Brevet FR2034266A1 — publié le 19701211

La présente invention concerne les recteurs nucléaires et tout particulièrement les réacteurs du type à tubes de force qui comportent une cuve, entourant le coeur et contenant un modérateur maintenu à une pression relativement faible, traver sée par des canaux ou tubes de force destinés à contenir les éléments combustibles et parcourus par un fluide caloporteur à pression élevée . Les canaux ou tubes de force sont soumis à la fois à des températures élevées et à des pressions élevée . Ils risquent donc de se*-déformer et notamment de fluer sous la combinaison de ces paramètres, ce qui constitue un danger extremement grave pour le réacteur Par ailleurs ces tubes ainsi que toutes les structures du coeur du réacteur doivent présenter une absorption neutronique la plus réduite possible .Pour des raisons dXéconomie de matière, il est donc difficile de renforcer les tubes ou de les fabriquer en un matérisu de meilleure résistance au fluage que ceux généralement utilises La présente invention a pour but de remédier à cet incon vénient en réduisant et meme en supprimant le danger de fluage des tubes de force et cela sans augmenter et même en diminuant 11 absorption neutronique des structures à lXintérieur du coeur du réacteur en allégeant leur poids Cette invention a pour objet un réacteur nucléaire à tubes de force dans lequel chaque tube de force délimite-avec un tube de calandre qui lui est coaxial extérieurement, dans toute la traversée du coeur du rédacteur, un espace annulaire rempli d'un fluide à une pression intermédiaire entre la pression du fluide réfrigérant à I'intérieur du tube de force et la pression du modérateur autour du tube calandre ou à la limite égale à celle du fluide réfrigérant . Selon une autre caractéristique de l'invention, 11 espace intermédiaire est fermé de part et d'autre du coeur d'une part par une liaison rigide des tube de force et tube de calandre et d'autre part par un système déformable permettant la dilatation différentielle de ces deux tubes Selon encore une autre caractéristique de l'invention le système déformable de dilatation est démontable Le tube de force est soulagé par la présence d'une pression intermédiaire entre lui et le tube de calandre . I1 est en effet soumis à une différence de pression plus faible que celle qui existe entre la pression du fluide caloporteur et celle du modérateur, par conséquent à contrainte de travail égale, son épaisseur peut etre diminue . Par ailleurs la lame de gaz qui remplit l'espace intermédiaire ne présente que des qualités d'absorption neutronique faibles de sorte que l'absorption à l'intérieur du coeur du réacteur n'est pas augmentée La disposition du système de dilatation à l'extérieur de la cuve au delà de la protection biologique qui entoure celle-ci permet par ailleurs, non seulement la libre dilatation piffée rentielle des deux tubes, mais le contrôle, la surveillance et même le démontage de ce système élastique sans intervention dans le coeur même du réacteur clest-à-dire éventuellement sans nécessité du retrait des éléments combustibles de celuioci La sécurité de l'utilisation prolongée du réacteur est ainsi assurée Divers autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description ci-dessous dXun mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés La figure t est une vue schématique, en coupe verticale, d'un réacteur nucléaire à tubes de force Les figures 2a, 2b, 2c, 2d représentent en dem.i-coupe les parties successives dtun canal de ce réacteur, à plus grande échelle Le réacteur nucléaire à tubes de force représenté comporte une cuve I destinée à contenir le modérateur, de préférence un modérateur liquide tel que de l'eau lourde, maintenu à une pression relativement faible, qui est traversée par des canaux 2 dont deux seulement ont été représentés à grande échelle sur la figure 1 e Ces canaux qui sont destinés à contenir les éléments combustibles sont prolongés de part et d'autre de ladite cuve t à travers des écrans de protection biologique 4 parallèles aux deux parois extrêmes de ladite cuve .Les écrans 4 sont de préférence constitués par des plaques 5 en acier ou autre métal analogue, parallèles à la cuve 1 et