Brevet FR2137558A1 — publié le 19721229

La présente invention est relative aux moyens pour réduire l'exposition des cuves de réacteur nucléaire aux radiations et concerne plus particulièrement le blindage des noyaux des réacteurs nucléaires. Le niveau des radiations frappant la cuve d'un réacteur augmente au fur et 5 à mesure que la quantité d'eau et d'acier se trouvant entre la périphérie du noyau et la surface intérieure de la cuve du réacteur diminue. Du fait qu'une épaisseur donnée d'acier réduit le niveau des radiations deux fois plus qu'une épaisseur égale d'eau, les fabricants de réacteurs ont souvent entouré le noyau d'écrans thermiques en acier pour réduire l'exposition de la cuve du réacteur à 10 un niveau acceptable. Dans les réacteurs à eau sous pression, le noyau du réacteur est logé dans une enveloppe fabriquée de forme générale carrée et est entouré par celle-ci. L'enveloppe est attachée à l'enceinte de noyau par des plaques qui réalisent la transition de la forme carrée du noyau à la forme cylindrique de l'enceinte de 15 noyau. L'enceinte de noyau est généralement écartée de la surface intérieure de la cuve de pression, ce qui détermine un canal annulaire de circulation entre ces deux éléments. Un écran thermique cylindrique est généralement attaché à 1' enceinte de noyau et est situé approximativement à égale distance de la surface intérieure de la cuve de pression et de la surface extérieure de l'enceinte de 20 noyau. Du fait que l'écran thermique est situé dans un courant de circulation à vitesse relativement élevée et qu'il subit un échauffement différent de celui de l'enceinte de noyau à laquelle il est attaché, il constitue un élément difficile à concevoir correctement et a toujours été un poste important de dépense pour les fabricants des réacteurs. 25 Deux projets ont été proposés antérieurement pour éliminer la nécessité de prévoir un écran thermique. Un des projets consiste à augmenter l'épaisseur de l'enceinte du noyau de manière qu'elle soit égale à l'épaisseur de l'enceinte habituelle plus l'épaisseur de l'écran thermique habituel. Une enceinte de noyau d'une telle épaisseur est d'un prix très élevé. L'autre projet prévoit de lais-30 ser la cuve de réacteur recevoir des doses élevées de radiations en ne prévoyant pas d'écran thermique et de recuire la cuve du réacteur lorsque la dose cumulée atteint une limite maximum acceptable. Le recuit d'une cuve de réacteur constitue toutefois une opération coûteuse et difficile. Aussi, dans certaines conceptions de réacteur, les assemblages combustibles extérieurs ont été enlevés pour 35 compenser l'absence d'écran thermique. On doit pour cela, disposer d'une grande cuve de réacteur, sinon la puissance dè sortie est réduite et ce genre de conception est, de ce fait, à rejeter. Le but principal de la présente invention est de réaliser un agencement où il n'est pas nécessaire de prévoir un écran thermique autour du noyau du réac-40 teur et où il n'y a pas lieu de retirer les éléments combustibles extérieurs 72 16136 2137558 pour éviter que la cuve du réacteur soit exposée à un flux important de neutrons thermiques. A cet effet, la présente invention consiste en un réacteur nucléaire comprenant: une cuve enveloppant un noyau constitué d'un ensemble d'assemblages 5 combustibles de section carrée disposés côte à cote de manière que, vue en plan, la configuration générale du noyau soit carrée, certaines parties du noyau étant plus proches que d'autres de la surface intérieure de la cuve à pression, caractérisé en ce que les structures de support et d'écran disposées entre le noyau et la cuve à pression possédant une épaisseur plus importante au voisinage de 10 ces parties plus proches. Le niveau de flux neutronique frappant l'intérieur de la cuve à pression varie sensiblement le long de sa périphérie circulaire. Pour des configurations de noyau de forme générale rectangulaire, les niveaux de flux les plus élevés se situent aux voisinages des angles. Si, suivant la présente invention, l'épais-15 seur de métal de l'enceinte du noyau est augmentée judicieusement dans ces régions proches des angles du noyau, et si l'épaisseur ajoutée est rendue égale à l'épaisseur de l'écran thermique normalement prévu, l'exposition maximum aux radiations de la cuve est sensiblement la même que celle qu'on obtiendrait en utilisant un écran thermique entourant complètement le noyau. 