Brevet FR2221791A1 — publié le 19741011

L'invention concerne un réacteur nucléaire à circuit de métal liquide caloporteur intégré. Dans un tel réacteur la cuve principale supportant le coeur et ses protections est reliée de façon étanche à une dalle mécano-soudée rigide formant le couvercle d'un cuvelage en béton contenant la cuve principale. La dalle est raccordée de façon étanche aux tubulures du toit de la cuve principale et supporte également le poids des pompes,des échangeurs et du bouchon portant les mécanismes de contrôle et éventuellement les appareils de manutention des éléments combustibles. Une enceinte de sécurité est interposée entre le cuvelage de béton et la cuve principale. Elle est généralement constituée par une cuve en acier entourant en dessous et latéralement la cuve principale. La difficulté principale de cette construction rigide réside dans le supportage de la cuve contenant le coeur du réacteur. En effet, le circuit primaire fonctionne à des températures élevées et la cuve principale subit des déformations importantes. Par ailleurs, la dalle qui supporte des mécanismes précis (contrôle, manutention) et dont l'accès sur la face supérieure doit être possible pendant la marche, doit être maintenue froide. D'autre part le coeur du réacteur a une géométrie très précise qu'il importe de maintenir et ceci en alignement parfait avec les mécanismes ci-dessus. En outre, le raccordement étanche de la cuve principale et de la cuve de sécurité de grandes dimensions présente de réelles difficultés. Le réacteur selon l'invention permet de résoudre ces difficultés. A cet effet, la cuve principale du réacteur comporte à sa partie inférieure un fond rigide supportant le coeur et ses protections reposant sur un cuvelage en béton par l'intermédiaire d'un dispositif de supportage permettant lors des déformations thermiques de la cuve un déplacement horizontal de celle-ci, radialement par rapport à son centre, et à sa partie supérieure une zone horizontale formant toit située entre la partie latérale et l'élé- ment de raccordement à la dalle de couverture permettant les déformations thermiques de flexion suivant les lignes méridiennes de cette zone. Un tel agencement permet de se dispenser d'avoir à placer des membranes très souples, ou l'on concentre généralement les grandes déformations, dans des zones où il serait impossible de les remplacer. On profite en effet du très grand développement des méridiens de la cuve et de sa relative minceur pour y répartir le plus uniformément possible les déformations thermiques. Les seuls compensateurs de dilatation à prévoir sont sur les tubulures prolongeant la cuve autour des pompes et des échangeurs. Là, les déformations sont plus faibles et les compensateurs peuvent être rendus démontables. En outre, le réacteur selon l'invention comporte une enceinte de sécurité réalisée par une peau métallique étanche recouvrant le fond et les faces latérales du cuvelage en béton. Cette peau d'étanchéité est recouverte elle-même d'une couche isolante de matériau réfractaire et isolant. Eventuellement, cet isolant est recouvert à son tour d'un revêtement métallique composé de tôles ondulées dans deux directions le préservant de tout contact avec le métal liquide. De toutes façons, l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de realisation donné à titre d'exemple non limitatif. La Fig. 1 représente schématiquement en coupe longitudinale un réacteur du type classique dont le circuit caloporteur à métal liquide est intégré. La Fig. 2 représente schématiquement en coupe longitudinale un réacteur selon l'invention. Sur la Fig. 1, on voit un réacteur du type classique comportant une cuve principale en acier inoxydable (1) contenant le coeur et ses protections (2), des échangeurs de chaleur (3) des pompes de circulation (4) du fluide caloporteur (5). Le réacteur comporte un bouchon (6) tournant ou non portant les mécanismes de contrôle de réactivité et éventuellement le dispositif de transfert d'éléments combustibles. Une deuxième cuve p) de sécurité entoure extérieurement la cuve 1. Sur la Fig. 2, un réacteur selon l'invention comporte un coeur (9) reposant sur