Brevet FR2043799A1 — publié le 19710219

i .2043799 La présente invention concerne des réacteurs nucléaires, et plus particulièrement des bouchons de protection pour fermer des enceintes de réacteurs nucléaires. Un tel bouchon peut être agencé pour tourner afin de permettre à un appareil d'enfournement 5 porté excentriquement par le bouchon de desservir diverses positions. Dans ce cas, la face interne du bouchon peut être exposée en service à des températures élevées et à un rayonnement ionisant important. En conséquence, le bouchon comporte à la fois un écran thermique et anti-radiation afin de ramener la température et le rayonnement à 10 des niveaux acceptables à la surface externe. Par conséquent, le bouchon s'étend très profondément. Le bouchon comporte une enveloppe généralement cylindrique traversée de haut en bas par divers canaux, comme ceux destinés au rechargement, au réglage et à divers instruments. En outre, le bouchon 15 peut présenter un. ou plusieurs diamètres différents pour l'adapter à des dispositifs destinés à empêcher l'éjection du bouchon dans des conditions extrêmes ou en cas d'incident technique. En outre,-la dimension peut parfaitement exiger la présence d'un renforcement interne de l'enveloppe. Tous ces facteurs se combinent pour rendre 20 difficile le remplissage de l'enveloppe avec la matière antiradiation. nécessaire et pour garantir un remplissage complet à une densité raisonnablement constante. Jusqutici, on a utilisé le béton, mais l'expérience a montré^que le bébon peut ne pas se sécher complètement, de sorte qu'il peut dégager* de l'eau pendant 25 la durée d'utilisation du réacteur, en provoquant la corrosion des tubes et par conséquent, un. dégagement d'eau à l'intérieur du réacteur qui, en particulier dans le cas d'un réacteur refroidi par métal liquide, ne peut pas être toléré. La demande de brevet britannique ÎT° 9006/67 du 24 Février 1967 déposée par le Demandeur 30 décrit une matière de protection différente du béton, notamment de la grenaille d'acier liée par une résine du type époxy. Toutefois, ces résines sont coûteuses et un bouchon d'un réacteur générateur d'énergie nécessite de grandes quantités de résine ; par exemple, nn bouclier vide pour un réacteur surgénérateur à neutrons rapides 35 refroidi par du sodium de 250 MW(E) pèse 100 tonnes et nécessite 80 tonnes environ de remplissage. En outre, il s'est avéré difficile d'obtenir un remplissage de densité constante, et le mode opé 70 19900 2 2043799 ratoire pour assurer un bon remplissage n'a pas donné entière satisfaction. La présente invention a pour objet une composition antiradiation. utilisée comme remplissage pour un bouchon de protection 5 d'un bouclier de fermeture d'un réacteur nucléaire, composition qui surmonte la plupart des inconvénients susmentionnés. Selon l'invention, une composition anti-radiation convenant pour remplir un bouclier de protection d'un réacteur nucléaire comprend un mélange de 59 à 61 en volume de grenaille de fer 10 avec un liant formé de 29 à 31 en volume de poudre de fer et de 9,5 à 10,5 i° en volume, d'une résine époxy. La raison des gammes très limitées des constituants du mélange est due au fait que l'on considère comme essentiel que le remplissage soit tel, lorsqu'il est en position, que chaque sphère 15 de grenaille de fer touche toutes les sphères adjacentes et que le mélange du liant occupe les interstices compris entre les sphères. Les tolérances de la composition permettent que la grenaille de fer soit constituée par des sphères imparfaites et/ou une légère variation du diamètre des sphères, comme la grenaille de fer de qualité 20 du commerce. La composition préférée comprend 60 fi en volume de grenaille de fer, 30 fi en volume de poudre de fer, et 10 fi en volume de résine époxy. Une résine époxy préférée est celle connue sous la désignation "ARALDITE" type CY 219, utilisée avec un durcisseur 25 "ARALDITE" type HT 219, tous deux produits par Oiba Ltd. L'invention concerne également un bouchon de bouclier de fermeture d'un réacteur nucléaire lorsqu'il est rempli par une composition anti—radiation , comme celle décrite plus haut. