Brevet FR2119812A1 — publié le 19720811

La présente invention est relative à un réacteur nucléaire du genre dit à haute température, dans lequel le coeur ou partie active du réacteur sst constitué d'éléments prismatiques empilés en colonnes adjacentes et ou le combustible, se présentant 5 sous forme homogène ou hétérogène, est réparti a travers ces éléments. L'invention concerne plus particulièrement parmi les réacteurs de ce type, ceux dont le coeur est placé à l'intérieur d'un caisson étanche résistant à la pression d'un fluide primaire de refroidissement, circulant de préférence de haut en bas à 10 travers des canaux de passage prévus dans les empilements prismatiques, ce caisson contenant également des échangeurs de chaleur parcourus par le fluide primaire et restituant les calories reçues à un fluide secondaire, utilisé à l'extérieur du réacteur dans une installation de production d'énergie électrique. L'in-15 vention concerne également les rsacieursdits "à cycle direct" c'est-à-dire avec turbinage direct du fluide primaire. On sait que dans les réacteurs du genre précité, il est nécessaire de pouvoir procéder à un renouvellement relativement fréquent des éléments prismatiques du coeur, pour 20 remplacer le combustible nucléaire usé. Il est en outre intéressant de prévoir l'enlèvement de certains autres éléments détériorés en fonctionnement, accidentés au cours d'une manutention, ou encore contaminés par des produits de fission, ces éléments n'appartenant pas au coeur actif proprement dit, mais 25 constituant d'autres parties nécessairement présentées dans un réacteur à haute température et en particulier le réflecteur entourant le coeur, les boucliers de protection thermique axiaux ou latéraux entourant à leur tour le réflecteur et enfin la sole de support sur laquelle s'appuie le coeur sur le fond du caisson. 30 La présente invention résulte d'une conception nouvelle de la structure d'un réacteur du genre ci-dessu&, - caractérisée en ce que le coeur actif, le réflecteur, les boucliers de protection axiaux et latéraux et la sole de support du coeur sont constitués au moyen d'éléments prismatiques empilés en 35 colonnes et dont les dimensions géométriques correspondent à un module de base unique. Plus précisément ce terme module de base unique se rapporte à la section droite des prismes, étant entendu que l'on conserve une certaine liberté pour choisir la hauteur 70 37309 2 2119812 des différents éléments prismatiques» cette hauteur dépendant de facteurs physiques et mécaniques très divers. On sait d'autre part, que dans les réacteurs nucléaires à caisson externe de protection, la manutention des élé-5 ments combustibles notamment, s'effectue habituellement à l'aide d'unenechine spécialisée, placée hors de ce caisson et apte à faire pénétrer dans celui-ci à travers des passages de dimensions réduites, un ôrgane de - préhension approprié, cet organe étant agencé de manière à pouvoir subir un certain débattement 10 par rapport à l'axe de chaque passage pour venir saisir à tour de rôle plusieurs éléments décalés et, non pas nécessairement ceux qui sont à l'aplomb de ce passage. Généralement, l'axe de chaque passage ou puits est vertical, le débattement de l'organe de préhension à l'intérieur du caisson étant hpriontal, 15 ce qui lui permet de couvrir une zone de manutention donnée correspondant à chaque puits et centrée sur l'axe de celui-ci. Selon l'invention, le choix d'un module unique pour les éléments prismatiques du réacteur, permet- d'effectuer, par une machine extérieure du type da celle ci-dessus décrite, 20 la manutention de chacun d'eux et leur remplacement éventuel, colonne par colonne, à la fois dans le coeur, le réflecteur, les boucliers de protection et la sole de support. Avantageusement, les éléments prismatiques sont des prismes hexagonaux réguliers déterminant uri réseaii à maille 25 triangulaire à travers 1'ensemble du coeur. Dans une première variante les éléments sont liés entre eux dans une même... colonne par pions ou emboitements prévus dans leurs faces coopérantes. Des jeux entre colonnes sont prévus pour faciliter la manutention et permettre une certaine 30 arcure des éléments du coeur soumis à un gradient de flux. Ces jeux" sont toutefois réduits à. la base et au sonunet des colonnes pour mieux définir leur réseau dans les zones,stables en dimension, c'est-à-dire ne subissant pas de déformation par e-ffet Wigner. - 35 ' Dans une seconde variante, la cohésion des colonnes est améliorée par la mise en place de clavetages longitudinaux entre au'moiris certains éléments prismatiques, pax exemple à la base et/ou au sommet de .toutes ou de certaines colonnes. 70 37309 3 2119812 Dans une troisième variante, les colonnes sont. clavetées sur toute leur hauteur, mais les extrémités des.organes de clavetage sont usinées de larges chanfreins. Dn obtient de ce fait une excellente stabilité sans compromettre la possi-5 bilité de renouvellement de tous les éléments prismatiques de même module de base, cette stabilité permettant de supprimer les pions et emboitements prévus dans la première variante, le maintien des positions relatives des éléments prismatiques d'une même colonne étant alors assuré par les clavetages. 