enfermes dams un boîtier 6 rempli dteau légère Un écran annulaire 7 est également monté autour de la cuve entre les écrans 4 A ltextérieur desdits écrans biologiques 4, les canaux 2 sont munis de prolongements 3 qui supportent des entrée et sortie B, 10 d'un fluide caloporteur circulant sous une pression élevée et ces embouts 12 de traversée d'un caisson 14, de préférence en béton précontraint, formant une enceinte protectrice autour du coeur du réacteur Chacdn des canaux 2 traversant la cuve 7 et destiné à contenir les éléments combustibles et à être parcouru par le fluide caloporteur ctest-à-dire à résister à la pression de celui-ci, est, selon l'invention, constitué par un tube de force 18 entouré par un tube calandre 20 entre lesquels est ménagé un espace annulaire 16 fermé de manière étanche de part et d'autre des écrans 4, d1un côté par une liaison rigide par exemple par une soudure des deux tubes 18 et 20 l'un sur l'autre et de l'autre par un organe souple 22 permettant la dilatation différentielle des deux tubes Un conduit 24 relie cet espace 16 à une source de fluide, par exemple un gaz tel que le C02 à une pression intermédiaire entre celle du modérateur contenu dans la cuve I et celle du fluide caloporteur . L'espace 16 est ainsi maintenu à une pression au plus égale à celle du fluide caloporteur . Le tube de force 18 nlest plus soumis à la différence entre les pressions du modérateur et du fluide caloporteur mais à celle qui sépare les pressions du fluide intermédiaire et du fluide caloporteur Le tube calandre 20 qui est moins chaud est lui soumis à la différence de pression entre le fluide intermédiaire et le modéra tueur Les risques de fluage de l'un et autre de ces tubes sont pratiquement écartés par cette répartition des fatigues et ileet aisé de dorner aux deux tubes des résistances à la rupture et des limitas élastiques suffisantes pour permettre leur utilisation prolongée Comme le montre le figure 2, le tube de force 18 qui est directement placé autour des éléments combustibles et qui est soumis à la pression du fluide caloporteur est de préférence réalisé an un alliage de zirconium dans toute la traversée de la cuve 1 et est terminé à chacune de ses extrémités par un embout 19 en acier inoxydable par exemple, soudé sur lui . Chacun de ces embouts est lui-même soudé sur un prolongement tubulaire 21 de traversée de l'écran 4 qui peut être en acier ordinaire. Le tube calandre 20 réalisé dans la traversée de la cuve dans le même alliage que le tube de force 18 est comme lui muni à chacune de ses extrémités d'un embout 26 qui est soudé à l'intérieur d'un prolongement 28 fixe dans le bottier 6 de l'écran 4. Ces prolongements 28 sont aux-mêmes réalisés en deux parties un anneau 28e en acier inoxydable de fixation sur l9emhout 26 et un tube 28b en acier ordinaire de traversée de llécran 4 A l'une des extrémités du canal, l'un des prolongements 28 porte une nervure annulaire 30 sur laquelle est soudé le prolongement 21 du tube 18 et se rétrécit en forme de tronc de conte 3t pour être fixé sur un embout 32 muni d'un ajutage 8 de pénétration du fluide caloporteur A l'autre extrémité de ce même canal le second prolongement 28 supporte un manchon de plus large diamètre 34 qui entoure un tube-35 soudé à l'extrémité du prolongement 2t du tube 18 au delà de l'écran 4, tube 35 auquel est soudé en 37 un embout 36 de support d'un ajutage 10 de sortie du fluide caloporteur .Un soufflet de dilatation 22 soudé sur le bord extrême 33 dudit manchon 34 est à l'intérieur de celui-ci soudé sur le tube 35 et ferme de manière souple et étanche l'espace t6 délimité par les tubes z et 18 et leurs prolongements 21, 28, espace qui est fermé de manière rigoureusement étanche à a-on autre extrémité par la soudure du prolongement 21 du tube 18 sur la nervure annulaire 30 du prolongement 28b du tube calandre 20 L'ensemble du manchon 34, du soufflet 22 et du tube 35 est situé au delà de l'écran 4 entre celui-ci et le caisson 14 cwest- à-dire dans un espace qui peut facilement être atteint par un opérateur après arrêt du réacteur et armature hermétique du canal correspondant . 