Brevet FR2111814A1 — publié le 19720609

i 2111814 la présente invention vise un système -de récipients de sécurité pour limiter les conséquences d'une excursion de Bethe-Tait et pour empêcher "une contamination radio-active de l'environnement en cas d'incident dans des réacteurs nucléaires 5 refroidis au sodium. les systèmes de récipients de sécurité pour réacteurs nucléaires se composent généralement de plusieurs enveloppes tenant la pression et étanches aux gaz, dont au moins une est réalisée de manière à satisfaire à des exigences très sévères quant à 10 l'étanchéité aux gaz, - cela afin d'éviter un échappement de gaz radio-actifs, les récipients de sécurité de construction usuelle doivent, d'une part, supporter la pression maximale possible en cas d'accident et, d'autre part, présenter une étanchéité aux gaz aussi parfaite que possible. Compte tenu de la résistance et du 15 poids, ces récipients ont des formes cylindriques et/ou sphériques et sont réalisés, soit entièrement en acier, soit en béton avec un revêtement d'acier mince, mais très étanche. Etant donné que l'évolution va obligatoirement dans le sens d'une augmentation des puissances installées, les récipients de sécurité usuels, 20 cylindriques et/ou sphériques, devraient recevoir des épaisseurs de paroi et des diamètres qui ne sont pratiquement plus réalisables. la conception de ces récipients de sécurité est basée sur des accidents hypothétiques qui peuvent vraisemblablement être négligés ultérieurement et qui sont donc déjà maintenant 3ans im-25 portance pour le développement ultérieur d'installations nucléaires de grande puissance. Pour les réacteurs de puissance refroidis à l'eau, il est connu d'accumuler à l'intérieur du récipient de sécurité de grandes quantités d'eau ou même de glace, dans lesquelles une partie 30 de la vapeur s'échappant en cas d'incident se condense, ce qui- ré-duit la pression en cas d'accident, le brevet.américain ÏT0 3-453.176 propose déjà l'utilisation de masses de pierres en tant-'qu'accumulateur de chaleur, lesquelles sont cependant refroidies par de l'eau à l'aide de gicleurs. Etant donné la réaction chimique intense 35 qui a lieu entre le sodium et l'eau, de tels accumulateurs de chaleur ne sont pas admissibles pour des réacteurs nucléaires refroidis au sodium. En outre, les conséquences d'un incident dans des réacteurs de puissance refroidis à l'eau sont tout à fait - différentes de celles qui se présentent dans les réacteurs refroi-40 dis au sodium. En raison de la température d'ébullition plus élevée COPY 71 38097 2 2111814 du sodium, les pressions de service peuvent être maintenues "beaucoup plus faibles et l'énergie libérée est elle aussi sensiblement plus faible si on arrive à exclure une réaction chimique entre le sodium et l'eau ou l'oxygène de l'air. 5 ' Les récipients de sécurité cylindriques et/ou'sphériques de grande taille présentent, outre leur prix de revient élevé, plusieurs inconvénients qui résident dans les difficultés pour contrô- . 1er l1étanchéité et pour maîtriser les contraintes thermiques entre un. revêtement en tôle d'acier étanche au gaz et un récipient en 10 béton, et dans la sensibilité à des actions extérieures, par exemple la chute d'un avion. La présente invention vise à remédier aux inconvénients des récipients de sécurité cylindriques et/ou sphériques de grande taille, à limiter les conséquences d'une excursion Bethe-Tait et à 15 éviter une contamination radio-active de l'environnement en cas d'incident dans des réacteurs nucléaires refroidis au sodium. Le système de récipients de sécurité conforme à l'invention se compose de façon connue de trois enveloppes en béton, à savoir d'un récipient de sécurité intériéur, d'un récipient de sécurité extérieur 20 et du bâtiment proprement dit du réacteur, entourant ces récipients, le récipient de sécurité intérieur étant rendu inerte. Selon l'invention, il est possible d'obtenir le résultat recherché par le fait que les trois enveloppes du système de récipients de sécurité sont réalisées ou peuvent être réalisées 25 essentiellement à partir de parois et de couvercles rectangulaires et plans et qu'à l'intérieur du récipient de sécurité intérieur se trouve une chàmbre de détente avec un' accumulateur de chaleur dont le fonctionnement n'est pas entravé en cas d'incident par l'interruption de canalisations conduisant la chaleur, et par le fait que 30 le récipient de sécurité intérieur est construit de manière à tenir la pression, mais à ne pas être extrêmement étancîïe aux gaz. En cas d'accident, l'accumulateur de chaleur peut absorber une partie considérable de l'énergie thermique dégagée par le coeur ■ du réacteur et limite ainsi la pression maximale possible dans le 35 récipient de sécurité intérieur. Le fait que le récipient de sécurité intérieur est rendu complètement inerte empêche des incendies par le sodium en cas d'incident " et limite également la pression maximale possible en cas d'accident. L'absence, également en cas d'incident, de refroidissement actif de l'accumulateur de 40 chaleur depuis l'extérieur