Brevet FR2182110A1 — publié le 19731207

La présente invention concerne un réacteur nucléaire comportant une cuve sous pression en acier dans laquelle se trouve le réacteur proprement dit, et, entourant cette cuve, un écran biologique en béton pour lequel il est prévu une réfrigération. 5 Le refroidissement a pour but d'évacuer la chaleur qui pénètre dans le béton en provenant de la cuve du réacteur, et d'évacuer la chaleur libérée dans le béton lui-même sous l'effet du rayonnement gamma, ceci afin de conserver la solidité du béton. Jusqu'à ce jour, le refroidissement se faisait dans l'espace intermédiaire compris 10 entre cuve et écran. Comme le rayonnement est très intense dans cet espace, il fallait que le réfrigérant utilisé, par exemple de l'air, parcoure un circuit fermé spécial, afin d'éviter toute contamination de la construction contenant le réacteur, une telle contamination par radioactivité pouvant résulter, par exemple, d'une activation 15 de l'argon sous l'effet du rayonnement neutronique. De tels systèmes fermés doivent toutefois comporter leurs propres soufflantes ou turbines, et leur protection contre les défaillances exige un certain investissement. C'est pourquoi l'invention a pour but de simplifier le refroidissement de l'écran. 20 Selon l'invention, l'écran biologique comprend deux parties concentriques entre lesquelles subsiste un intervalle dans lequel circule un réfrigérant. On réalise ainsi, à l'intérieur de l'écran, un passage pour le réfrigérant que la partie intérieure de l'écran (écran intérieur) protège suffisamment contre le rayonnement 25 neutronique pour supprimer toute possibilité d'activation inadmissible. À cette fin, l'épaisseur de l'écran intérieur doit être d'au moins 20 cm» Par ailleurs, en vue du refroidissement, on réduira autant que possible l'épaisseur de l'écran intérieur. De toutes façons, 30 le refroidissement du côté qui n'est pas en regard de la cuve du réacteur doit être suffisant pour que les températures admissibles ne soient pas non plus dépassées par l'autre côté du béton ( celui qui est en regard de la cuve). Selon l'invention, il est avantageux que la partie intérieure de l'écran ait une épaisseur comprise entre 35 60 et 70 cm. Dans le réacteur selon l'invention, le réfrigérant n'a pas à circuler dans un circuit clos exigeant un ventilateur ou une soufflante particulière. Bien plus, on peut, sans autre précaution particulière, utiliser comme réfrigérant l'air de circulation qui 40 est soumis à un brassage à l'intérieur de la construction contenant 73 15046 2 2182110 le réacteur, air pour lequel aucune activation dangereuse n'est admise. On pourrait aussi envisager de recourir à un gaz différent de l'air, par exemple à du CO2 ou du Ng choisi par exemple pour la sécurité qu'il offre contre le feu. 5 L'épaisseur de la partie intérieure de l'écran est condi tionnée par l'effet d'écran indispensable pour éviter toute activation du réfrigérant, tandis que la partie extérieure de l'écran peut servir d'élément porteur unique pour les composants qui entourent la cuve du réacteur. La partie intérieure de l'écran peut 10 n'être soumise pratiquement à aucun effort mécanique. Toutefois, elle peut avantageusement porter directement, sur son côté intérieur, une isolation thermique qui, dans la technique antérieure, était surtout appliquée à la cuve du réacteur ou installée libre, entre cette dernière et le béton de l'écran. Entre la cuve et 15 l'isolation thermique, il subsiste toutefois un espace intermédiaire disponible pour les contrôles de la cuve du réacteur, pour l'introduction de sondes. Cet espace intermédiaire est fermé et ne communique donc pas avec le réfrigérant qui balaye l'écran. Cet espace intermédiaire peut être occupé, par exemple, par de 20 l'air stationnaire. La partie intérieure de l'écran peut contenir des tubes de réfrigérant dont l'action s'ajoute à celle de la réfrigération du côté extérieur et qui permettent alors de maintenir une température basse dans des pièces de béton relativement épaisses. De 25 tels tubes de refroidissement peuvent avantageusement entourer le fond de la cuve du réacteur, en formant un U, afin que le renforcement de l'épaisseur en cet endroit (renforcement qui est nécessaire pour les cas d'accident majeur), n'entraîne aucun échauffement inadmissible. Les tubes de réfrigérant doivent tou-30 tefois, pour être protégés vis-à-vis de la cuve du réacteur, être recouverts par une couche de béton ayant une épaisseur d'au moins 10 cm, de préférence de 30 à 50 cm. Les diamètres des tubes de réfrigérant peuvent alors être échelonnés pour donner une répartition de température uniforme, de façon à assurer pour une 35 pression donnée du réfrigérant, l'évacuation de la quantité de chaleur voulue. Une conduite de purgeage d'eau peut en outre être raccordée aux tubes de réfrigérant alimentés en air. Selon l'invention, des sections relativement impor- A tantes (par exemple 10 m ) conduisent de l'intervalle entre les 40 parties de l'écran jusqu'à l'extérieur de l'écran. Ces sections 73 15046 3 2182110 offrent une possibilité avantageuse de décharge de la pression en cas d'accident, permettant, dans un tel cas, la sortie du réfrigérant