Brevet FR2258692A1 — publié le 19750818

L'invention a pour objet un emballage du genre de ceux qui sont destinés aux éléments combustibles de l'industrie nucléaire. Les problèmes poses par le stockage et surtout par le transport des éléments combustibles irradiés dans les centrales nucléaires sont nombreux. Ces-éléments, qui se présentent généralement sous une forme prismatique allongée d'une longueur de 4a 5 mètres, sont habituellement retirés du réacteur à intervalles très espacés par lots de plusieurs dizaines et doivent alors, dès que possible, être amenés dans une usine de retraitement en vue notannert t larécu- R mtrnde oertaLns de leurs constituants de grande valeur. Les emballages utilisés à cette fin doivent assurer la protection contre les rayons gamma et les neutrons et permettre la dissipation dans l'air de la chaleur, émis les uns et les autres par les éléments combustibles. De plus, ces emballages, qui sont conçus pour pouvoir transporter le plus grand nombre possible d'éléments combustibles et qui atteignent par conséquent dans la pratique des poids élevés, de l'ordre de 70 à 120 tonnes, nécessitant généralement leur transport par voie ferrée doivent, pour faciliter leur fabrication, les contrôles de fabrication, les contrôles périodiques en cours d'exploitation, les réparations ou remplacements d'organes endommagés et la reconversion en fonction de besoins nouveaux, être formés par des éléments démontables et facilement remplaçableus Pour ce faire, on a déjà proposé des emballages du genre en question comportant - un récipient intérieur dans lequel sont logés les éléments combustibles, - un blindage protecteur contre les rayons gamma et - une enveloppe extérieure de résistance élevée centrée par rapport au blindage précédent et remplie d'un liquide caloporteur hydrogéné dont l'épaisseur est suffisante pour assurer la protection requise contre les neutrons, cette enveloppe étant munie d' organes de manutention, de calage, d'arrimage, de dépose, de dissipation calorifique-dans l'air ambiant, et dlamortisseurs de chocs pouvant être amovibles. L'invention a pour but,surtout, de mettre à la disposition des utilisateurs un emballage du genre en question répon dant mieux que ceux qui existent déjà, aux divers desiderata de la pratique, et permettant notamment de diminuer les risques de contamination de l'eau des piscines au moment des opérations de déchargement L'emballage conforme à l'invention est caractérisé par le fait que le récipient intérieur en forme de tube ouvert à une extrémité peut se présenter réuni avec le blindage contre les rayons gamma en un élément constitutif unique et comporte à son extrémité ouverte pourvue d'un couvercle comportant un -blindage contre les rayons gamma, une bride périphérique contre laquelle l'enveloppe extérieure est fixée de façon étanche, directement ou avec interposition d'un elément intermédiaire, l'em- ballage étant équipé-de moyens de rinçage du récipient intérieur capables d'être mis en oeuvre avant les opérations de déchargement, le couvercle étant en place. D'autres caractéristiques apparaîtront dans la description ci-après qui est relative à des modes de réalisation avantageux illustrés par les dessins annexés dans lesquels - la fig.1 montre en coupe axiale un emballage conforme à l'in vention, - la fig.2 est une vue de dessus de l'emballage de la fig.1 avec parties coupées et parties arrachées, - les figures 3 à 9montrent, en coupe axiale partielle, autant de variantes de l'emballage montré figures 1 et 2. Selon l'invention et, plus spécialement selon ceux des modes d'application ainsi que selon ceux des modes de réalisation de ces divers éléments auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se proposant d'établir un emballage du genre en question, on s'y prend comme suit ou de façon t analogue. Comme le montre la figure 1, on fait comprendre aux emballages du genre en question - un- récipient intérieur 1, - un blindage 2 contre les rayons gamma formé d'un blindage latéral 2a, d'un blindage inférieur 2b et d'un blindage supérieur 2c, - une enveloppe extérieure 3. C'est à l'intérieur du récipient 1 que sont disposés par exemple à l'aide de moyens de rangement tels que des casiers ou paniers 4 en acier inoxydable comme visible figure 2, les élé- ments combustibles non montrés en eux-mêmes. Dans le cas de ce mode de réalisation de la figure 2 c'est un panier à douze logements pouvant recevoir chacun un élément combustible, qui a été montré Le récipient 1 , en forme de tube ouvert à une extrémité, est constitué par une virole, avantageusement en acier inoxydable comportant un fond 1a, bombé de préférence. Conformément à l'invention, ce récipient interieur comporte, à son extrémité ouverte, une bride périphérique 5 contre laquelle est fixé de façon étanche l'enveloppe extérieure 3;- un couvercle 6 comportant la partie supérieure du blindage contre les rayons gamma est.