Brevet FR2067167A1 — publié le 19710820

La présente invention concerne les réacteurs nucléaires refroidis au gaz. Dans un mode typique de construction de ces réacteurs on trouve un coeur de réacteur qui contient le combustible nucléaire 5 solide, un caisson étanche apte à résister à la pression, en acier ou en;béton précontraint, qui entoure, le coeur, et des échangeurs de chaleur qui sont montés soit à l'intérieur soit à l'extérieur du caisson étanche, en vue de recevoir le gaz qui est chauffé dans le coeur et de transférer la chaleur de ce gaz à un 10 fluide de travail qui est utilisé à l'extérieur du réacteur. Dans le cas des réacteurs de grande puissance, le caisson étanche est en"1 général en béton et les échangeurs de chaleur, ainsi que les organes assurant la circulation du gaz de refroidissement aû travers du coeur et des échangeurs de chaleur, sont installés à l'intérieur 15 dudit caisson. Dans les réacteurs à ralentisseur de graphite, le coeur comprend en général un assemblage de blocs de graphite qui sont disposés en colonnes verticales et qui sont soutenus par une grille d'acier installée à l'intérieur du caisson. Dans le cas des réacteurs 20 rapides,_ on pourrait tout aussi bien avoir un coeur constitué par des blocs en un matériau contenant le combustible, lesdits blocs étant assemblés de la même manière que les blocs de graphite et la seule différence résidant dans le fait que le matériau constituant les blocs ne serait pas un ralentisseur des neutrons. Ce matériau 25 pourrait être par exemple un matériau céramique dans lequel.serait incorporé.le combustible nucléaire. Dans n'importe quel type de réacteur, qu'il s'agisse d'un réacteur thermique ou d'un réacteur rapide, dans lequel le coeur est soutenu par une grille d'acier, plus la température de fonction-50 nement est élevée, plus les problèmes que pose cette grille sont graves. Cela est tout particulièrement le cas lorsque les gaz de refroidissement s'écoulent dans le coeur de haut en bas, car c'est le gaz le plus chaud qui vient en contact avec la grille. Dans certains cas, il est nécessaire de prévoir line isolation thermique de 35 la grille et de refroidir efficacement cette dernière. Il en résulte une augmentation du coût et l'apparition éventuelle de problèmes d'importance majeure. 2067167 69 39755 2 2067167 Selon l'invention, dans un réacteur refroidi au gaz comprenant un coeur solide de réacteur qui est enfermé dans un caisson étanche, le coeur est soutenu, au fond du caisson, par des supports en matériau réfractaire "et 1!accès du gaz de refroidisse-5 ment dans le coeur est assuré par des passages qui sont ménagés dans la région inférieure du coeur ou dans la structure de soutien en matériau réfractaire, ces passages étant reliés à d'autres passages qui sont ménagés dans le coeur pour la circulation du gaz, et à un espace pour le gaz qui se trouve à l'extérieur du coeur. 10 L'invention consiste également en un réacteur nucléaire selon le paragraphe précédent, dans lequel le coeur comprend un assemblage de blocs qui sont disposés en colonnes verticales, et dans lequel chaque colonne est soutenue par une autre colonne en matériau réfractaire qui repose sur le fond du caisson, une couche inférieure 15 de blocs du coeur étant constituée par des blocs dont la section transversale est réduite dans une zone intermédiaire entre leurs extrémités, cela afin de. constituer une série de passages connexes pour l'écoulement du gaz de refroidissement entre les passages qui sont ménagés à l'intérieur du coeur, d'une part, et un espace pour 20 le gaz qui est ménagé à l'extérieur du coeur, d'autre part. L^ invention vise également un réacteur nucléaire selon l'un ou l'autre des paragraphes précédents, dans lequel les blocs qui sont" le plus à l'extérieur, à proximité des sorties du gaz qui relient lesdits passages avec ledit espace prévu pour le gaz en 25 dehors du coeur, ont leurs zones à section transversale réduite qui sont revêtues avec un matériau faisant écran à 1'encontre du rayonnement. L'invention vise également un réacteur nucléaire selon n'importe lequel des trois paragraphes précédents, dans lequel les 30 blocs constituant le coeur sont en graphite,là couché des bines.qui ont des parties à section transversale réduite étant une couche de bloc de • graphite qui se trouve immédiatement en-dessous du coeur, ladite couche étant à son tour soutenue par des colonnes de blocs réfrac-taires. 