Brevet FR2112044A1 — publié le 19720616

La présente invention concerne les réacteurs nucléaires refroidis par circulation de métal fondu (sodium en général) et plus particulièrement les réacteurs du type généralement dénommés "intégrés", dans lesquels le coeur et les échangeurs de chaleur sont disposés dans une mème cuve primaire contenant une masse du métal fondu. Dans les réacteurs actuels du type ci-dessus, la cuve doit présenter une contenance suffisante pour éviter que le réfrigérant ne déborde méme lorsqu'il s'échauffe de façon excessive. Un gaz de couverture, tel que l'argon, occupe le volume excédentaire au-dessus du réfrigérant. En conséquence, la partie haute de la cuve et son couvercle sont placés hors du sodium. Cette disposition présente de graves inconvénients en régime transitoire, et en particulier lors de la montée en température a partir de-l'arrêt, et inversement car les échanges thermiques se font plus lentement pour les parties métalliques en contact avec le gaz que pour celles baignées par le réfrigérant liquide. Des contraintes d'origine thermique apparaissent et sont d'autant plus graves que les pièces situées hors du réfrigérant sont plus volumineuses et plus massives. Il- est nécessaire de prévoir des palliatifs pour que les contraintes d'origine thermique dans les pièces ne dépassent pas des limites acceptables. On a notamment proposé de calorifuger de façon différente la cuve proprement dite et son couvercle ou d'associer un circuit de réchauffage au couvercle: Toutes ces solutions ne constituent que des palliatifs plus ou moins satisfaisants. Pour éliminer les problèmes ci-dessus ou du moins les atténuer dans une très large mesure, l'invention propose un réacteur nucléaire à échangeur intégré refroidi par circulation de métal fondu constituant réfrigérant primaire, caractérisé notamment en ce qu'il comprend une cuve contenant le réfrigérant, dont le couvercle est muni d'au moins une manchette prolongeant la cuve vers le haut et de section inférieure à celle de la cuve, et un dispositif de maintien de la surface libre du réfrigérant à l'intérieur de la manchette ou des manchettes, dispositif comprenant un récipient ouvert vers le bas, disposé dans la masse de réfrigérant, des moyens permettant d'introduire à la partie supérieure dudit récipient un gaz inerte par rapport au réfrigérant ou de le laisser s'en échapper et des moyens de commande de l'admission et de l'échappement du gaz inerte. Les moyens de régulation commandent l'admission ou l'échappement de gaz inerte en fonction de la valeur d'un paramètre qui peut être soit le niveau de la surface libre dans la manchette ou les manchettes, soit la température du réfrigérant. I1 faut à ce sujet noter que le maintien du niveau n' a pas besoin d'être extrêmement précis, à condition que, d'une part, la surface libre ne descende pas dans la cuve et que d'autre part, il ne se produise pas de débordement. Le dispositif qui vient d'etre défini fournit une solution simple au problème et surtout ne fait pas disparaître le caractère intégré du réacteur, puisque les circuits annexes ne sont occupés que par du gaz. Au contraire, les avantages de la disposition intégrée, en particulier sur le plan de la sécurité, seraient perdus si, pour maintenir la surface libre à un niveau constant, on prévoyait un circuit annexe de transfert de réfrigérant primaire entre la cuve et un bac extérieur à celle-ci. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un réacteur à neutrons rapides constituant un mode de mise en oeuvre, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère à la figure unique qui l'accompagne et donne le schéma de principe des. éléments essentiels du réacteur. Le réacteur représenté schématiquement sur la figure unique est du type à aire pivotante, à plusieurs coeurs et à plusieurs échangeurs décrit et revendiqué dans la demande de brevet pour "Réacteur nucl6aire à échangeurs intégrés" déposée ce même jour par l'organisme demandeur. Le réacteur comprend, dans une enceinte 1 de protection biologique, une cuve principale étanche 2 contenant une masse 3 de métal fondu constituant le réfrigérant primaire. La cuve 2 est, par exemple, suspendue par des tirants, schématisés en traits mixtes sur la figure, à une dalle supérieure 4 de fermeture de l'enceinte de protection biologique 1. La cuve 2, qui présente une forme générale de révolution, contient une colonne verticale 6, coaxiale à la cuve et pouvant tourner autour de son axe. Cette colonne 6 est munie d'un rebord 7 qui repose par l'intermédiaire d'organes de roulement 8 sur la dalle. Un dispositif de liaison étanche (non représenté) est interposé entre la colonne 6 et le couvercle 20 de la cuve 2 à l'emplacement où la colonne traverse ce dernier. Le fond de la cuve principale 2 porte avantageusement un pion de centrage 9 qui guide la colonne 6 lors de sa rotation. La colonne 6, porte une aire-support 10 en forme de couronne sur laquelle sont disposés, à intervalles angulaires réguliers, plusieurs coeurs 12. Le couvercle 20 de la cuve est muni d'une série de manchettes 13, en nombre égal à celui des coeurs 12, réparties sur un cercle de même diamètre que celui des coeurs et également à intervalles angulaires réguliers de sorte que les coeurs peuvent s'aligner avec les manchettes. Chacune des manchettes est fermée par un bouchon amovible 14 qui s'appuie sur la dalle 4. A chacun des bouchons sauf un, est suspendu, par des moyens mécaniques schématisés sous forme d'un tirant 15, un échangeur 16 de chaleur entre le réfrigérant primaire et un fluide caloporteur secondaire, qui peut également être du sodium fondu. Le fluide caloporteur secondaire arrive par une conduite 17 de pompes (non représentées) et s'échappe par une conduite 18 vers le circuit d'utilisation. Lors du fonctionnement du réacteur, le réfrigérant primaire (sodium fondu) circule sous l'action de pompes, dont une est représentée schématiquement en 20, suivant