Brevet FR2165969A1 — publié le 19730810

L'invention concerne un réacteur nucléaire constitué d'une enceinte de réacteur dans laquelle sont renfermés le noyau du réacteur, l'agent de refroidissement et les équipements tels que par exemple des barreaux d'interruption et de régulation ainsi que de l'instrumentation ou des chambres drirra diation et qui est fermé vers le haut par un couvercle de réacteur étanche comportant des passages vers l'enceinte du réacteur et, au-dessus du couvercle de réacteur, un espace de service dans lequel débouchent les dits passages. Pour la séaction d'un flux très important de neutrons rapides dans un récteur nucléaire, par exemple un réacteur d'essai, il ne reste pratiquement que la voie consistant à élever autant que possible la densité de puissance et à diminuer de façon correspondante la concentration en substance fissile jusqu'à ce que lton atteigne le flux de neutrons recherché. En outre sont encore valables les exigences importantes suivantes et des constatations essen tieales doivent ventre observées pour les réacteurs d'essai t - éléments combustibles passant axialement, reposant sur une plaque porteuse en une seule pièce interchangeable, à descente hydraulique. Rechange des éléments combustibles par enlèvement à la verticale du faisceau nucléaire. La zone du combustible est entourée par un réflecteur. - relation favorable entre le flux et la puissance. - les charges d'essai se trouvent dans des chambres d'irradiation fermées comportant leur propre re froidissement ; - les tubes constituant les chambres d'irradiation doivent eux-mémes titre interchangeables sans qu'il soit nécessaire de retirer l'agent réfrigérant du réacteur et indépendamment de ce que les éléments combustibles se trouvent dans le noyau ou non. - les points d'étanchéité et les liaisons amovibles des tubes des chambres d'irradiation doivent se trouver en dehors du réacteur. - l'échange des éléments de la zone dtirradiation doit entre possible lorsque les tubes des chambres d'irradiation sont en place. - dans la zone d'irradiation, chaque élément combustible doit posséder son instrumentation complète (température de l'agent de refroidissement, débitmètres) ce pour quoi une plaque de support d'instruments est nécessaire. En outre, l'échange des instruments de mesure doit titre possible de l'extérieur. Du fait que le noyau doit absolument titre très compact surgissent donc de difficiles problèmes de construction et d'encombrement sur le couvercle du réacteur étant donné que les tatas des chambres expérimentales d'irradiation et des appareils de manipulation des substances expérimentales y compris leurs enveloppes de sécurité, les entratnements des dispositifs de régulation et d'interruption, les composants de l'instrumentation de l'irradiation et les dispositifs de garnissage doivent titre logés dans espace le plus restreint possible.Ceci est valable en particulier lorsque la structure du réacteur est déterminée dans es traits essentiels par des éléments combustibles passant axialement qui reposent sur une plaque de support interchangeable, mais fixe, pendant le fonctionnement et doivent titre échangés par un mowement de retrait à la verticale. Le but de l'invention est donc, en tenant compte de ces paramètres, de résoudre de façon optimale le problème central de la construction et de l'aménagement de 1 'espa- ce au-dessus du couvercle du réacteur. Suivant l'invention, ce problème est résolupour un réacteur nucléaire de ltespèce décrite au début, gracie au fait que l'espace de service est subdivisé en au moins deux espaces partiels, disposés l'un au-dessus de l'autre sur des plans différents et séparés l'un de l'autre de façon étanche aux gaz et que les installations de service situées au-dessus du couvercle du réacteur avec leurs organes de fonctionnement sont réparties entre les deux espaces partiels. En plus de dela, au moins l'espace de service situé sur le couvercle de réacteur peut, d'une façon avantageuse, titre conçu comme ce que 1 on appelle une "cellu- le chaude", ctest-à-dire convenant au montage, au stockage ou au traitement de pièces radioactives ou contaminées.Pour un réacteur d'essai raide à flux élevé pourvu des équipements usuels dans les réacteurs de recherche, un mode d'exécution très avantageux de l'invention consiste