provenant de la cuve du réacteur ou provenant des conduites de réfrigérant principal qui y sont raccordées. Dans certains cas, 5 il peut aussi être recommandé dé veiller à ce que la section conduisant à la fosse du réacteur, et par conséquent à l'espace qu'enferme l'écran biologique (lequel espace reçoit la cuve du réacteur) ne puisse atteindre qu'une valeur limitée, ceci grâce à des pièces d'insertion, afin que les pressions s'établissant dans 10 la cuve du réacteur en cas de sortie du réfrigérant restent faibles. A cette fin, il est recommandé que les conduites de réfrigérant principal partant de la cuve soient, dans la région de l'intervalle, entourées par un tube ou manchon double, avantageusement déplaçable, et en particulier télescopique. Il est recommandé que ce manchon 15 double soit maintenu, par exemple dans un tube scellé ou pris dans le béton de la partie extérieure de l'écran, là où celle-ci entoure la conduite de réfrigérant principal* Un écoulement de gaz réfrigérant peut passer entre les deux tubes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 20 apparaîtront à la lecture des exemples non limitatifs suivants décrits en se référant au dessin annexé, sur lequel: la figure 1 représente une première forme de réalisation d'un réacteur selon l'invention; . la figure 2 représente une variante de réalisation de 25 ce réacteur dans lequel la partie intérieure de l'écran comporte un épaississement dans lequel des tubes de réfrigérant sont noyés;et la figure 3 montre la disposition d'une conduite commune pour l'évacuation d'eau qui est raccordée à l'ensemble des tubes de réfrigérant noyés dans le béton du fond de la partie intérieure 30 de l'écran. La figure 1 représente, dans une vue en coupe verticale d'un réacteur nucléaire du type à eau sous pression, une cuve ou récipient de pression 1 du réacteur, qui est réalisée en acier et est entourée d'un écran biologique 2 qui est en béton. Cet écran 35 délimite la fosse 26 ou bassin de protection du réacteur et joue le rôle d'écran vis-à-vis du rayonnement sortant de la cuve 1 du réacteur, et en particulier vis-à-vis du rayonnement neutronique. L'écran biologique 2 comprend deux parties concentriques 3 et 4, qui sont sensiblement cylindriques. De ces deux parties, seule 40 la partie extérieure 4 est réunie au béton du reste de la construc 73 15046 4 2182110 tion du réacteur, à l'intérieur de l'enveloppe de sécurité 9 qui est en acier, de sorte que cette partie d'écran 4 sert en même temps d'élément de construction. Par contre, la partie intérieure 3 de l'écran est un élément protecteur spécial qui n'assume aucune 5 fonction de support. Entre les deux parties 3 et 4 de 1Jécran, on a prévu un intervalle 5 qui n'est interrompu qu'en très peu d'endroits, voire même pas du tout, par des nervures de soutien qui forment des canaux 25 de refroidissement en dessous de la cuve du réacteur. 10 De l'air de refroidissement passe dans l'intervalle 5 et dans les canaux 25, comme le montrent les flèches 6. Cet air de refroidissement appartient à l'air de circulation qui circule à l'intérieur de l'enveloppe de sécurité 9. Cet air balaye les deux côtés de la partie extérieure 4 de l'écran. Par contre, il 15 ne balaye que le côté extérieur 7 de la partie intérieure 3 de l'écran. Grâce à la faiblesse relative de l'épaisseur de la partie intérieure 3, qui est de 65 cm et n'est qu'environ la moitié des 125 cm d'épaisseur de la partie extérieure 4 qui sert aussi de support, le refroidissement unilatéral de cette partie intérieure 20 3 suffit pour éviter des échauffements inadmissibles, d'autant plus que la charge thermique est réduite par une isolation thermique 8 appliquée sur celui des côtés de la partie 3 qui est en regard de la cuve ï du réacteur. L'isolation thermique 8 assure en même temps la séparation entre l'air de refroidissement en circulation 25 (flèches 6) et l'air stationnaire contenu dans l'espace intermédiaire 11 de la cuve 26 du réacteur, entre la partie intérieure 3 de l'écran et la cuve sous pression 1 du réacteur. Le réfrigérant qui, vis-à-vis du coeur 14 du réacteur, est protégé par la partie intérieure 3 de l'écran, ne peut pas être 30 activé dans une mesure dangereuse, et peut donc être renvoyé directement dans la construction du réacteur par des canaux 10. De plus, l'air de refroidissement peut s'échapper par des intervalles annulaires 28, le long des conduites 12 de réfrigérant principal qui sont raccordées par soudage aux tubulures 27 de raccordement de 35 réfrigérant de la cuve 1 du réacteur, et qui, en traversant le béton de la partie extérieure 4 de l'écran, vont aux générateurs de vapeur 13. Les canaux 10, les intervalles annulaires 28, et une ouverture d'admission 30, sont en outre disponibles peur servir de sections de sortie dans le cas où, à la suite d'un accident» 40 élu réfrigérant sortirait de la cuve 1 du réacteur ou des conduites 12 73 15046 5 2182110 de réfrigérant principal. Des pièces d'insertion 15 sont prévues pour limiter la section de fuite aboutissant dans la fosse 26 du réacteur. Les pièces d'insertion représentées sur la figure 1 sont des tubes doubles disposés dans la zone des conduites 12 de réf'ri-5 gérant