35 L'invention vise également un réacteur nucléaire selon n'importe lequel des quatre paragraphes précédents, dans lequel une couche supplémentaire de blocs est intercalée entre." la couche de 69 39755 3 2067167 blocs ayant des parties à section transversale réduite et la couche des blocs en matériau réfractaire, ladite couche supplémentaire faisant fonction de couche d'étanchéité pour le gaz de refroidissement. L'invention vise également un réacteur nucléaire selon 5 n'importe lequel des cinq paragraphes précédents, dans lequel l'écoulement du gaz au travers du coeur du réacteur est orienté de haut en bas. L'invention vise également un réacteur nucléaire selon n'importe lequel des six paragraphes précédents dans lequel le coeur 10 et la structure en matériau réfractaire sont réalisés sous la forme d'une série de colonnes de blocs, les blocs de chaque colonne pouvant être remplacés sans perturber les autres colonnes. L'invention vise également un réacteur nucléaire selon le premier des sept paragraphes précédents, dans lequel les passages 15 de la région inférieure du coeur sont constitués par des espaces compris entre des colonnes métalliques qui s1 étendent entre la dernière couche en bas du coeur et la structure en matériau réfractaire . L'invention vise également un réacteur nucléaire selon 20 le paragraphe précédent, dans lequel les colonnes métalliques comprennent des amortisseurs de choc. L'invention sera décrite ci-après de façon plus détaillée en se référant aux dessins ci-annexés, lesquels sont fournis à titre purement illustrâtif et non limitatif et "dans lesquels : 25 - La figure 1 est line vue en coupe verticale d'une partie de la région inférieure d'un coeur de réacteur et de son dispositif de soutien selon ion mode possible de réalisation de l'invention, la coupe en question étant pratiquée selon la ligne B-B de la figure 2. - La figure 2 est une vue en coupe horizontale selon la 30 ligne A-A de la figure 1. - La figure 3 est une coupe verticale d'une colonne de soutien pour un coeur de réacteur, selon un autre mode possible de réâlisation de l'invention. - La figure 4 est une vue en coupe à grande échelle de 35 certaines parties de la colonne selon la figure 3. Si l'on se réfère tout d'abcrd aux figures 1 et 2, le coeur d'un réacteur à refroidissement par gaz et à ralentisseur de 69 39755 4 2067167 graphite est constitué par un assemblage de blocs de graphite 1 qui sont disposés selon des colonnes verticales. Les colonnes de graphite sont placées sur des colonnes de soutien en matériau réfractaire comprenant des blocs de graphite 5 2 avec des parties à section transversale réduite dans une zone intermédiaire entre les extrémités des blocs, des blocs de graphite 3 qui constituent une couche d'étanchéité, de la façon qui sera expliquée ci—dessous avec plus de détails, et des blocs 4 en un matériau réfractaire qui peut être du graphite ou tout autre matériau réfrac-10 taire. Même si l'on a dit plus haut que les blocs 2 et 3 étaient en graphite, cela n'est pas essentiel au sens de l'invention et ces blocs pourraient fort bien être constitués en un autre matériau réfractaire. Par matériau réfractaire, on entend, dans ce contexte, des matériaux non métalliques et inorganiques présentant une certaine 15 résistance aux températures élevées. Ces matériaux peuvent être naturels ou manufacturés et ils comprennent notamment les oxydes, les carbures et les nitrures de divers métaux,, la silice, les silicates, le -carbone et le graphite ainsi que des composés et des mélanges des matériaux précités. 20 _ Il est prévu une colonne, de soutien pour chaque colonne de blocs de graphite constituant le coeur; et toutes les colonnes de soutien reposent sur le fond, ou plancher d'un caisson étanche 5, lequel est supposé être constitué en béton dans le cas de. l'exemple décrit ci-dessus. 25 Même si dans le mode particulier de réalisation décrit ici, la couche constituée par les blocs 2 est considérée comme faisant partie de la structure de soutien, on pourrait tout aussi bien admettre que cette couche constitue une couche inférieure ou la couche la plus basse du coeur du réacteur. 