20 Une augmentation de l'épaisseur minimum de l'enceinte de noyau peut être réalisée en fixant des plaques d'acier sur celles-ci. Les plaques d'acier peuvent couvrir un arc de cercle de 20 à 30° et, pour un noyau courant, elles seraient situées, quand on regarde du haut, suivant les axes à 45° qui joignent les angles du noyau. Les plaques d'acier peuvent avantageusement être boulonnées 25 et chevillées sur l'enceinte du noyau. La surface intérieure des plaques peut être légèrement écartée de l'enceinte du noyau pour permettre à l'eau de refroidissement de circuler entre celle-ci et les dites plaques. A cause de la différence d'échauffement entre les plaques d'acier et l'enceinte du noyau, des plaques de recouvrement peuvent être utilisées pour obtenir des longueurs hors-tout 30 nécessaires. Les différentes plaques peuvent, dans ce cas, avoir des joints à onglets entre elles pour éviter une fuite locale de neutrons. Ces plaques peuvent donc se déplacer les unes par rapport aux autres de manière à réduire les sollicitations thermiques dues à une différence de dilatation. Pour certaines configurations internes, les plaques d'acier peuvent être situées à l'intérieur 35 de l'enceinte de noyau ou peuvent même faire partie de la structure d'enceinte du noyau en étant, par exemple, coulées. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui va suivre et aux dessins annexés. Sur ces dessins: - La figure 1 est une vue en élévation, partiellement en coupe, d'un réacteur 40 nucléaire faisant usage des principes de la présente invention. 72 16136 2137558 - La figure 2 est une coupe pratiquée suivant la ligne II-II de la figure 1. - La figure 3 illustre une comparaison des niveaux de flux avec un écran thermique complet et avec le type d'écran thermique suivant l'invention. - La figure 4 est une vue à grande échelle d'une partie de la figure 2 et 5 - La figure 5 est une vue en perspective des parties internes du réacteur au voisinage d'un angle du noyau. Les figures 1 et 2 représentent un réacteur incorporant les écrans de cuve de cette invention. Une cuve 10 constitue un réservoir étanche mis sous pression quand il est fermé par un assemblage supérieur 12. La cuve à pression 10 est mu-10 nie de tubulures d'entrée 14 et de tubulures de sortie 16 pour la circulation du réfrigérant, qui sont fixées sur la paroi de la dite cuve et qui traversent celle-ci. L'assemblage 12 est pourvu d'une série d'adaptateurs supérieurs de pénétration 13 qui sont scellés à travers sa paroi de forme sensiblement hémisphérique. Les adaptateurs supérieurs de pénétration 13 sont disposés parallèle-15 ment à l'axe de la cuve à pression 10 et supportent des mécanismes 15 qui actionnent des barres de réglage (non représentées) pour stabiliser et régler le réacteur de la manière bien connue des spécialistes. Une enceinte de noyau 20 est suspendue à un rebord intérieur situé juste au-dessous du sommet de la cuve à pression 10 et une plaque supérieure de support (non représentée), une plaque 20 supérieure de noyau 26 et une plaque inférieure de noyau 28 sont également supportées par le même rebord intérieur. L'extrémité inférieure de l'enceinte 20 du noyau est fermée par une paroi inférieure massive percée d'une multitude de trous. La région comprise entre la plaque de noyau supérieure 26 et la plaque inférieure de noyau 28 est remplie par un certain nombre d'assemblages combusti-25 bles 34 qui sont tous identiques entre eux. L'ensemble parallèle d'assemblages combustibles 34 comprend un certain nombre de barreaux combustibles (non représentés) répartis entre des tubes de guidage (non représentés), le tout étant maintenu en place par une structure de grille du type claie à oeufs de construction classique. Une enveloppe 36 entoure les assemblages 34 et sert de support 30 supplémentaire pour ceux-ci. L'enveloppe 36 s'adapte fermement sur les contours extérieurs de l'ensemble des assemblages combustibles 34 et peut être constituée de plusieurs sections droites de façon que la configuration extérieure du noyau soit de forme générale rectangulaire, c'est-à-dire formé d'un certain nombre de rectangles assemblés. L'enveloppe 36 peut être supportée latéralement par 35 l'enceinte 20 du noyau et fixée sur celle-ci avec les plaques de séparation 38. En l'absence d'écran entre l'enceinte 20 du noyau et la cuve à pression 10, le dosage de flux de la dite cuve 10 est fonction de la quantité de fluide modérateur et d'acier se trouvant entre la périphérie extérieure du noyau et la paroi intérieure de la cuve 10. En l'absence d'écran, ce dosage peut être tel qu' 40 il soit nécessaire de recuire périodiquement la dite cuve 10. Cette opération 72 16136 4 2137558 est extrêmement compliquée et onéreuse. Suivant la présente invention, l'épaisseur du matériau de structure et de blindage interposé entre le noyau du réacteur et la paroi intérieure de la cuve à pression 10 est augmentée dans les régions adjacentes aux portions du noyau les plus proches de la paroi intérieure 5 de la cuve à pression 10. Ainsi, au lieu d'interposer