en ce que sur le plan supérieur, c'est-à-dire dans l'space de service supérieur, sont situés les installations pour l'échange des éléments combustibles, des charges à irradier dans les chambres d'irradiation expérimentales, des tubes dlirra- diation, des manipulateurs d'échange des éléments combustibles, ainsi que des entrainements des barreaux de centrale, et que sur le plan inférieur, c'est-à-dire directement sur le couvercle du réacteur se trouvent les pièces de tette des chambres d'irradia- tion et des appareils de manipulation, les entratnement des dis- positifs de régulation et d'interruption, les manipulateurs d'échan- ge des éléments combustibles ainsi qutun passage pour le magasin de rechange contenant les éléments combustibles à échanger.Les pièces de tête des chambres d'irradiation expérimentales et leurs appareils de manipulationS les manipulateurs d'échange des éléments combustibles ainsi que les passages se trouvant dans la zone de service inférieure sont ici avsntageusement entourés d'enveloppes de sécurité ou de tubes de guidage étanches conduisant vers 1 'espace de service supérieur, mais pouvant cependant pendant le fonctionnement du réacteur titre fermés par rapport à cet espace par des couvercles d'obturation ou de protection. La présente invention sera mieux comprise en regard des dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une coupe de l'ensemble du batiment du réacteur, - la figure 2 est une vue agrandie des plans de service comprenant la partie supérieure du réacteur, et - la figure 3 est une vue en coupe agrandie de la position de la chambre d'irradiation expérimentale dans le plan moyen et dans le plan supérieur. La figure 1 représente une coupe verticale du bâtiment du réacteur. Pour protéger l'environnement en cas d'accident, ce bâtiment est conçu comme un récipient de sécurité à double enveloppe pour le réacteur et ses circuits primaires principaux et ses circuits expérimentaux. C'est un récipient cylindrique en acier I qui forme l'enveloppe intérieure. I1 est entouré de tous les cOtés par un récipient en béton 2. L'espace intercalaire situé entre les deux récipients est maintenu constamment sous une faible dépression par rapport à l'atmosphère extérieure afin que l'on évite dans tous les cas une sortie d'activité incontrOlée.Pour la protection de l'environnement contre une charge de rayonnement élevée et indésirable, lors d'une libération d'activité due à accident, à l'intérieur du récipient de sécuri- té, l'épaisseur de paroi du récipient en béton dans la partie cylindrique est d'à peu près un mètre. Dans le récipient 1, 2 se trouvent le réservoir du réacteur 3 avec son blindage 4, les cou- vercles de réacteur 5 et les autres espaces et composants groupés autour de lui qui ne sont pas énumérés plus en détail. les compo sants des circuits de refroidissement primaires principaux et ex- périmentaux sont disposés dans des cellules étanches aux gaz coq ant comme blindage des parois de béton lourd d'environ un mètre d'épaisseur, aussi près que possible autour du réacteur. Au-dessus des couvercles de réacteur 5 se trouve l'espace de service infé rieur 6 et au-dessus de lui l'espace de service supérieur 7 ou salle du réacteur proprement dite. Dans la salle du réacteur 7 est dis posé un sas de transport lourd mobile 8 que lton peut amener à l'orifice de chargement 9 au-dessus du réservoir de réacteur 3 ou de l'espace de service inférieur 6. A l'aide du sas de transport lourd 8, on peut transporter les éléments combustibles déchargée vers le lieu de stockage 9 des éléments combustibles ou en prove nance de ce lieu. D'autres détails aPparattrOnt sur la figure 2, représentant une coupe médiane du réacteur de la figure 1 à la hauteur du couvercle de réacteur 3. Les deux zones de service 6 et 7 sont situées au-dessus du couvercle du réacteur 5. En dessous du couvercle 5 se trouve le réservoir du réacteur 3 dans son blindage biologique 4. La zone de service inférieure 6 est séparée de la zone de service supérieure ou de la salle du réacteur 7 par le pont supérieur 12. Dans le pont supérieur 12 se trouve une grande ouverture qui est fermée par la pièce de recouvrement de fosse 11. Une autre ouverture dans la pièce de recouvrement de fosse Il est fermée par le couvercle 10 de rotation du manipulateur. Le tube de