Brevet FR2088028A1 — publié le 19720107

L'invention a pour objet un emballage pour des matériaux radioactifs dont les émissions neutroniques et calorifiques sont importantes. Les emballages du genre en question déjà connus comprennent, en allant de l'intérieur vers l'extérieur, - au moins une cavité dans laquelle est placé le matériau radioactif et qui est délimitée par une coque en acier, - une couche de blindage ou âme" en matériau lourd tel que le plomb contre les radiations gamma, - une couche destinée à protéger l'emballage contre une source de chaleur extérieure telle qu'un incendie, - une enveloppe en acier appelée "coque externe", qui peut comporter des éléments de refroidissement tels qu'ailettes ou goujons. L'invention a pour but, surtout, de mettre à la disposition des utilisateurs un emballage du genre en question répondant mieux que ceux qui existent déjà aux divers desiderata de la pratique et capable, notamment, d'assurer à la fois la dissipation des calories produites par le matériau radioactif ainsi que l'absorption neutronique. L'emballage conforme à l'invention est caractérisé par le fait que la couche située entre l'amie et la coque externe comprend, disposés au sein d'un liant, d'une part, des éléments métalliques, bons conducteurs de la chaleur, à section en "U" ou en I qui sont arrangés de façon telle que la barre horizontale du "U" ou la jambe verticale du "I" soient orientées radialement et, d'autre part, un matériau capable d'absorber les neutrons. L'emballage conforme à l'invention est également caractérisé par le fait que, lorsqu'il comprend une pluralité de cavités délimitées par des coques internes et distribuées autour de l'axe de l'emballage, les espaces compris entre les diverses coques internes sont au moins partiellement remplis par un métal plus léger que le plomb. Suivant un mode de réalisation avantageux du susdit emballage, le métal plus léger que le plomb est constitué par de l'acier ou de l'aluminium. Toujours suivant un mode de réalisation avantageux du susdit emballage, la couche comprise entre l'rame et la coque externe présente une épaisseur variable obtenue en ayant recours à des éléments de refroidissement de dimensions variables. Toujours suivant un mode de réalisation avantageux du susdit emballage, la couche située entre l'âme et la coque externe présente une épaisseur évolutive dans la direction de l'axe de l'emballage. Toujours suivant un mode de réalisation avantageux du susdit emballage, la couche située entre l'âme et la coque externe comprend des plaques de matériau riche en atomes d'hydrogène, et le cas échéant de bore, qui sont logées dans l'espace situé entre les branches des éléments en forme d"'U", lesdites plaques ainsi que les éléments étant reliés les uns aux autres ainsi qu'à l'âme et à la coque externe grâce à un liant. Toujours suivant un mode de réalisation avantageux du susdit emballage, la couche située entre l'âme et la coque externe comprend un liant dans lequel sont noyés, d'une part, les éléments de refroidissement qui sont ainsi reliés à l'âme et à la coque externe et, d'autre part, des particules d'un matériau riche en atomes d'hydrogène et, le cas échéant, des particules d'un matériau riche en bore. Toujours suivant un mode de réalisation avantageux du susdit emballage, le liant est choisi dans le groupe comprenant ceux faisant prise par hydratation et pouvant conserver de l'eau libre, ainsi que le plâtre et les résines du genre époxy ou polyester. L'invention consiste également, mises à part les susdites dispositions, en certaines autres dispositions qui s > utili- sent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. Elle pourra de toute façon être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ciannexés, dans lesquels - la figure 1 est une coupe transversale d'un emballage conforme à l'invention, - les figures 2 et 3 montrent à plus grande échelle deux modes de réalisation d'une partie de l'emballage conforme à la figure =, - la figure 4 est une vue en élévation avec coupe partielle de l'emballage de la figure 1, et - la figure 5, enfin, montre en coupe transversale une variante de l'emballage de la figure 1. Selon l'invention et, plus spécialement, selon ceux des modes d'application, ainsi que-selon ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se proposant d'établir un emballage pour le stockage et le transport des matériaux radioactifs, on s'y prend comme suit ou de façon analogues En ce qui concerne tout d'abord l'emballage dans son ensemble, et mises à part les caractéristiques conformes à ltin- vention à lui faire comporter, il se présente sous une forme comprenant, en allant de l'intérieur vers l'extérieur - au moins une cavité dans laquelle est placé le matériau radioactif, cavité qui est délimitée par une coque en acier, appelée ci-après "coque interne", - une couche de blindage 1, ou âme, en