39
VI.3.2 Exposure hazards during post-refining processes 41