principal, qui sont étroitement entourés par l'isolation thermique 8 et qui reposent sur les tubulures 27 de raccordement de réfrigérant. Sur la figure 2, qui représente un autre exemple de réalisation, les pièces ou parties identiques à celles de la figure 1 10 sont désignées par les mimes références. Dans cet exemple, la partie intérieure 3 de l'écran comporte un épaississement dans sa zone inférieure 20, afin de constituer un récipient stable permettant de disposer d'une meilleure protection latérale, en particulier dans la zone des orifices d'entrée 30. Toutefois, afin d'assurer le 15 refroidissement nécessaire de l'élément protecteur 3, on y a noyé des tubes de refroidissement 22, disposés en U, qui sont parcourus par de l'air de refroidissement. Les sections des tubes de refroidissement 22, dont les longueurs sont différentes, peuvent être, quant à leurs diamètres, échelonnées (comme représenté sur le 20 côté gauche de l'élément protecteur 3), de façon que, pour une même différence de pression, chacun d'eux soit parcouru par tin flux réfrigérant tel que la température finale obtenue soit la même. La figure 3 est une vue de dessus montrant que les tubes de refroidissement 22, dont seuls les axes longitudinaux sont re-25 présentés, sont reliés entre eux par une conduite commune de drainage ou purgeage 23 qui leur est transversale et leur est raccordée en leur partie la plus basse. La figure 2 montre d'une façon plus précise le manchon ou tube double 15 qui entoure la conduite 12 de réfrigérant principal 30 et qui limite la section disponible pour une fuite de vapeur dans la fosse 26 du réacteur. De l'air de réfrigération s'écoule également, comme le montre la flèche 6, entre le double manchon 15 (lequel est monté télescopique sur la conduite 12 de réfrigérant principal qu'il entoure, afin de permettre des contrôles) et un tube 35 16 qui est pris ou scellé dans le béton de l'élément protecteur 4, ou bien encore entre ce dernier tube et l'isolation (non représentée) de la conduite 12 de réfrigérant principal. 73 15046 6 2182110 REVENDICATIONS 1. Réacteur nucléaire comportant une cuve sous pression, qui est en acier et contient le réacteur proprement dit, et, en— -tourant ladite cuve, un écran biologique en béton pour lequel une réfrigération est prévue, caractérisé par le fait que l'écran biologique comprend deux parties concentriques entre lesquelles subsiste un intervalle dans lequel circule un réfrigérant. 2. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'espace intermédiaire compris entre la cuve du réacteur 10 et la partie intérieure de l'écran est fermé. 3. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le réfrigérant est de l'air qui est déchargé dans l'atmosphère d'une enveloppe de sécurité enfermant le réacteur. 15 4. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que l'épaisseur de la partie intérieure de l'écran est d'au moins 20 cm, et de préférence de 60 à 70 cm. 5. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 20 à 4, caractérisé par le fait que la partie extérieure de l'écran sert de support pour les composants où parties entourant la cuve du réacteur. 6. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la partie intérieure de l'écran 25 porte une isolation thermique sur son côté intérieur. 7. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la partie intérieure de l'écran contient des tubes et/ou des canaux de réfrigérant. 8. Réacteur selon la revendication 7, caractérisé par le 30 fait que les tubes de réfrigérant entourent le fond de la cuve en formant un U et sont séparés de la cuve par une couche de béton d'au moins 10 cm et, de préférence, de 30 à 50 cm d'épaisseur. 9. Réacteur selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les diamètres des tubes de réfrigérant sont échelonnés pour 35 donner une répartition de température uniforme. 10. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé par le fait qu'une conduite de drainage d'eau est raccordée aux tubes de réfrigérant qui sont parcourus par de l'air. 11. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 40 à 10, caractérisé par le fait que les sections de sortie, conduisant 73 15046 7 2182110 à l'extérieur de l'écran, sont limitées par des pièces d'insertion. 12. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que les conduites de réfrigérant principal partant de la cuve du réacteur sont, dans la zone dudit inter-5 valle, entourées par tua tube ou manchon double. 13. Réacteur selon la revendication 12, caractérisé par le fait que le double manchon est déplaçable, et en particulier télescopique. 14. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 10 12 ou 13, caractérisé par le fait que le double manchon est fixé dans le béton de la partie extérieure de l'écran, à l'endroit où celles-ci entoure la conduite de réfrigérant principal. 15. Réacteur selon la revendication 11, caractérisé par le fait que le double manchon est monté dans un tube qui est pris ou 15 scellé dans le béton» 16. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 14 ou 15, caractérisé par un écoulement gazeux entre le double manchon et le béton ou encore entre le double manchon et le tube pris dans le béton.