du récipient de sécurité intérieur augCOPY 71 38097 3 2111814 mente la sécurité. Les volumes et masses plus importantes que cela entraîne sont encore toujours plus faibles qu'avec les récipients de sécurité cylindriques et/ou sphériques, usuels jusqu'à présent.' Pour permettre, en cas d'incident, un équilibrage rapide 5 de la température entre la cellule chaude du réacteur et l'accumulateur de chaleur, il est proposé, suivant l'invention, que la chambre de détente renfermant l'accumulateur de chaleur dans le récipient de sécurité intérieur communique par plusieurs canaux de grand diamètre avec la cellule du réacteur et que ces canaux soient fermés 10 par des clapets ou des disques d'éclatement (membranes claquab'les) s'ouvrant rapidement et complètement en cas d'incident. Pour créer des conditions d'écoulement claires et nettes en cas d'incident après la première impulsion de pression, il est proposé, selon l'invention, de disposer une partie des canaux dans 15 la zone supérieure et une partie des canaux dans la zone inférieure du récipient de sécurité intérieur, ce -qui fait qu'il s'établit une circulation par convection naturelle. Il apparaît judicieux^ par un dimensionnement plus important des canaux supérieurs et/ou par le choix de la pression de réponse.des clapets-ou membranes claquables, 20 de diriger l'écoulement d'avance dans le sens de la convection naturelle . ■ " Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'accumulateur de chaleur se trouvant dans le récipient de sécurité intérieur est réalisé en béton et se compose de plusieurs lamelles 25 fixées à une paroi et orientées de préférence verticalement. L'utilisation de béton s'est avérée particulièrement avantageuse, compte tenu du prix, de l'encombrement, du coefficient de transmission thermique et de la chaleur spécifique, ainsi que du façonnage simple. L'agencement sous la forme de lamelles est avantageux 30 compte tenu de la faible perte de charge bien qu'il existe d'autres possibilités d'agencement qui laissent envisager une meilleure transmission de chaleur. J Suivant une autre caractéristique de l'invention, le récipient de sécurité extérieur, c'est-à-dire l'enveloppe médiane 35 parmi les trois enveloppes prévues du système de récipients de sécurité, est pourvu extérieurement d'un revêtement en tôle d'acier étanche aux gaz. Ce récipient de sécurité extérieur renferme non seulement le récipient de sécurité intérieur, mais également toutes les installations auxiliaires susceptibles de contenir des milieux 40 radio-actifs pendant le fonctionnement du réacteur. COPY 71 38097 4- 2111814 les avantages de la présente invention résident dans le fait que chacune des trois enveloppes du système de récipients de sécurité peut être exécutée de façon optimale et avec une sécurité accrue, essentiellement pour une fonction déterminée, et que les 5 exigences nécessaires à cet effet peuvent être satisfaites avec la mise en oeuvre de moyens acceptables. Dans ce qui va suivre, on va décrire plus en détail la fonction de chacune des trois enveloppes du système de récipients de sécurité et les avantages que cela procure comparativement à des systèmes connus de récipients de sécuri-10 té. Le récipient de sécurité intérieur limite les conséquences directes d'une excursion Bethe-Tait, à savoir l'augmentation de pression et de température par suite du sodium s*évaporant dans la cellule du réacteur. Du fait qu'il n'existe pas de canalisations 15 conduisant de l'eau ou de la vapeur et que le récipient de sécurité intérieur est rendu complètement inerte, il ne peut pas se produire d ' augmentation supplémentaire de la pression et de la température par suite d'une réaction chimique du sodium. Une grande partie de la chaleur dégagée est absorbée dans la chambre de détente, dé sorte 20 que la pression maximale possible reste faible. Compte tenu des contraintes thermiques dans les parois en béton, les différences de température maximales entre l'intérieur et l'extérieur ne doivent pas dépasser 50°C. Compte tenu de la réaction chimique entre le sodium et l'eau contenue dans le béton, la température de la paroi 25 ne doit pas dépasser 120°. Toutefois, il n'est possible de satisfaire à cette exigence qu'en prévoyant un revêtement formé de matières résistant à la chaleur sur les parois exposées à la chaleur dans la zone de la cellule du réacteur. Dans ces conditions, on peut renoncer à réaliser le récipient de sécurité intérieur de manière 30 qu'il présente une étanchéité extrême aux gaz, ce qui serait d'ailleurs très onéreux compte tenu des nombreuses traversées pour les canalisations. Le récipient de sécurité extérieur a deux .fonctions essentielles, qui ne peuvent cependant pas être réalisées simultanément. 