un écran thermique cylindrique entre l'enceinte 20 du noyau et la paroi intérieure de la cuve de réacteur, on peut fixer des plaques d'acier soit sur l'enceinte 20 du noyau, soit sur la cuve à pression 10 dans les régions où la dite cuve serait, autrement, soumise au flux maximum de neutrons, les dites plaques étant désignées en géné-10 ral par le repère 40. Les courbes 42 et 44 de la figure 3 montrent une comparaison de la répartition du flux à la surface intérieure de la cuve de pression 10 suivant la pratique courante et avec le nouvel agencement. La courbe 42 représente la répartition du flux suivant la pratique courante et la courbe 44 représente la répartiti-15 on du flux avec l'agencement suivant l'invention. Comme on peut le remarquer, le flux maximum est identique dans les deux cas, alors que les niveaux intermédiaires de flux sont sensiblement plus élevés avec le nouvel agencement. En d'autres mots, le nouvel agencement a pour but de réduire les niveaux maxima de flux par rapport aux niveaux qui existeraient en l'absence d'écran, les niveaux intermé-20 diaires de flux étant toutefois légèrement plus élevés du fait que certaines parties du noyau ne sont pas entourées d'un écran thermique, ces parties étant celles qui sont les plus éloignées de la paroi intérieure de la cuve de pression 10. Dans une réalisation préférée, suivant la présente invention, l'écran ther-25 mique partiel 40 est constitué de segments d'écran 48 qui s'aboutent le long de joints à onglets 50 (voir figure 5). Les segments d'écran 48 sont fixés sur 1' enceinte 20 du noyau par l'intermédiaire de blocs 49 qui permettent au courant de réfrigérant de s'écouler entre l'enceinte 20 et les surfaces intérieures des segments 48 de manière à réduire les sollicitations thermiques agissant sur 30 ceux-ci (voir figure 4). Les segments d'écran 48 peuvent être boulonnés ou fixés de tout autre manière adéquate sur l'enceinte de noyau 20. Un mode de fixation adéquat est montré plus clairement à la figure 4. Les blocs 49 sont d'abord soudés sur l'enceinte de noyau 20. Des cuvettes 54 sont pratiquées dans les segments d'écran 48 dans le but de localiser ces derniers avec précision par rap-35 port aux blocs 49. Des chevilles 56 sont ensuite enfoncées par pression à travers les segments 48 et les blocs 49 dans l'enceinte 20 du noyau. Les chevilles 56 doivent être prévues en nombre suffisant pour supporter une partie importante des efforts de cisaillement dus à 1'échauffement. Les segments sont alors fixés à l'enceinte 20 du noyau à l'aide de longs boulons qui se vissent dans la dite 40 enceinte 20. Les trous de passage des boulons 58 doivent être surdimensionnés 72 16136 2137558 de manière à réduire les efforts de cisaillement pouvant agir sur ces derniers. Une autre forme d'agencement envisagée consiste à fixer les plaques d'écran 40 sur la face intérieure de l'enceinte 20 du noyau s'il existe un espace suffisant entre celle-ci et l'enveloppe 36 entourant le noyau du réacteur. On peut également envisager de fixer les plaques 40 sur la face intérieure de la cuve de pression 20. Ces diverses réalisations conviennent toutes pour réduire le flux maximum frappant les régions de la cuve de réacteur qui sont les plus proches des éléments nucléaires combustibles 36. 72 16136 2137558 REVENDICATIONS. 1. Réacteur nucléaire comprenant une cuve enveloppant un noyau constitué d'un ensemble d'assemblages combustibles de section rectangulaire disposés côte à côte de manière que, vue en plan, la forme générale du noyau soit rectangulaire, 5 certaines parties du noyau étant plus proches que d'autres de la surface intérieure de la cuve à pression, caractérisé en ce que des structures de support et d'écran interposées entre le noyau et la cuve à pression ont une épaisseur plus importante au voisinage de ces dites parties plus proches. 2. Réacteur nucléaire suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la 10 structure d'écran interposée entre le noyau et la cuve à pression est constituée d'une enceinte de noyau cylindrique supportée par la dite cuve à pression et entourant le dit noyau et en ce que la dite enceinte de noyau a une épaisseur plus importante au voisinage des dites parties plus proches. 3. Réacteur nucléaire suivant la revendication 2, caractérisé en ce que des 15 plaques sont montées sur l'enceinte du noyau au voisinage des dites portions plus proches, réalisant ainsi l'augmentation d'épaisseur de la dite enceinte. 4. Réacteur nucléaire suivant .la revendication 3, caractérisé en ce que les dites plaques sont montées à une certaine distance de l'enceinte du noyau, déterminant ainsi des canaux de circulation de réfrigérant entre les dites plaques 20 et la dite enceinte de noyau.