10 Ces diverses caractéristiques de la structure de coeur pour réacteur à haute température envisagée apparaissent plus explicitement à travers la description qui suit d'un exemple de réalisation, donné à titre indicatif et non limitatif, en référence à la figure unique du dessin annexé qui 15 illustre une demi-coupe longitudinale d'un tel réacteur. Sur cette figure, on a schématiquement représenté en 1 le coeur d'un réacteur nucléaire à haute température constitué par l'assemblage d'une série d'éléments prismatiques tels que 2, présentant tous le même module géométrique. Ces éléments 2 20 sont empilés les uns sur les autres pour former une série de colonnes verticales adjacentes, constituant un ensemble géométrique de dimensions appropriées où les éléments sont répartis selon un réseau à maille régulière donné dépendant du module choisi. Le coeur 1 est entouré d'un réflecteur 3, compor 25 tant une série d'éléments prismatiques, tels que 3a et 3b définissant respectivement une couverture axiale et une couverture latérale entourant le coeur 1 ; de la même manière, le réflecteur 3 est lui-même entouré d'un bouclier de protection thermique 4, formé d'éléments 4a et 4b répartis pour constituer 30 respectivement un bouclier axial et un bouclier latéral. Tous les éléments 2, 3a, 3b, 4a et 4b du coeur, du réflecteur et des boucliers, présentent, conformément à l'invention, le même module géométrique. Cependant il peut être intéressant pour les éléments 4b situés à la périphérie du bouclier latéral de 35 modifier la section pour obtenir un remplissage parfait de la cavité du caisson, mais même dans ce cas ladite section modifiée demeure toujours inscrite dans la section du module de base. 70 37309 4 2119812 L'ensemble ainsi constitué repose par l'intermédiaire d'une série de poteaux de support 5 sur une sole d'appui 6, elle-même formée par exemple de deux séries d'éléments prismatiques superposés, respectivement 6a et 6b, présentant encore 5 le module géométrique des éléments précédents. Le coeur 1, le réflecteur 3 et le bouclier 4 qui l'entourent, ainsi que la sole d'appui 6, sont entourés par un caisson 7, en béton précontraint assurant une protection convenable de l'atmosphère externe vis-à-vis des rayonnements 10 issus du coeur. Ce caisson comporte plusieurs alvéoles 8 dans lesquels sont placés des échangeurs de chaleur 9, l'accès direct à ces échangeurs pouvant être effectué à travers des orifices du caisson normalement obturés par des bouchons 10. La circulation d'un fluide primaire de refroidissement notamment 15 de l'hélium, à travers les éléments du coeur, est réalisée en circuit fermé dans le caisson, le trajet de ce fluide étant de préférence choisi de manière telle qu'il s'écoule de haut en bas à travers le coeur pour remonter ensuite dans les échangeurs 9. Les flèches 9a, 9b, 9c schématisent le trajet suivi. 20 Le caisson 7 comporte une dalle supérieure 11 surmontant le coBur et à travers laquelle sont prévus des passages verticaux ou puits 12, permettant à une machine de manutention (non représentée) circulant sur le dessus de la dalle 11 de faire descendre à l'intérieur de chaque puits successivement un organe de 25 préhension appropiré, permettant de saisir chacun des éléments prismatiques du réacteur pour en assurer le renouvellement. Conformément à l'invention, tous les éléments prismatiques présentant le même module géométrique, la machine de manutention et son organe de préhension peuvent 30 procéder sans difficulté à l'enlèvement ou à la mise en place de n'importe quel élément prismatique, aussi .bien dans le coeur que dans le réflecteur, le bouclier ou même la sole d'appui, après enlèvement dans ce dernier cas d'une des colonnes du coeur. Les éléments prismatiques du réacteur peuvent bien en-35 tendu présenter une section géométrique quelconque, appropriée seulement à la réalisation d'un réseau à maille régulière. De préférence, cette section des prismes est choisie hexagonale de manière à constituer un réseau à maille triangulaire équi-latérale. De préférence également, les éléments prismatiques 70 37309 5 2119812 , dans une colonne quelconque, sont liés de l'un à l'autre par l'intermédiaire de pions ou d'emboitements 13, prévus dans leurs faces supérieures coopérantes. Enfin, pour assurer la cohésion des colonnes voisines entre elles, diverses solutions peuvent 5 être prévues, notamment en réalisant la liaison de ces colonnes au moyen de clavettes 14 ou 15, prévues sur toute la longueur ou uniquement au sommet et à la partie inférieure de toutes ou bien de certaines seulement de ces colonnes, aussi bien dans le coeur que dans le bouclier et le réflecteur. Des clavettes 10 du même genre peuvent également être prévues entre les éléments prismatiques de la sole» 70 37309 6 2119812 1°) Réacteur nucléaire à ha-ute température caractérisé en ce que le coeur actif, le réflecteur', les boucliers de protection axiaux et latéraux et la sole de support du coeur sont 5 constitués au moyen d'éléments prismatiques empilés en colonnes et dont les dimensions géométriques correspondent à un module de base unique. 2°) Réacteur nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments prismatiques sont des 10 prismes hexagonaux réguliers déterminant un réseau à maille triangulaire à travers l'ensemble du coeur. 3°) Réacteur nucléaire selon la* revendication 1, caractérisé en ce que les éléments prismatiques sont liés entre eux d'une colonne à une autre par clavetage longitudinal, ce 15 clavetage pouvant être effectué sur toute la hauteur ou au sommet et à la base de toutes ou seulement de certaines colonnes. 4°) Réacteur nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments prismatiques sont dans une même colonne reliés entre eux par pions ou emboîtements, 20 prévus dans leurs faces coopérantes.