35 D'autre part, le récipient de sécurité extérieur doit rester essentiellement étanche aux gaz, tant en cas d'une excursion Beth-Tait dans le récipient de sécurité intérieur qu'en cas de dommages de moindre importance dans les installations auxiliaires se trouvant dans le récipient de sécurité extérieur. Il est facile de satisfaire 40 à cette exigence, du fait que des contraintes de pression et de tem 71 38097 5 2111814 pérature élevées ne peuvent pas apparaîtrent et qu'il n'existe que peu de traversées de canalisations et de sas. D'autre part, le récipient de sécurité extérieur assume la protection contre dea actions extérieures, par exemple la chute d'un avion. Dans ce cas, 5 il est avantageux que l'on puisse considérer le récipient extérieur et le récipient intérieur comme formant une unité, du point de vue de la résistance. La troisième enveloppe du système de récipients de sécurité, à savoir le bâtiment du réacteur, ne doit entretenir qu'une faible 10 dépression entre le bâtiment et le récipient de sécurité extérieur, de sorte que l'air dans le bâtiment puisse'être contrôlé et puisse être envoyé par des filtres dans la cheminée d'échappement. De ce fait, ce bâtiment peut être réalisé avec de faibles exigences tant du point de vue statique que du point de vue étanchéité. 15 Le dessin annexé représente schématiquement un exemple de réalisation non limitatif de l'objet de l'invention; sur ce dessin: la figure 1 est une coupe verticale, suivant II-II de la ** figure 2, du système de récipients de sécurité à trois enveloppes; la figure 2 est une coupe horizontale suivant I-I de la 20 figure 1 de ce même système. Sur les deux figures, on reconnaît le caisson en acier 1 du réacteur et l'écran de protection biologique 2 en béton. La référence 3 désigne la paroi en béton du récipient de sécurité intérieur, tandis que la référence 4 désigne la paroi en béton 25 du récipient de sécurité extérieur, cette paroi étant recouverte d'un revêtement 5 en tôle d'acier étanche aux gaz. La référence 6 désigne la paroi en béton du bâtiment du réacteur. Le compartiment 7 du couvercle du réacteur communique avec le récipient intérieur et est isolé de l'espace du récipient extérieur par une coiffe 8; 30 Dans la chambre de détente 9, de nombreuses lamelles en béton 10 sont disposées sur la paroi 4 du récipient intérieur. La référence 11 désigne l'un des deux canaux se trouvant à la délimitation inférieure du récipient intérieur et reliant la chambre de détente 9 à la cellule 12 du réacteur. Les pompes à sodium et les échan-35 geurs de chaleur intermédiaires sont placés dans les trois cellules primaires 13, 14 et 15. A l'intérieur de- la cellule 12 du réacteur se trouve une cuve 16 en tôle d'acier, destinée à recueillir le sodium qui pourrait s'échapper. Xe canal 11 présente un coude 17 surmonté d'une coiffe 18 qui empêche la pénétration de sodium 71 38097 6 2111814 dans le canal 11. les références 19 et 20 désignent des ouvertures se trouvant dans les parois des cellules primaires, à délimitation supérieure du récipient intérieur. 71 38097 7 2111814 REVENDICATIONS 1. Système de récipients de sécurité pour limiter les conséquences d'une excursion Bethe-Tait et pour éviter la contamination radio-active de l'environnement en cas d'incident dans des 5 réacteurs nucléaires refroidis au sodium, ce système étant réalisé en "béton avec trois enveloppes, à savoir un récipient de sécurité intérieur, un récipient de sécurité extérieur et le "bâtiment du réacteur, entourant ces récipients, caractérisé par le fait que les trois enveloppes sont fabriquées ou peuvent être fabriquées 10 essentiellement à partir de parois et de plafonds rectangulaires et plans, que le récipient intérieur renferme une chambre de détente avec un accumulateur de chaleur dont la fonction n'est pas entravée, en cas d'incident, par l'interruption des canalisations d'évacuation de chaleur, et que le récipient intérieur est réalisé 15 de manière à tenir la pression, mais à ne pas être extrêmement étanche aux gazi 2. Système de récipients de sécurité suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la chambre de détente renfermant l'accumulateur de chaleur dans le récipient intérieur 20 communique par plusieurs canaux de grand diamètre avec la cellule du réacteur. 3. Système de récipients de sécurité suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que les canaux sont fermés par des clapets ou des membranes claquables s'ouvrant rapidement et 25 complètement en cas d'incident. . 4. Système de récipients de sécurité suivant la revendication 3, caractérisé par le fait qu'une partie des canaux est dis- r posée dans la zone supérieure et une partie des canaux dans la zone inférieure du récipient de sécurité intérieur. 5. Système de récipients de sécurité suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que 1'accumulateur de chaleur dans le récipient de sécurité intérieur est réalisé en béton. 6. Système de récipients de sécurité suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'accumulateur de chaleur dans 35 le récipient de sécurité intérieur est formé de plusieurs lamelles fixées à une paroi. 7. Système de récipients de sécurité suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le récipient de sécurité extérieur est pourvu extérieurement d'un revêtement étanche aux gaz, 40 formé de tôle d'acier ou par un enduit appliqué à l'état plastique.