30 Dans le mode de réalisation qui est illustré ici, le gaz de refroidissement circule au travers-"du coeur de haut en bas, en - empruntant les canaux de passage 6 qui sont ménagés dans les cclon— nés des blocs 1 constituant le coeur, ces canaux contenant le combustible nucléaire. Les canaux 6 ne sont montrés que pour un seul des 35 blocs de la figure 1, cela afin de ne pas surcharger la figure. A partir des canaux 6, le gaz de refroidissement s'engage dans les passages correspondants 7 des blocs 2 et il parvient en- i BAD ORIGINAL 69 39755 5 2067167 fin dans les espaces connexes 8 qui correspondent aux zones à section transversale réduite des blocs 2. le gaz qui se rassemble dans la chambre formée par l'ensemble des espaces 8 pénètre alors dans le canal 9 par! lequel ce gaz quitte le coeur du réacteur, pour s'écou-5 1er par exemple à destination d'un échangeur de chaleur, dans lequel la chaleur que contiennent les gaz est transférée à ion agent fluide de circulation qui est destiné à être mis en oeuvre à l'extérieur du réacteur. Cet agent de circulation pourrait être de l'eau qui est transformée en vapeur. 1 0 Afin de réduire les niveaiux de rayonnement, dans les canaux 9, les blocs de graphite 2 qui sont proches de ces canaux ont un revêtement 1 0 en un matériau faisant écran au rayonnement dans leur zone à section transversale réduite. Un matériau qui convient pour constituer un tel revêtement, est l'acier. 15 Afin de limiter l'écoulement du gaz, à partir des espaces 8, en direction du bas, entre4.es blocs 4, on fait appel à une couche d'étanchéité, comme mentionné plus haut, laquelle couche est constituée par les blocs 3. les blocs 3 sont munis de rainures 3a et 3b dans lesquelles peut se rassembler tout le gaz qui passe entre les 20 blocs. Ces rainures 3a et 3b constituent une série d'èspaces interconnectés qui sont reliés à l'espace libre qui entoure le coeur, de telle sorte que l'on réalise un cheminement préférentiel pour les fuites. Des blocs de bourrage 11 entourent la structure des colonnes de soutien, entre ladite structure et le cuvelage interne 12 du 25 caisson de béton 5 qui contient le coeur. Même s'il n'est pas essentiel que les blocs constituant les colonnes de soutien présentent la même section transversale que ceux du coeur, il est utile de conserver la même forme de section transversale dans le cas des réacteurs où les blocs individuels de 30 graphite qui constituent le coeur doivent pouvoir être remplacés au cours de la vie du réacteur. En conservant- partout la même section transversale, il est possible de rendre démontables les blocs constituant la colonne de soutien, sans que cela rende plus compliqué l'équipement de démontage des blocs. 35 I/a longueur des colonnes de soutien est déterminée par des considérations de conductance thermique et d'importance du flux de chaleur que l'on peut laisser s'échapper vers le caisson de bétai 69 39755 6 2067167 Pour que l'on puisse maintenir horizontale la face supérieure des colonnes de soutien, tout en autorisant de légères varia-■ tions de hauteur du plancher du caisson, les extrémités inférieures de chaque colonne de soutien peuvent se terminer par un siège sphé-5 rique 13 par exemple en acier ou en fonte. Lorsque le réacteur fonctionne avec des densités élevées de flux neutronique, il peut être souhaitable d'incorporer un écran anti neutrons 1^- entre l'extrémité inférieure du coeur et la couche des blocs 2. Cet écran peut être constitué en un matériau comme 10 l'acier et la fonte, d'une façon en elle-même connue. Au lieu d'utiliser des blocs de graphite avec des parties à section transversale réduite entre leurs extrémités, pour constituer la chambre de rassemblement du gaz, ladite chambre peut être constituée par des espaces ménagés entre des colonnes métalliques, par 15 exemple des colonnes en acier ou en acier inoxydable qui s'étendent entre la couche la plus basse du coeur et le matériau réfractaire. C'est à une telle disposition que correspondent les figures 3 et 4. A partir du bloc le plus bas 1 de chaque colonne du coeur, s'étend un support tubulaire métallique 15. Ce support tubulaire 15 pénètre 20 dans les blocs de matériau réfractaire 4 et se termine par un siège sphérique 16, dans la partie la plus basse de la colonne de matériaux réfractaires. Dans-la disposition qui est montrée ici, le tube