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention res-30 sortiront de la description qui. va suivre, faite en regard des dessins annexés, et donnant à titre explicatif mais nullement limitatif-une forme de réalisation de l'invention. Sur ces dessins : les figures 1A et 1B sont deux parties séparées vertica-35 lement d'une coupe transversale d'un bouchon de protection d'un bouclier supérieur d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides. 70 19900 3 2043799 En sé référant aux dessins, dans la construction d'un bouchon de protection d'un bouclier supérieur qui sera désigné ci-après par "bouclier supérieur" d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides, le réacteur est du type dans lequel le coeur et le- circuit 5 du réfrigérant du coeur, comprenant des échangeurs de chaleur, sont plongés dans un réservoir de réfrigérant, qui est un métal liquide, de préférence le sodium, contenu dans une grande cuve, le bouclier supérieur, désigné d'une façon générale par 10, constituant une grande partie de la voûte de la cuve et étant monté de 10 manière à pouvoir tourner. Dans une construction préférée d'un réacteur, le bouclier supérieur 10 est concentrique à l'axe vertical du coeur du réacteur et peut tourner autour de cet axer et une installation de chargement est mobile radialement par rapport au bouclier supérieur, de manière â pouvoir desservir n'importe 15 quelle position du coeur, le bouclier supérieur 10 présente également des canaux réservés aux cartouches de réglage et à des instruments. Comme on le voit sur les figures 1A et 1B, le bouclier supérieur 10 a une profondeur presque égale à son diamètre. Les 20 canaux sont formés par des tubes s'étendant entre les ouvertures appropriées ménagées dans des plaques supérieur La surface périphérique du bouclier est constituée en grande partie par une paroi cylindrique 15 présentant un épaulement 30 16 surmonté par des segments 48 fixés à i»ouverture de la voûte pendant l'installation du bouclier 10. Des segments 48 forment -commodément un anneau complet et empêchent l'éjection du bouclier 10 dans des conditions extrêmes ou en cas d'incident technique. Une structure comprenant des poutres désignées par 17 qui reposeni?feur 35 une plaque intermédiaire/?!^ conilïiue un renforcement interne. Lorsqu'on, les regarde en plan, ces poutres forment deux triangles 70 19900 4 2043799 équilatéraux décalés de 60°» de manière à former une étoile de David, dont les pointes rejoignent la paroi cylindrique 15. De cette manière, les poutres peuvent s'étendre en ligne droite entre des points très espacés de .la paroi cylindrique sans altérer 5 la configuration particulière des canaux nécessaires dans ce.cas. Au-dessus de la plaque intermédiaire 18, le bouclier remplit principalement la fonction d'un écran à la rencontre des radiations., et en conséquence, l'espace intérieur restant libre entre les tubes, comme indiqué en 13 et 14»est rempli par une 10 matière anti-radiation 56. La nature de cette matière 56 est telle qu'on peut l'introduire en la versant, comme on le décrira plus en détail ci-après. Au-dessous de la plaque intermédiaire 18, une faible partie de la profondeur du bouclier 10 (jusqu'à la face interne représentée 15 par la plaque inférieure 12) est construite principalement comme un écran thermique. Cette partie est subdivisée par une cloison 19 en une couche de fluide de refroidissement 20 et en une couche isolante 21, Dans la couche 20 se trouve un plateau 22 en tôle relativement mince supporté à une courte distance au-dessus de 20 la cloison 19 pour former un étroit intervalle 23 reservé à l'écoulement d'un fluide de refroidissement. Les côtés verticaux, comme indiqué en 24»du plateau 22, servent à prolonger cet étroit intervalle autour des tubes 13, 14, ainsi qu'autour de la surface interne de la paroi cylindrique 15. L'espace au-dessus du plateau 25 dans la couche 20 est divisé en des compartiments d'entrée et de sortie par un rideau 25 qui s'étend longitudinalement entre la plaque intermédiaire 18 et le plateau 22 et circonfèrentiellement de manière continue pour former un anneau espacé de la surface interne delà paroi cylindrique 15. Le compartiment d'entrée est 30 désigné par 26, et le compartiment de sortie par 27. Des tubes d'entrée et de sortie 28 et 29 (figure 1B) sont reliés respectivement à ces compartiments, ces conduites s'élevant à travers la plaque supérieure 11 pour être reliées à un circuit de refroidissement à circulation forcée. Un gaz tel que l'azote ou l'argon, utilisé comme 35 fluide de refroidissement,est refoulé dans le compartiment d'entrée 26 et ne peut passer dans le compartiment de sortie qu'en passant à travers les intervalles étroits 23. Dans ces intervalles, le débit 70 19900 5 2043799 est accru et lâ quantité de chaleur transmise au gaz est ainsi augmentée. la couche isolante 21 est formée d'une pile dé plaques parallèles espacées 30, l'écartemeht des faces de ces plaques étant 5 d'environ 12,7 mm. Des plaques en acier inoxydable ayant une épaisseur de 1,59 mm conviennent, la séparation entre les plaques est choisie de manière à obtenir un compromis entre un grand intervalle empêchant*le pontâge des plaques par des gouttelettes de condensât du réfrigérant et un petit intervalle évitant la conduction par 10 courant de convection. les deux plaques supérieures de la pile sont scellées ensemble le long de leurs bords pour former un revêtement rempli de gaz près de la cloison 19. le milieu gazeux, convenablement de l'argon, qui est utilisé pour ce remplissage, est maintenu de préférence à une pression qui, lorsque le réacteur fonctionne, est 1 5 analogue à celle agissant sur la face interne du bouclier supérieur à partir de l'intérieur de l'enceinte du réacteur. Cela peut nécessiter de réduire initialement la pression du milieu gazeux contenu dans le revêtement au-dessous de la pression atmosphérique. 