une structure mEcano-soudée formant platelage (11) ,intégrée à la cuve principale suivant un anneau(l0.2) Ce platelage très rigide repose sur le fond du cuvelage en béton par l'intermédiaire d'un système de supportage (12) rigide verticalement mais acceptant facilement des déplacements radiaux approximativement axi-symétriques. Ce système peut se composer d'un jeu de rouleaux disposés tangentiellement à un cercle, ou d'une virole avec gradient thermique ou de lames flexibles, etc... Ces supports reposent sur des appuis (13) solidaires du fond du cuvelage en béton. Une virole à gradient thermique est interposée entre le fond rigide de la cuve et le cuvelage en béton. Ce mode de supportage assure au réacteur une grande stabilité de position, tant verticalement qu'horizontalement. D'autre part, le bouchon central (16) étant lui-même fixé en position par suite de la rigidité de la dalle de fermeture (15), l'alignement des divers éléments du réacteur par rapport aux mécanismes portés par le bouchon est donc garanti, dans de bonnes conditions de sécurité. Le fond de la cuve principale est composé d'une partie centrale (10-1) en forme de calotte sphérique, d'un anneau plat (10-2) faisant également partie du platelage, d'une partie tronconique (10-3) qui s:évase vers le haut La paroi latérale (10-4) de la cuve principale en forme de cylindre à axe vertical se raccorde à la paroi tronconique (10-3) par un arrondi de forme torique. Le toit est raccordé à la partie supérieure de la paroi latérale (10-4) par un quart de tore (10-5). I1 consiste en une paroi plane (10-6) qui se raccorde à la virole (10-8) formant tubulure dans l'ouverture centrale de la dalle à l'aide d'un quart de tore (10-7). La charge hydrostatique sur la calotte (10-1) se transmet directement aux supports (12). I1 en est de même des charges s'exerçant sur-la partie tronconique (10-3) étant donné que cette paroi est très rigide en compression suivant ses génératrices et que les forces en compression dirigées le long de celles-ci représentent une importante composante verticale. Cette rigidité combinée à la flexibilité du toit sous l'effet des forces verticales, empêche en pratique toute tendance de la part de la cuve principale à transmettre ses charges par suspension. En outre, la cuve principale étant reliée d'une part au fond du cuvelage, d'autre part à la dalle (15), ses déformations thermiques dans le sens vertical sont obtenues en totalité par une déformation du toit en flexion suivant ses méridiennes. De même, les déformations différentielles radiales dues aux différences de température, se produisent facilement par suite de la flexibilité du toit, suivant ses lignes méridiennes en S, sous l'effet des forces horizontales radiales engendrées. Donc, les grandes déformations thermiques auxquelles est exposée la cuve principale se produisent par flexion du toit, c'est-à-dire dans une zone de la cuve où il n'y a pas de contraintes mécaniques. Les traversées du toit par les composants 17 et 18 sont raidies à leur périphérie par une virole. Elles se trouvent de préférence dans la partie plane du toit pour faciliter la construction. Les tubulures de raccordement (10-9) entre le toit et la dalle (15) sont constituées par des viroles à paroi ondulée proches des compensateurs de dilatation classiques. Les ondes de ces tubulures présentent des pentes vers l'intérieur les rendant parfaitement vidangeables,ce qui évite le risque d'accumulation de condensats dans leur partie supérieure. Pour augmenter leur souplesse et leur sécurité ces ondulations peuvent être à plusieurs parois,avec détection de fuite entre les parois les plus internes De plus, elles peuvent être rendues démontables. Les échangeurs (17), les pompes (18) et le bouchon (16) sont fixés rigidement à la dalle (15) et les tubulures prolongeant la cuve (10-8) et (10-9) sont raccordées à la dalle de façon étanche par des portees de joints mécaniques. I1 est entendu que l'on pourra donner à la méridienne de la cuve principale un profil différent de celui repré senté sur la figure 2 à condition de ménager dans cette cuve deux zones distinctes, l'une pouvant absorber la presque totalitédes