un matériau lourd tel que le plomb et capable d'arrêter les radiations gamma, - une couche 2, destinée à protéger l'emballage contre une source de chaleur extérieure telle qu'un incendie,et - une enveloppe 3 en acier, appelée coque externe, qui peut comporter des éléments de refroidissement tels que des ailettes 4. Conformément à l'invention, la couche 2 comprend, disposés au sein d'un liant, d'une part, des éléments métalliques 5, bons conducteurs de la chaleur, à section en U ou en I, arrangés de façon telle que la barre horizontale du U (ou la jambe verticale du I) soit orientée radialement et, d'autre part, un matériau capable d'absorber les neutrons. Le métal constitutif des éléments de refroidissement 5 peut être le cuivre, l'aluminium ou l'acier. I1 est avantageux d'établir certains des éléments 5 en un matériau plus résistant tel que l'acier, ces éléments servant alors principalement d'éléments centreurs Le matériau capable d'absorber les neutrons est riche en hydrogène et, le cas échéant, en bore. On peut avoir recours à des plaques établies en un tel matériau, plaques qui sont désignées par la référence 6 et qui sont logées, comme visible figure 2, dans l'espace situé entre les branches des éléments en forme d'U, lesdites plaques ainsi que les éléments 5 étant alors reliés les uns aux autres ainsi qu'à l'âme 1 et à la coque externe 3 grâce à un liant. Ce liant peut être-du type de ceux qui font prise par hydratation et qui peuvent conserver de l'eau libre. Sur la figure 2, ce liant est désigné par le chiffre 7. I1 est également possible d'avoir recours, pour la constitution du liant, au plâtre et à des résines du type polyester ou époxy chargées ou non en produits à base de bore. Suivant une variante illustrée par la figure 3, la couche 2 comprend, tout comme dans le cas du mode de réalisation de la figure 2, un liant qui est désigné par 7 et dans lequel sont noyés, d'une part, les éléments de refroidissement 5 et, d'autre part, des particules 8 d'un matériau riche en atomes d'hydrogène, ainsi que, le cas échéant, des particules riches en atomes de bore. Pour fixer les idées, on signale que le matériau constitutif des plaques 6 et/ou des particules 8 peut être le polyéthylène ou un composé aggloméré à base de bois. En ce qui concerne le liant 7, on peut avoir recours à celui qui est décrit dans la demande de brevet français N" 69 27937 du 13 août 1969 ayant pour titre "Emballage pour le stockage et le transport des matériaux radioactifs" ; ce liant peut comprendre, suivant l'un des exemples décrits dans ladite demande de brevet français, de 35 à 40 ,0 d'alumine, de 35 à 40 tsó de CaO, de 10 à 15 ,0 de Fie203, de 2 à 8 Ch de FeO, de 2 à 7 % de SiO2, de O à 3 ,0 de TiO2 et de O à 3 , de substances diverses. Dans d'autres cas, le liant est constitué par du plâtre ou des résines du genre époxy ou polyester. Dans certains cas, l'emballage conforme à l'invention comprend, comme visible figure 1 et figure 5, une pluralité de cavités C délimitées chacune par une coque interne 9 établie avantageusement en acier, ces cavités étant distribuées autour de l'axe de ltemballage désigné par XY, et les espaces compris entre les diverses coques internes 9 étant au moins partiellement remplis par un métal plus léger que le plomb et désigné par 10. Pour des raisons de facilité de fabrication, le métal 0, qui est constitué avantageusement par de l'aluminium, de la fonte ou de l'acier, forme des éléments qui sont noyés au sein du matériau constitutif de l'âme 1, comme visible figure 1. I1 est également possible, comme visible figure 5, de faire en sorte que les espaces compris entre les diverses cavités soient constitués par l'acier constitutif même dela coque interne. Il est encore possible, même dans le cas d'une cavité unique, de prévoir des épaississements 11 de la coque interne sur les parties planes de cette dernière, comme visible figure 5, ce qui permet d'enregistrer un gain de poids par suite de la suppression du plomb aux endroits intéressés et d'accroître la capacité thermique. Grâce à la présence des éléments 10 constitués par le métal plus léger que le plomb, on améliore, d'une part, les possibilités d'échanges thermiques et, d'autre part, les possibilités d'absorption des neutrons, les métaux en question étant à ce point de vue supérieurs au plomb. Enfin, la présence des éléments en métal plus léger que le plomb permet d'améliorer le contrôle de l'interaction nucléaire entre les éléments combustibles contenus dans les différentes cavités C. Le contour extérieur de l'âme = pouvant être de formes variées, par exemple comme visible figure 5, il convient de conférer à la couche 2 une épaisseur évolutive afin que la coque externe soit de forme simple, par exemple celle d'un cylindre de révolution. Pour ce faire, conformément à l'invention, on a recours, comme visible figure 5, à des éléments de refroidissement 