guidage 36 traverse le couvercle 10 de protection du manipula teur, et est raccordé en-dessous de lui au couvercle 5 du réacteur par 1' orifice 33 du manipulateur. Le tube de guidage 36 peut entre fermé vis à vis de lworifice 33 au moyen du registre de fermeture 15 et de protection 16. Dans le tube de guidage 36 est replié le manipulateur 13 que l'on peut, après le retrait des registres 15 et 16, faire passer par l'orifice 33 dans l'espace intérieur du réservoir 3 du réacteur.Le manipulateur 13 peut y être déployé et peut par a pince 37 de serrage des éléments combustibles 20 leur donner toutes les positions nécessaires à leur chargement et à leur déchargement. Les éléments combustibles 20 sont placés à l'aide du manipulateur 13 dans la cartouche 35. Dans la zone de service inférieure 6 se trouvent en outre les barreaux 14 d'interruption ou de régulation, la pièce intercalaire de protection 31 pour l'échange des cartouches, l'élévateur 30 des colonnes 27 de la chambre de mélan- ge 23 avec l'actionnement de la pince 22 qui est disposée au-des- sus du réflecteur 21. La pièce intermédiaire de protection 31 se trouve au-dessus de ltorifice d'introduction 39 de la cartouche 35 et peut titre fermé par rapport à celui-ci au moyen de l'obturateur 40 ou du registre de fermeture 29. En outre, se trouvent encore dans la zone de service inférieure 6 les tubes de guidage 38 des chambres d'irradiation périphériques 26 et de la chambre d'irradiation centrale 25.On reviendra avec plus de précision dans la description de la figure 3, sur les détails de ces chambres d'irradiation dans le domaine moyen de la zone de service 6, En-dessous de la zone de service inférieure 6, dans le domaine du réacteur proprement dit, sont encore appliqués autour du réacteur 3 une isolation 18 ainsi qu'un blindage de graphite 19. Tous les deux, y compris le blindage biologique 4 sont traversés par la conduite 17 d'introduction du fluide de refroidissement ainsi que par la conduite de sortie 24. L'isolation 18 et le blindage de graphite 19 sont surmontés d'une couronne porteuse 28 sur laquelle le couvercle 5 du réacteur est maintenu et rendu étanche.L'étanchéité de la zone de service inférieure 6 vers le haut se fait au moyen de la pièce de recouvrement Il de la fosse, du couvercle 10 de protection du manipulateur et du couvercle de protection central 32. L'espace 7 situé au-dessus du pont supérieur 12 est l'espace de service supérieur ou salle du réacteur proprement dite. On peut à partir de celle-cis après avoir enlevé les divers couvercles et le registre 41, accomplir les fonctions de service les plus diverses dans les tubes 36, 38 et la pièce inter- calaire de protection 31. A cet effet sont installés dans la salle du réacteur des appareils ou dispositifs mobiles qui ne sont pas représentés plus en détail. Sur la figure 3 est représentée la position des chambres au-dessus du pont 5 du réacteur dans l'espace de service inférieur 6. La limite inférieure est le pcnt 5 du réacteur et la limite supérieure le couvercle de la fosse ou le couvercle de protection 11. A travers les deux passent la chambre centrale à hélium 25 et la chambre périphérique à sodium 26 chacune dans leur tube de guidage 38. Le passage vers la chambre centrale à hélium 25 est ouvert vers le haut et une bouteille de transport 42 est placée au-dessus de lui. Sur la bouteille de transport 42 se trouve un engin de levage 52 comportant un crochet 51- s'accrochant à cette chambre quand on a écarté le registre intermédiaire 50.La bouteille de transport 42 peut titre fermée vers le bas par le registre 43 et, dans le mode de réalisation re présenté, elle recouvre ltécoutille 44 en mtme temps que le cou- vercle d'obturation 32 permettant l'accès aux barreaux de régulation 14. L'introduction de l'agent refroidissant dans les chambres 25 et 26 se fait par la conduite d'agent refroidissant à double paroi 46 et 45. Dans la chambre centrale à hélium 25 sont en outre montésun refroidissement 47 par tube sous pression ainsi qu'un serre-flan pour le tube sous pression 48. La chambre à sodium périphérique 25 comporte à son extrémité supérieure une conduite de refroidissement ou de rinçage 49.Dans la représentation suivant la figure 3, le haut des chambres se trouve dans une niche 53 du couvercle de protection Il qui est accessible-à