11 est alors possible de contrôler, surveiller et même de remplacer le soufflet 22 lorsqu'il présente une fatigue ou une usurpe trop importante . Ce remplacement s'effec- tue par coupure par usinage de la soudure 25 du tube 35 sur le tube 21 , et usinage de la soudure 33 puis rétablissement de nouvelles soudures sur les organes neufs Toutefois le tube 35 est fixé sur l'embout 36 supportant l'ajutage t0 de sortie du fluide caloporteur qui débouche dans un manchon 40 fermé à I'une de ses extrémités par un bouchon soudé 42 et soudé à autre en 43 sur la canalisation 44 de sortie du fluide . Il est donc nécessaire de séparer cette canalisation 44 du manchon 40 pour retirer l'ensemble de la sortie du fluide, du tube 35 et du soufflet 22 .Ceci s'effectue aisément car la soudure du bouchon 42 peut être coupée depuis l'ex- térieur du manchon ce qui permet d'atteindre la soudure 43 de la canalisation 44 à travers ce même manchon . Eventuellement le manchon 36 qui est fixé sur le tube 35 pourrait être séparé par usinage de la soudure 37 puis être extrait d'abord afin de faciliter l'accès au soufflet 22 La mise en place d'un nouveau soufflet suppose la fixation du tube 36, la soudure du soufflet 22 en 33 puis llintro- duction de l'embout 36 supportant ajutage 10 et le manchon 40, la soudure de ce manchon sur la canalisation 44 puis sa fermeture par le bouchon 42 Aucun démontage du coeur du réacteur nient nécessaire Dans certains cas même les éléments combustibles peuvent être laissés dans le canal à traiter, un bouchon de protection biologique étant introduit dans le tube 21 et fermant de manière hermétique le tube de force 18 Bien entendu diverses modifications pourraient être apportées au mode de réalisation qui vient d'être décrit . Par exemple le soufflet 22 pourrait être remplacé par un autre organe souple permettant les dilatations différentielles . Par ailleurs ltinvention s'applique à tous les types de réacteur à tubes de force, que ces tubes soient horizontaux ou verticaux REVENDICATIONS 1) Un réacteur nucléaire à tubes de force, caractérisé en ce que chaque tube de force délimite avec un tube de calandre qui lui est coaxial extérieurement, dans toute latraversée du coeur du réacteur, un espace annulaire rempli d'un fluide à une pression intermédiaire entre la pression du fluide réfrigérant à l'intérieur du tube de force et la pression du modérateur autour du tube calandre, ou à la limite égale à celle du fluide réfrigérant 2) Un réacteur nucléaire suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace intermédiaire est fermé de part et d'autre du coeur d'une part par une liaison rigide des tube de force et tube de calandre et d'autre part par un système déformable permettant la dilatation différentielle de ces deux tubes 3) Un réacteur nucléaire suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le système déformable permettant la dilatation différentielle est démontable 4) Un réacteur nucléaire suivant les revendications t à 3, caractérisé en ce que chaque tube calandre est fixé dans les deux parois opposées de la cuve contenant le modérateur et relié à l'extérieur de celle-ci au tube de force d'un c6té par une soudure de liaison rigide et de l'autre par un soufflet de dilatation soudé sur chacun desdits tubes 5) Un réacteur nucléaire suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la tube de calandre est prolongé au delà de la cuve par un embout de plus grand diamètre au bord extrême duquel est soudé le soufflet de dilatation 6) Un réacteur nucléaire suivant l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que chaque tube comporte une partie de traversée de la cuve en un alliage de zirconium terminé par un embout en acier de fixation sur un prolongement également en acier 7) Un réacteur nucléaire suivant la revendication 6, caractérisé en ce que chaque prolongement de tubc est muni diun manchon de fixation sur le tube, en acier inoxydable 8) Un réacteur nucléaire suivant lune des revendications 6et 7, caractérisé en ce que le prolongement du tube de calandre supporte un embout d'entrée du fluide caloporteur 9o) Un réacteur nucléaire suivant lrune des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que le prolongement du tube de force supporte le soufflet de dilatation et est soudé sur un embout de sortie du fluide de refroidissement