5 de dimensions variables. Toujours conformément à l'invention, l'épaisseur de la couche 2 est évolutive dans la direction de l'axe de l'emballage. Cette caractéristique apparaît sur la figure 4, qui représente une vue en élévation d'un emballage conforme à l'invention comportant un arrachement qui montre l'intérieur de l'emballage. Comme visible sur cette figure, l'épaisseur de la couche ;, qui est la plus faible à mi-hauteur de l'emballage et la plus forte aux extrémités de ce dernier, évolue de manière discontinue en épousant le contour extérieur de l'âme 1. Là encore, on a recours à des éléments de refroidissement de dimensions variables pour répondre aux épaisseurs variables de la couche z le long de l'axe XY de l'emballage. L'intérêt d'avoir une épaisseur évolutive dans la direction de l'axe de l'emballage réside dans le fait qu'elle permet un gain de poids. En effet, la radioactivité étant la plus faible aux extrémités de l'emballage, la couche de plomb peut y être d'une épaisseur moindre, l'épaisseur de la couche située entre le plomb et la coque externe étant d'autant plus forte. Or, la densité de cette couche est notablement inférieure à celle du plomb. Ceci étant et quel que soit le mode de réalisation adopté, on dispose ainsi d'emballages pour le stockage et le transport des matériaux radioactifs dont les caractéristiques résultent suffisamment de ce qui précède pour qu'il soit inutile d'insister à ce sujet et qui présentent, par rapport à ceux qui existent déjà, de nombreux avantages, notamment - d'assurer simultanément l'évacuation des calories émises par le matériau radioactif et l'absorption des neutrons qu'émet ce dernier - de permettre une réalisation simple - de permettre la réalisation de gain de poids - de contrôler l'interaction nucléaire dans le cas de cavités multiples - d'accroitre la capacité thermique au voisinage de la cavité et d'uniformiser les températures le long de cette cavité. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement indiqués ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS . irballage pour matériaux radioactifs, caractérisé par le fait que la couche située entre l'âme et la coque externe comprend, disposés au sein d'un liant, d'une part, des éléments metalliques bons conducteurs de la chaleur, à section en " ou en "I", qui sont arrangés de façon telle que la barre horizontale du utt OU la jambe verticale du ! soient orientées radialement et, d'autre part, un matériau capable d'absorber les neutrons. 2. Empaillage pour matériaux radIoactifs, caractérisé par le falt que, lorsqu'il comprend une pluralité de cavités délimitées par des coques internes et distribuées autour de l'axe de ltem- ballage, les espaces compris entre les diverses coques internes sont au moins partiellement remplis par un métal plus léger que le plomb. 3. Emballage pour matériaux radioactifs selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le métal plus léger que le plomb est constitué par de l'acier, de la fonte ou de l'aluminium. 4. Emballage selon les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la couche comprise entre l'amie et la coque externe présente une épaisseur varlable obtenue en ayant recours à des éléments de refroidissement de dimensions variables. 5. Emballage selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé par le fait que la couche située entre l'âme et la coque externe présente une épaisseur évolutive dans la direction de l'axe de l'emballage. 6. Emballage selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'épaisseur de la couche située entre l'âme et la coque externe évolue de manière discontinue dans la direction de l'axe de l'emballage. 7. Emballage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la couche située entre l'âme et la coque externe comprend des plaques de matériau riche en atomes d'hydrogène et, le cas échéant, de bore, qui sont logées dans l'espace situé entre les branches des éléments en forme d"'U", lesdites plaques ainsi que les éléments étant reliés les uns aux autres ainsi qu4à l'âme et à la coque externe grâce à un liant. 8. Emballage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la couche située entre l'âme et la coque externe comprend un liant dans lequel sont noyés, d'une part, les éléments de refroidissement qui sont ainsi reliés à l'âme et à la coque externe et, d'autre part, des particules d'un matériau riche en atomes d'hydrogène et, le cas échéant, des particules d'un matériau riche en bore. 9. Emballage selon les revendications 7 et 8, caractérisé par le fait que le liant est choisi dans le groupe comprenant ceux faisant prise par hydratation et pouvant conserver de l'eau libre, ainsi que le plâtre et les résines du genre époxy ou polyester. 10. Emballage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'épaisseur de là coque interne est variable suivant la direction radiale.