partir de la salle du réacteur 7. Ceci signifie que la liaison par brides entre les objets à irradier et le tube sous pression 54 des chambres 25 et 26 peut entre manipulée directionement à la main. Pour cela, il n' a normalement besoin que d'enlever le bouchon du recouvrement de la niche. Mais en cas de besoin, on peut aussi enlever tout le recouvrement de la niche 32. En fonctionnement normal, la niche 53 rendue étanche vis à vis de la salle du réacteur 7 est rincée avec de l'air renouvelé. Les enveloppes de sécurité 38 des chambres expérimentales 25, 26 situées entre couvercle du réacteur 5 et couvercle de protection 11 (avec rinçage et refroidissement) empochent pendant le fonctionnement et pendant les processus d'échange la sortie de radio-activité dans la zone de service 6. Pour des raisons de montage, les enveloppes de sécurité 38 sont exécutées en deux parties. Elles sont vissées avec des griffes de façon étanche aux gaz sur le couvercle 5 du réacteur. La fixation du tube 54 sous pression dans son enveloppe de sécurité 38 se fait par des serre-flans 48 traversant ladite enveloppe -de façon étanche aux gaz. Pour le démontage du tube sous pression 54, il faut entrer dans la zone 6. Pour réduire la charge de rayon nement, il y a lieu de vider auparavant les conduites de refroidissement de toutes les chambres expérimentales à sodium. L'ouverture des conduites de refroidissement 45, 46, 47 se fait par des passages d'instruments étanches disposés sur des caissons de montage de ltenveloppe de sécurité 38. Pour le raccordement des conduites de refroidissement 45, 46, 47 à un nouveau tube de guidage 38, il faut contrtler les liaisons par brides et suivant les circonstances, y mettre de nouveaux joints. A cette fin, on peut enlever les couvercles des caissons de montage. Sur la figure 3, la chambre périphérique 26 est représentée à droite en position de fonctionnement tandis que pour la chambre centrale 25, la charge expérimentale est en cours d'échange. Pour le processus d'échange, on réali- se à l'aide d'un registre 43, 50, comportant un tube intercalaire, une liaison étanche aux gaz entre l'enveloppe de sécurité et la bouteille de transport 42. Avant de placer le registre, on doit défaire à la main l'accouplement entre la charge expérimentale et le tube sous pression. Un verrouillage placé dans la tette de la charge à irradier emptche dans ce cas que le réfrigérant ne sorte. Ce n'est que lors de la pose ultérieure du crochet de levage 51 sur la bouteille de transport que ce verrouillage est ouvert. Dans le dispositif suivant l'in- vention, toutes les fonctions mises en oeuvre au-dessus du couvercle du réacteur sont réparties sur deux plans situés l'un au-dessus de l'autre. De la salle du réacteur, c'est-à-dire donc à partir du deuxième plan, peuvent entre effectués l'échange des élé- ments combustibles de ce que l'on appelle la zone des éléments combustibles d'excitation, l'échange des charges à irradier dans les chambres expérimentales et l'échange des tubes des chambres expérimentales, des manipulateurs --de changement des éléments combustibles et des entratnements des barreaux de contrôle.La répar tition des fonctions est entre autres assurée par le fait que' dans l'espace intercalaire entre le couvercle du réacteur et la salle du réacteur, les têtes des charges à irradier dans les chambres expérimentales sont entourées par des enveloppes de sécurité et qu'en outre les tubes de guidage des chambres expérimentales sont sensiblement décalés. Les tubes de guidage montés fixes entre le couvercle du réacteur et le couvercle de protection de la salle du réacteur représentent de façon avantageuse pendant le processus d'échange une liaison étanche aux gaz entre le couvercle du réacteur et le dispositif d'échange et permettent ainsi de réaliser, pendant que l'on retire les charges expérimentales avec la machine d'échange, un circuit de refroidissement fermé au-dessus du faisceau de barreaux de combustible expérimental.Dans la manipulation de faisceaux de barreaux expérimentaux endommagdss on évite, gracie à l'enveloppe de sécurité, une contamination de la zone se trouvant entre les plans de travail. Le même principe d'échange est également valable avec des tubes de guidage de l'agent refroidissant pour les éléments combustible principaux. Pendant