70 19900 ■6- 2043799 L'effet combiné des codch.es 20, 21 est d'empêcher normalement la température de la plaque intermédiaire 18 de monter au-dessus de 50°C. Etant donné que le réfrigérant s'écoule de bas en haut à travers le coeur du réacteur, la face interne du bouclier supérieur 5 représentée par la plaque inférieure 12 peut être exposée à des températures s'élevant jusqu'à 550°C ou même plus élevées. Pour cette raison, on remarquera que les ouvertures ménagées dans la plaque inférieure 12,qui sont réservées aux tubes 13,14,ont une dimension supérieure à la normale pour permettre la dilatation thermique de 10 la plaque sans déformer les tubes ; les"bords de ces ouvertures peuvent coulisser dans des gorges périphériques 31 ménagées dans des bagues 32 qui sont incorporées dans la structure des tubes. Comme on le voit sur les dessins, un accessoire est fixé à la face interne du bouclier supérieur 10 pour éviter que le réfri-15 gérant sortant du coeur ait tendance à mousser à l'interface avec une pression gazeuse, par exemple dt'argon, maintenue sur la surface libre du réfrigérant. Cet accessoire comporte une chicane 33 recouvrant le coeur et suspendue par une jupe cylindrique 34 à une distance suffisante dans la cuve du réacteur pour être bien au-dessous 20 de la surface du réfrigérant maintenue au-dessus de la sortie du coeur. Il existe un jeu 35 entre les bords des trous de la chicane et les extrémités des prolongements des tubes 13 et 14. Une fente radiale (non représentée) est nécessaire dans la chicane 33 pour les opérations de chargement. Une certaine quantité du réfrigérant 25 de sortie peut passer à travers la fente et les jeux vers le côté supérieur de la chicane 33 ; de là, ce réfrigérant peut passer à travers les fentes 36 de la jupe 34 pour s'écouler ensuite avec le reste du réfrigérant qui est dévié le long de la face inférieure de la chicane 33, vers les échangeurs de chaleur primaires, qui se 30' trouvent également dans la cuve du réacteur. Des éléments de suspension (non représentés) reliés en divers points de la chicane 33 à la face interne du bouclier supérieur peuvent constituer un support supplémentaire de la chicane 33. Le bouclier supérieur est supporté dans une ouverture convena-35 ble de la voûte sur des éléments roulants 37 d'un palier annulaire 38 supporté à son tour par une bride 39 de la voûte. Une couronne Supérieure du palier présente des dents d'engrenage (non représentées) 70 19900 -7- 2043799 sur sa périphérie externe qui permettent de faire tourner le bouclier supérieur à partir d'un moteur 40 (figure 1A). Une bande cylindrique 41 fait également partie de la voûte fixe en entourant le bouclier et supporte des auges annulaires in-5 terne et externe 42 et 43 disposées concentriquement côte à côte. Deux lames cylindriques 44 et 45 forment avec le liquide contenu dans ces auges une paire de joints immergés disposés en série le long de la face externe du bouclier, les lames étant portées par un anneau 46 fixé à la plaque supérieure 11 du bouclier, de façon 1.0 que les joints isolent l'espace annulaire 47 entre la paroi 15 du bouclier et la paroi définissant l'ouverture de la voûte, la constitution et le fonctionnement d'un tel joint immergé ne font pas partie de la présente invention et sont décrits en détail dans la demande de brevet britannique N° 9006/67 précitée. 15 l'atmosphère de gaz maintenue à l'intérieur de la cuve du réacteur au-dessus de la surface libre du réfrigérant est maintenue à une pression qui n'est pas très différente de la pression atmosphérique et» en conséquence, les liquides d'étanchéité restent dans les joints immergés de la face externe pendant le fonctionnement du 20 réacteur. Toutefois, il est prévu un moyen pour établir un joint mécanique sur le côté atmosphère du joint immergé externe, de façon qu'il n'implique pas un positionnement spécial du bouclier supérieur. Une bague 49 en matière d'étanchéité élastique, comme un caoutchouc synthétique tel que le néoprène, est fixée aux bords supérieurs de 25 l'auge annulaire externe 43 pour former une lèvre en surplomb, et une bague