charges situées dans la cuve, l'autre pouvant absorber par flexion la presque totalité des déformations thermiques. L'enceinte de sécurité est constituée par le cuvelage en béton (14) lui-meme dont la paroi interne-est aménagée de la façon suivante. Le béton est coulé autour d'un coffrage en acier formant peau d'étanchéité (19). Doublant cette peau, on trouve un garnissage de calorifuge réfractaire solide soigneusement maçonné sous forme de briques (20). Enfin ce calorifuge est recouvert d'une membrane souple (21) formée d'une tôle mince en acier inoxydable gaufrée par des ondes bi-directionnelles de forte amplitude lui permettant d'accepter par rapport à son support de très fortes déformations dans son plan en toute sécurité. Ce "casing souple" est très soigneusement soudé au bord supérieur de la peau d'étanchéité du béton.Le cas échéant, le choix, pour le calorifuge d'un matériau non imprégnable par le metal liquide et compatible avec lui, permet de se dispenser de ce "casing souple" (2 I). Comme calorifuge on peut choisir éventuellement parmi un ou plusieurs des produits siliceux, alumineux, alumino-siliceux, magnésiques, ou zircon et autres, bien connus en métallurgie et en fumisterie, qui s'utilisent généralement sous forme de briques et de ciments de même composition. On pourrait les vitrifier en surface et les rendre étanches afin de supprimer le casing (21). L'étanchéité supérieure de l'enceinte de sécurité est assurée par la dalle supérieure (15) qui est raccordée à la peau d'étanchéité du béton (19) par un joint soudé (23) accessible. Pour maintenir le béton du cuvelage à une température acceptable, le flux thermique passant le calorifuge est évacué par un circuit de refroidlssement à tubes d'eau noyés dans le béton (22). Ce circuit existe d'ailleurs dans toutes les solutions proposées pour les réacteurs de ce type. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au seul mode de réalisation décrit à titre d'exemple et la partie du présent brevet s'étend également aux variantes detout ou partie des dispositions décrites restant dans le cadre des équivalences. REVENDICATIONS 1. Réacteur nucléaire à circuit de métal liquide intégré comportant une cuve principale supportant le coeur du réacteur et ses protections, raccordées de façon étanche à une dalle rigide formant le couvercle d'un cuvelage en béton entourant la cuve principale et une enceinte de sécurité interposée entre la cuve principale et le cuvelage en béton, caracterisé en ce que la cuve principale comporte à sa partie inférieure un fond rigide supportant le coeur et reposant sur le cuvelage en béton par l'intermédiaire d'un dispositif de supportage permettant lors des déformations thermiques de la cuve, le déplacement horizontal de celle-ci radialement par rapport à son centre, et à sa partie supérieure une zone horizontale formant toit située entre la partie latérale de la cuve et son raccordement à la dalle de couverture, permettant des déformations en flexion de la cuve. 2. Réacteur nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte de sécurité comporte une peau métallique recouvrant le fond et les faces latérales du cuvelage en béton, cette peau métallique étant elle-même recouverte d'une couche isolante de matériau isolant et réfractaire. 3. Réacteur nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de supportage de la cuve principale comporte des rouleaux disposés tangentiellement à une couronne circulaire entre le fond rigide de la cuve principale et des supports solidaires du cuvelage en béton. 4. Reacteur nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de supportage comporte une virole à gradient thermique interposée entre le fond rigide de la cuve principale et le cuvelage en béton. 5. Réacteur nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de supportage comporte des lames élastiques interposées entre le fond rigide de la cuve et des supports solidaires du cuvelage en béton. 6. Réacteur nucléaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche isolante et réfractaire de l'enceinte de sécurité est recouverte d'un revêtement métallique protecteur,composé de tôles ondulées dans deux directions.