Brevet FR2116206A1 — publié le 19720713

La présente invention est relative à un élément prismatique pour bouclier de protection neutronique de réacteur nucléaire, notamment de réacteur à haute température, dans lequel le coeur ou partie active de ce réacteur est refroidi par un fluide très chaud. On sait que la protection neutronique a pour rôle d'absorber le rayonnement de fuite du coeur de façon à protéger d'une part le béton d'un caisson entourant extérieurement le réacteur et, qui sans cela subirait un très fort échauffement et d'autre part les structures d'acier entourant le coeur qui sans celà connaîtraient une très forte activation. Les boucliers de protection neutronique comportent donc des absorbants convenables du rayonnement de fuite et l'énergie qu'ils absorbent est évacuée par un circuit de refroidissement identique ou diffèrent de celui du coeur. Dans le cas d'un réacteur à haute température le refroidissement du bouclier, en particulier à la sortie du coeur, pose un problème très difficile à résoudre. La présente invention a pour objet une conception de bouclier neutronique permettant le remplacement aisé de ses éléments constitutifs et le refroidissement de ceux-ci par un fluide à haute température. On a déjà décrit dans une demande-de brevet ne EN 7037309 déposée le 15 octobre 1970 au nom du COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE un "réacteur nucléaire, dans lequel le coeur, le réflecteur, les boucliers de protection et l'aire support sont constitués d prismatiques d'un module unique, notamment en forme de prisme à section droite hexagonale régulière, identique pour tous ces éléments, cette disposition permettant en particulier de réaliser un démontage complet du réacteur au moyen d'un organe de préhension introduit dans le caisson à travers des puits de passage en nombre réduit, autorisant-le cheminement des éléments un à un, quelle que soit leur position relative à l'intérieur du caisson. Selon la présente invention, on utilise un élément prismatique du genre précité, plus particulièrement adapté à la réalisation des boucliers neutroniques entourant axialement ou latéralement le coeur du réacteur. A cet effet, llélément considéré, en forme générale de prisme droit, par exemple à section hexagonale régulière et réalisé en graphite, se caractérise en ce qufil comporte un ensemble de canaux parallèles et régulièrement disposés autour de l'axe du prisme pour le passage du fluide de refroidissement et au moins un corps absorbant réparti dans la masse de graphite du prisme. Ce mélange graphite-absorbant est très avantageux, le graphite ayant la double propriété de modérer les neutrons de grande énergie, qui une fois ralentis subissent facilement la capture par l'absorbant, et de réaliser à bon compte une structure très réfractaire, à peu près insensible aux hautes températures. Dans un premier mode de réalisation, le corps absorbant est disposé d'une façon homogéne dans la masse du prisme de graphite. Ce corps absorbant qui peut etre un composé réfractaire de bore ou de terres rares est mêlé intimement au graphite au moment de la fabrication. Dans une autre variante, le corps absorbant est constitué au moyen de barreaux cylindriques d'axes parallèles à celui du prisme, engagés dans des alvéoles répartis dans le prisme parmi les canaux de circulation du fluide de refroidissement. Les barreaux cylindriques peuvent être en composé de bore, en graphite boré ou en composés de terres rares. Avantageusement, ces barreaux sont aussi réalisés en acier, ordinaire ou spécial. Ce matériau industriel permet d'obtenir un prix de revient intéressant. La disposition en alvéole à l'intérieur du graphite des prismes permet d'envisager l'emploi d'acier à très haute température puisqu'il n'a aucun rôle mécanique-à jouer. L'attaque éventuelle, dans certaines conditions extrêmes de l'acier par le graphite ou par les impuretés du fluide de refroidissement, est facilement évitée, soit par enrobage, soit par gainage ou traitement de surface. Les alvéoles du prisme contenant les barreaux sont obturés à leur partie supérieure, soit par des bouchons à vis en graphite, soit par des plaques d'extrémité des prismes qui sont alors évidées au droit des canaux de refroidissement. D'autres caractéristiques d'un élément prismatique pour bouclier neutronique de réacteur nucléaire selon l'invention, apparaîtront également à travers la description qui suit, relative à plusieurs exemples de réalisation, donnés à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la Fig. i est une vue en coupe axiale selon la ligne I-I de la