métallique 50 est réglable au moyen de vis 51 pour permettre de déplacer la surface d'étanchéité sur la bague 50 pour la mettre en contact d'étanchéité avec la lèvre et à l'écart de cette dernière. Lorsque le bouclier doit être mis en rotation, il est 30 nécessaire de desserrer les vis pour libérer les bagues 49 et 50 l'une de l'autre. Près de la face interne du bouclier supérieur se trouve un autre joint immergé qui isole l'entrée de l'espace annulaire de l'intérieur de la cuve du réacteur. Une auge annulaire 52 de ce joint 35 immergé est portée par la voûte de la cuve, mais se trouve dans le prolongement de la couche isolante/a la face interne du bouclier supérieur en travers de la voûte, comme indiqué en 53. La couche iso 70 19900 -8- 2043799 lante 53 est constituée par des plaques espacées de la même façon que la couche 21,et un calorifugeage supplémentaire 54 est ajouté à l'angle d'un épauleoient formé autour de la face interne du bouclier pour recevoir l'auge 52. Une lame cylindrique 55 s'étend 5 vers le bas à partir de cet épaulement pour former un joint immergé avec le liquide contenu dans l'auge. La position de l'auge par rapport au calorifugeage permet de maintenir le liquide à une température comprise entre 200 et 300°C lorsque le réacteur fonctionne à pleine charge. Le calorifugeage 54 est formé d'anneaux métalliques 10 disposés au hasard, tels que des anneaux de Raschig, au lieu de plaques parallèles. Le liquide d'étanchéité du joint immergé de la face interne est du sodium ou un alliage de ce dernier avec du potassium pour abaisser le point de solidification. La constitution et le fonction-15 nement de ce joint immergé sont également décrits en détail dans la demande de brevet britannique N° 9006/67 précitée. La matière anti-radiation 56 susmentionnée se compose d'un mélange de 60 $ en volume de grenaille de fer, de 30 % en volume de poudre de fer et de 10 % en volume de résine époxy, qui est la 20 résine connue sous la désignation "ARALDITE" Type CY219 (marque déposée) avec un durcisseur du type "ARALDITE" Type HY 219, qui sont tous deux produits par Ciba Ltd. Le coefficient de dilatation de ce mélange est de 20 x 10~^, ce qui correspond sensiblement à celui de l'acier inoxydable qui constitue le matériau utilisé pour la paroi 25 15 et les tubes 13 et 14. On a constaté que la conductibilité ther-mique est de 0,1134 kilocalorie ,/9,29 dm heure °C/3 dm, ce qui correspond à celle du béton, qui était la matière de protection précédemment utilisée jusqu'à ce qu'on ait découvert sa tendance à se sécher incomplètement et à abandonner par la suite l'eau au cours du f 30 fonctionnement du réacteur. La densité du mélange es/fc de 6,28 g/cm , ce qui correspond à 95 °f° de IgÔensité théorique. Après sa prise, le remplissage est ferme, dur et homogène et se compose de sphères de grenaille de fer se touchant les unes des autres et dont les interstices sont occupés par la charge et le liant formés de la poudre 35 de fer et de la résine. Ainsi, sa conductibilité thermique atteint une valeur acceptable, ce qui n'aurait pas été le cas si des volumes distincts quelconques de la charge-résine s'étaient formés entre 70 19900 -9- 2043799 les sphères de fer. le mélange pourrait être appliqué à la truelle et,du fait qu'il présente un certain indice d'affaissement, on utilise une vibration pour favoriser le remplissage en ayant recours à un vibrâteur. Le remplissage pourrait être coulé à une vitesse 5 intéressante du point de vue économique, par exemple à raison de 200 kg environ à l'heure. En outre, le bouclier supérieur 10 pourrait être rempli et tout l'espace libre pourrait être occupé, lorsque le bouclier se trouve dans la position qu'il occupe en service. Si l'on essayait de renverser ou de mettre sur le côté pour le remplir 10 un bouclier pesant 100 tonnes à vide et nécessitant 80 tonnes de remplissage, il serait soumis à d'importantes forces de déséquilibre après l'introduction de la moitié du remplissage. 70 19900 10- 2043799 REVENDICATIONS 1. Composition anti-radiation, pour remplir un bouchon de protection d'un bouclier de fermeture d'un réacteur nucléaire, composition caractérisée en ce qu'elle comprend un mélange de 59 à 61 $ 5 en volume de grenaille de fer avec un liant formé de 29 à 31 ^ en volume de poudre de fer et de 9»5 à 10,5 /- en volume d'une résine époxy. 2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un mélange de 60 en volume de grenaille de fer 10 et un liant formé de 30 fo en volume de poudre de fer et de 10 fo en volume de résine époxy. 3. Bouchon de protection d'un bouclier de fermeture d'un réacteur nucléaire, caractérisé en ce qu'il est rempli par une composition anti-radiation selon la revendication 1 ou 2.