le fonctionnement alors que les chambres expérimentales sont en place, on ne peut parcourir l'espace intercalaire, c'est-d-dire la zone de service ou le plan de service inférieur, à cause de l'activité du sodium 24 dans les conduites des chambres expérimentales, que lorsque ces conduites sont blindées. En l'absence de ces blindages, on peut effectuer les intercalaires nécessaires sans difficultés avec les instruments correspondants, à partir du plan de service supérieur, c'est-à-dire à partir de la salle du réacteur. Après enlèvement des chambres tubulaires non blindées et après un certain temps de décroissance de la radioactivité, on peut cependant parcourir cet espace sans autre précaution. L'espace intercalaire entre les deux plans, de travail et des composants, 7eut en outre titre utilisé comme cellule chaude de montage lorsqu'il est nécessaire de démonter des pièces plus importantes du réacteur, par exemple la plaque de support des instruments, la plaque-support du noyau, etc du réservoir du réacteur. L'invention, décrite d'après l' exemple d'une réacteur expérimental rapide à flux élevé, d'une conception particulièrement favorable au point de vue technique de fonctionnement de l'espace situé au-dessus du réservoir du réacteur peut aussi entre transférée utilement à des réacteurs de puissance rapides plus importants. Bien entendu, l'invention 'est pas limitée aux exemples de réalisation, ci-dessus décrits et représentés9 à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. R s V E N D I C A X -I O N S 10) Réacteur nucléaire constitué d'un récipient de réacteur dans lequel sont enfermés le noyau du réacteur, l'agent de refroidissement et des composants tels que des barreaux de régulation et d' interruption, ainsi que de 1 'instru- mentation et des chambres d'irradiation et qui est fermé vers le haut par un couvercle de réacteur étanche, comportant des passages permettant d'accéder au récipient du réacteur et un espace de service au-dessus du couvercle du réacteur dans lequel débouchent les passages, réacteur caractérisé en ce que la zone de service est divisée en au moins deux zones partielles (6, 7) disposées l'une au-dessus de l'autre sur des plans différents et séparées l'une de l'autre de façon étanche aux gaz, et en ce que les installations de service ont leurs organes de fonctionnement répartis entre les deux zones partielles. 20) Réacteur nucléaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que, au moins la zone de service (6) située au-dessus du couvercle 5 du réacteur est conçue comme ce que l'on appelle une "cellule chaude", c'est-à-dire convenant au montage, au stockage, ou au traitement de pièces radioactives ou contaminées. 30) Réacteur nucléaire conçu comme un réacteur expérimental rapide à flux élevé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, pourvu des équipements habituels dans les réacteurs de recherche, caractérisé en ce que, sur le plan supérieur, c' est-à-dire dans la zone de service supérieure (7), sont disposés les mécanismes de changement des éléments combustibles, des charges à irradier dans les chambres expérimentales, de ces chambres elles-mEmesF des manipulateurs de changement des éléments combustibles ainsi que des entratnements des barreaux de centrale et que dans le plan inférieur, c'est-à-dire dans la zone de service (6) au-dessus du couvercle (5) du réacteur, se trouvent les pièces de tette des chambres expérimentales (25, 26) et des instruments de manipulation, les entraSnements des barreaux t14) de régulation et d'interruption, les manipulateurs (13) de chan- gement des éléments combustibles ainsi qu'un passage (31) pour la cartouche de rechange des éléments combustibles contenant les éléments combustibles à échanger. 40) Réacteur nucléaire suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les pièces de tette des chambres expérimentales et des instruments de manipulation (25, 26) des manipulateurs (13) ainsi que le passage (31) sont, dans la zone de service inférieure (6), entourés d'enveloppes de sécurité ou de tubes de guidage étanches (36 ou 38) conduisant vers la zone de service supérieure (7), enveloppes qui peuvent cependant titre fermées vis à vis de cette zone par des couvercles d'obturation ou de protection (15, 16, 29, 40) pendant le fonctionnement du réacteur.