le trajet indiqué par des flèches en traits pleins. D e façon connue, le débit du rfrirant primaire traversant chaque coeur peut être adapté à la puissance dégagée, à l'aide d'un dispositif non représenté sur la figure. Le dernier bouchon 14 (bouchon de droite sur la figure) porte une installation 19 de manutention du combustible. Cette installation permet d'intervenir sur le coeur 12, placé au-dessous du bouchon correspondant et maintenu à l'arrêt neutronique. Le réacteur représenté schématiquement sur la figure comporte un dispositif permettant de maintenir en permanence la surface libre de la masse de sodium 3 à l'intérieur des manchettes 13 de façon que la face inférieure du couvercle 20 de la cuve principale 2 soit baignée en permanence par le réfrigérant. Ce dispositif comprend un récipient ouvert vers le bas, placé au sein du réfrigérant, constitué par la face inférieure 21 de l'alre-support tournante et par une jupe 22 fixée à la périphérie de cette aire-support. Dans le récipient tournant ainsi délimité débouche une conduite fixe 23 par laquelle on peut envoyer un gaz inerte, identique à celui qui recouvre le réfrigérant (argon en général), ou laisser échapper du gaz.L'admission ou l'échappement du gaz est commandé par une installation de régulation 24 sensible aux variations de niveau dans les manchettes 13 ou à un paramètre qui est lié à ces variations, par exemple la température moyenne du réfrigérant primaire dans la cuve 2 (température qui fixe le volume du réfrigérant dans la cuve étant donné que la masse de sodium primaire reste constante et que la cuve suit rapidement les variations de température du réfrigérant La température à prendre en considération est la température moyenne du réfrigérant dans le circuit primaire, la température d'entrée dans les coeurs pouvant Btre légèrement différente de la température de sortie des échangeurs. Etant donné que les variations de hauteur de la surface libre dans les manchettes restent faibles, il n'est pas nécessaire en général de munir celles-ci de tuyauteries particulières permettant la décompression en cas de montée de la surface libre. On voit que dans le réacteur qui vient d'être. décrit toutes les parois métalliques, exception faite des manchettes 13, ont une face au moins qui est baignée par le réfrigérant primaire. En conséquence, toutes ces parties métalliques suivent rapidement et uniformément les variations de température du réfrigérant et il ne se crée pas de-contraintes dynamiques d'origine thermique. Les seules pièces à l'intérieur desquelles se trouve une surface libre sont les manchettes 13 et le puits 25 d'entrée de la colonne 6, mais elles peuvent présenter une forme et des dimensions telles que les contraintes n'y atteignent pas des valeurs inadmissibles. En effet, aucune de ces pièces ne transmet d'efforts mécaniques importants, la cuve étant supportée par des tirants indépendants des manchettes 13 et l'aire support 10 étant portée par la colonne 6 et la dalle 4. Par ailleurs, l'installation d'apport et d'enlèvement de gaz inerte (conduite 23 et installation 24) n'affecte pas le caractère intégré de l'installation et les avantages qui en découlent. I1 va sans dire que l'invention est susceptible de nombreuses variantes de mise en oeuvre. En particulier elle est applicable à un réacteur comprenant un seul coeur et un seul échangeur, le récipient ouvert vers le bas étant alors avantageusement placé sous la dalle support du coeur. Le nombre des manchettes peut être réduit à un et il nlest pas indispensable que les canalisations d'entrée et de sortie du fluide caloporteur secondaire passent par cette manchette. I1 doit être entendu que la portée du présent brevet s'étend à de telles variantes ainsi plus généralement qu'à toutes celles restant dans le domaine des equivalences. REVEGDICATIONS 10) Réacteur nucléaire à échangeur intégré refroidi par circulation de métal fondu, caractérisé en ce qu'il comprend une cuve contenant le réfrigérant, dont le couvercle est muni d'au moins une manchette prolongeant la cuve vers le haut et de section inférieure à celle de la cuve, et un dispositif de maintien de la surface libre du réfrigérant à l'intérieur de la manchette ou des manchettes, dispositif comprenant un récipient ouvert vers le bas, disposé dans la masse de réfrigérant, des moyens permettant d'introduire à la partie supérieure dudit récipient un gaz inerte par rapport au réfrigérant ou de le laisser s'en échapper, et des moyens de commande de l'admission et de l'échappement du gaz inerte. 20) Réacteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un échangeur de chaleur entre le réfrigérant primaire et un fluide caloporteur secondaire dont les conduites d'entrée et de sortie passent par la manchette ou l'une des manchettes. 30) Réacteur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit récipient est sous l'airesupport du coeur du réacteur. 40) Réacteur suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de coeurs disposés à intervalles angulaires réguliers sur une aire-support portée par une colonne centrale rotative qui repose sur une dalle au-dessus du toit de la cuve et en ce que ledit récipient est sous l'aire-support. 5Q) Réacteur suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est prévu des manchettes en nombre égal à celui des coeurs et dont la répartition est identique à celle des coeurs. 6s) Réacteur suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit récipient est délimité par l'aire-support et une jupe latérale portée par celle-ci et dirigée vers le bas à partir de l'aire-support. 7 ) RéacteuT'sulvant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de régulation sont commandés par la température moyenne du réfrigérant dans la cuve. 80) Réacteur suivant l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisé en ce que les moyens de régulation sont connectés par le niveau de la surface libre du réfrigérant dans les manchettes.