Fig.2 d'un élément prismatique, - la Fig. 2 est une vue de dessus du prisme de la Fig. 1, illustrant deux variantes possibles de réalisation. Comme on le voit sur ces figures, l'élément considéré se présente sous la forme d'un prisme droit 1 dont la section droite s'inscrit dans un hexagone régulier. De préférence, le prisme 1 est agencé de manière à pouvoir être réuni à six prismes voisins par l'intermédiaire de clavettes 2 formant tenons, aptes à s'engager dans des rainures 3 formant mortaises prévues dans les prismes adjacents, les six faces de chaque prisme comportant trois clavettes en relief et trois rainures en creux alternativement ménagées dans les faces de ce prisme. De préférence, chacun des prismes précédents comporte, respectivement à ses parties supérieure et inférieure, deux chanfreins 4a et 4b facilitant sa manutention au mu & en d'un organe de préhension (non représenté) apte à s'engager dans un trou borgne 5 ménagé dans l'axe du prisme considéré, ce trou borgne présentant un élargissement interne 5a permettant à l'organe de préhension d'accrocher le prisme et de le soulever par exemple. Selon l'invention, le prisme 1 comporte une série de canaux 6, régulièrement répartis à travers le prisme,. ces canaux parallèles entre eux et à l'axe du prisme, étant prévus pour le passage d'un fluide de refroidissement approprié. Dans le cas où le prisme considéré appartient à un bouclier de protection d'un réacteur à haute température, le fluide de refroidissement utilisé est avantageusement de l'hélium, circulant de haut en bas a travers les canaux 6 du prisme. Ces canaux 6 sont d'ailleurs calibrés dans les boucliers axiaux de manière à être traversés par tout le gaz refroidissant le coeur. Dans les boucliers latéraux, leur diamètre est limité de façon a ne laisser passer que le strict débit nécessaire au refroidissement de la protection neutronique. Le prisme comporte, outre les canaux 6 précédents, un ensemble d'alvéoles 7, répartis au milieu des canaux et recevant des barreaux cylindriques 8 d'untcnrps absorbant approprié. Ce corps absorbant peut être constitué par un composé de bore, de terres rares, du graphite boré ou un acier, allié ou non, les barreaux ne jouant par eux-mêmes aucun râle mécanique et pouvant par conséquent être introduits dans leurs alvéoles respectifs avec un jeu suffisant pour autoriser les différences de dilatations thermiques éventuelles. Aucun inconvénient ne peut également résulter de la carburation partielle du corps constituant les barreaux par le graphite du prisme. Les barreaux cylindriques 8 introduits dans leurs alvéoles 7 sont enfin bloqués en position au moyen de bouchons à vis 9 en graphite fermant les alvéoles à leur partie supérieure ou par des plaques d'extrémité 10 ne laissant que le passage du gaz dans les canaux 6. Dans une autre variante de réalisation, les barreaux cylindriques sont supprimés, le corps absorbant, notamment du bore, étant régulierement dispersé à travers la masse de graphite du prisme, qui ne comporte alors que les canaux 6 de refroidissement. REVENDICATIONS 10) Elément prismatique pour bouclier neutronique de réacteur nucléaire, notamment à haute température, refroidi par circulation d'un fluide réfrigérant, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de canaux parallèles et régulièrement disposés autour de l'axe du prisme pour le passage du fluide de refroidissement et au moins un corps absorbant réparti dans la masse de graphite du prisme. 2 ) Elément prismatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps absorbant est dispersé d'une façon homogène dans la masse du prisme de graphite. 30) Elément prismatique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le corps absorbant est un composé de bore ou de terres rares. 40) Elément prismatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps absorbant est constitué au moyen de barreaux cylindriques d'axes parallèles à celui du prisme, engagés dans des alvéoles répartis dans le prisme parmi les canaux de circulation du fluide refrigérant. 5 ) Elément prismatique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les barreaux cylindriques sont en composé de bore, de terres rares, en graphite boré ou en acier, allié ou non. 60) Elément prismatique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les alvéoles du prisme contenant les barreaux sont obturés à leur partie supérieure par des bouchons à vis. 7 ) Elément prismatique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les alvéoles du prisme contenant les barreaux sont obturés à leur partie supérieure par des plaques d'extrémité