métallique 15. est muni extérieurement d'une gaine isolante 18 et il est 25 refroidi à l'intérieur par un gaz de refroidissement qui s'écoule à partir du sommet du coeur, au travers d'un canal central de passage du gaz qui est pratiqué dans chacune des colonnes de blocs de graphite constituant le coeur. Cette gaine isolante pourra être par exemple constituée par une tôle d'acier inoxydable. Le gaz de refroidissement 30 s'échappe en direction de la chambre de rassemblement du gaz par des orifices qui sont ménagés dans la paroi du support tubulaire mé--tallique. L'intérieur du tube est rempli par un barreau dè graphite 19 et par un bouchon en matière réfractaire 20 afin de délimiter un passage annulaire pour le gaz de refroidissement. 35 Toute fuite de gaz entre le tube 15 et le matériau réfrac taire 4 est réduite parties joints 17. 69 39755 7 2067167 REVENDICATIONS 1Réacteur nucléaire refroidi au gaz avec un coeur solide qui est logé à l'intérieur d'un caisson étanche résistant à la pression, caractérisé - en ce que le coeur du réacteur est soutenu, sur le fond ou plancher du caisson, par une structure en matériau 5 réfractaire, l'accès des gaz de refroidissement dans le coeur étant assuré par des passages qui sont ménagés dans, la région inférieure du coeur lui-même, ou dans la structure en matériau réfractaire, les-dits passages étant reliés à d'autres passages qui sont ménagés à l'intérieur du coeur pour le gaz de refroidissement, et à un espace 10 qui est prévu pour ledit gaz à l'extérieur du coeur. 2.- -^éacteur nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le coeur est constitué par un assemblage de blocs qui sont disposés en colonnes verticales, et en ce que chaque colonne est soutenue par une colonne propre en matériau réfractaire qui re~ 15 pose sur le plancher du caisson, une couche inférieure de blocs du coeur étant constituée par des blocs dont la section transversale est réduite dans leur partie intermédiaire entre leurs extrémités, cela afin de constituer un ensemble de passages connexes qui permet l'écoulement du gaz de refroidissement entre les passages qui sont 20 ménagés dans le coeur, d'une part, et l'espace qui est ménagé pour le gaz à l'extérieur du coeur, d'autre part. 3.- Réacteur nucléaire selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les blocs qui sont situés le plus à l'extérieur et à proximité des sorties de gaz assurant la 25 communication entre les passages précités et l'espace prévu pour le gaz à l'extérieur du coeurr ont leurs parties à section transversale réduite qui sont revêtues avec un matériau apte à faire écran contre le rayonnement. 4.— Réacteur nucléaire selon l'une quelconque des reven-30 dications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que les blocs qui constituent le coeur sont en graphite, et en ce que la couche de blocs ayant une partie à section transversale réduite est une couche de blocs de graphite située immédiatement en-dessous du coeur, ladite couche étant elle-même soutenue par des colonnes de blocs en matériau ré-35 fractaire. 69 39755 8 2067167 5.- -^éacteur nucléaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'une couche supplémentaire de blocs est intercalée entre la couche des blocs ayant une partie à section transversale réduite et la couche des blocs en matériau 5 réfractaire, ladite couche supplémentaire faisant office de couche d'étanchéité pour le gaz'de refroidissement. 6.- Réacteur nucléaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que-l'écoulement du gaz au travers du coeur du réacteur a lieu de haut en bas. 10 7.- Ëéacteur nucléaire selon l'une quelconque des reven dications 1 à 6, caractérisé en ce que le coeur et la structure en matériau réfractaire sont constitués par une série de colonnes de blocs, les blocs de chaque colonne pouvant être remplacés sans perturber les autres colonnes. 15 8.- Réacteur nucléaire selon la revendication 1, caracté risé en ce que les passages qui sont ménagés dans la région inférieure du coeur sont constitués par des espaces compris entre des colonnes métalliques qui s'étendent entre la couche la plus basse du.coeur et la structure en matériau réfractaire. 20 9.- Réacteur nucléaire selon la revendication 8, carac térisé en ce que les colonnes métalliques comprennent des amortisseurs de choc.