également prévu. La fixation étanche de l'enveloppe extérieure 3 sur la bride 5 peut être réalisée à Itaîde de moyens de fixation tels que des vis 7-avec interposition d'un joint 8, par exemple en caoutchouc fluoré. La fixation étanche du couvercle 6- sur la bride 5 peut etre réalisée à l'aide de moyens de fixation tels que des vis 9 avec interposition d'un joint lo, par exemple en caoutchouc fluoré. Le couvercle 6 peut être constitué en acier inoxydable ou en acier doux comportant un revêtement en acier inoxydable, l'épaisseur du couvercle étant choisie suffisante pour que ce couvercle forme à lui seul le blindage supérieur 2c contre les rayons gamma et les neutrons. Le diamètre du couvercle 6 est choisi de façon telle que le blindage contre les rayons gamma complète le blindage latéral 2a. Ce blindage latéral 2a peut hêtre constitué par un empilement d'anneaux Il en acier ou fonte dont la forme, qui est choisie de façon telle qu'on evite les fuites de rayons gamma, peut être celle qui résulte de la figure 1 dans laquelle les différents anneaux s'encastrent les uns dans les autres. Ces anneaux sont avantageusement frettés autour du récipient 1 de manière à favoriser les échanges thermiques; l'ensemble desdits anneaux peut aussi être fixé, comme montré fige1, contre la surface inférieure de la tride 5, par exemple au moyen de tirants 12. Le blindage inférieur 2b peut etre constitué par une plaque 13 d-'acier ou de fonte d'épaisseur suffisante pour réali ser la protection désirée et d'une forme qui permette son insertion dans le fond inférieur du récipient i comme montré figOlO A la surface supérieure de la plaque-13 on prévoit avantageusement une plaque 14 en acier inoxydable soudée contre la paroi latérale du récipient 10 Pour tenir compte de la forme bombée du fond la, il convient de prévoir des éléments 15 de blindage contre les rayons gamma et de forme complémentaire au fond la7 ces éléments étant avantageusement disposés contre la surface extérieure du récipient 1 au niveau du fond i a. Suivant une variante du mode de réalisation de la figure 1, variante qui est illustrée par la figure 8, le récipient i , et les blìndages latéral 2a et inférieur 2b forment un seul et unique élément constitutif de l'emballage, en acier doux avec un dépôt d'acier inoxydable sur la face interne Dans ce cas, le blindage latéral 2a peut etre complété par un blindage inférieur 2b constitué par une plaque d'acier d'épaisseur suffisante réunie au blindage 2a de façon étanche,(par exemple- grace à un joint J de caoutchouc fluoré) par exemple au moyen de vis V. Quel que soit le mode de réalisation, l'ensemble constitué par le récipient I et le blindage latéral 2a et inférieur 2b est placé à l'intérieur de l'enveloppe extérieure 3 qui affecte la forme d'une virole, par exemple en acier inoxydable, à fond bombé 3a et qui est fixée avantageusement de façon étanche par son extrémité ouverte contre la face inférieure de la bride 5 comme décrit plus haut. Le centrage du blindage gamma par rapport à l'enveloppe extérieure 3, est réalisé par l'intermédiaire d'éléments d'espacement 16 comportant des trous 17 pour faciliter la circulation du liquide hydrogéné qui remplit l'espace compris entre le récipient 1 et l'enveloppe 3. Ces éléments 16 sont, ou bien soudés sur enveloppe 3, soit forment un panier. Dans les modes de réalisation du type de celui de la figure l, le susdit liquide hydrogéné peut venir au contact délia surface extérieure du récipient 1 grâce aux interstices existant entre les éléments superposés 11 du blindage latéral.Etant donné toutefois que ce liquide ne peut passer à l'extérieur de l'enveloppe 3, donc ne peut venir au contact de l'eau de la piscine pendant les opérations de chargement et de déchargement de l'emballage, il est possible de dégazer complètement ce liquide pour abaisser sa température d'ébullition et par suite accroire sa conductibilité thermique apparente; il peut aussi contenir des additifs pour améliorer sa tenue au froid, c'est-à-dire abaisser son point de congélation en prévision du retour à vide ou pour réduire l'émis- sion de photons émis par la capture des neutrons en ayant recours à des composés de bore ou de lithium. A titre 4'exemple, ce liquide peut etre un mélange à poids égaux eau-éthylène-glycol, contenant de l'ordre de 4 % de borax B4 07 Na2 L'enveloppe 3 est munie d'orifices de remplissage, de vidange, de contrôle de niveau et de sécurité contre les risques de surpression non représentés pour plus de clarté. Pour permettre notamment les opérations de rinçage du récipient intérieur 1, avant déchargement et sans enlever le couvercle 6, on-prévoit des conduits 18 traversant le couvercle 6 ou la bride 5 et coopérant par l'intermédiaire de raccords à fermeture automatique non décrits en détail, avec des tubes 19 reliés- au fond du récipient. D'autres-conduits non montrés, prévus au niveau de la bride 5 ou du couvercle 6 permettent de procéder aux autres opérations-nécessitées par l'exploitation de l'emballage. Dans la pratique et pour assurer un rinçage optimum du récipient 1, ainsi que des éléments combustibles transportés, on peut agencer l'emballage de la manière qui sera décrite plus loin à propos de la figure 9. Pour permettre la dissipation des calories émises par les éléments combustibles, on munit l'enveloppe 3 sur une partie au moins de sa surface latérale notamment d'ailettes de refroidissement 29 fixées par exemple par soudure. Pour faire en sorte que les contours extérieurs de l'emballage s'inscrivent dans un volume cylindrique permettant la fixation au niveau des ailettes d'une gaine tubulaire 21 montrée figure 3 et dont l'utilité apparaîtra plus loin, on confère avantageusement à l'enveloppe 3 la structure résultant notamment de la figure 1 et suivant laquelle ladite enveloppe 3 forme, de part et d'autre de la zone comportant les ailettes, des caissons ou tambours respectivement désignés par 22 et 23 et remplis avantageusement d'un matériau amortisseur 24 tel que, par exemple, du balsa. La protection de l'emballage, ainsi réalisé, contre les chocs pendant les transports qui se font en position horizontale, est avantageusement complétée par des capots amortisseurs 25 qui peuvent être remplis du même matériau amortisseur 24 que les susdits caissons. La fixation des capots 25 sur l'enveloppe 3 peut être réalisée au niveau des caissons 22 et 23 comme montré figure 1, par exemple au moyen de vis 26, avec interposition éventuelle d'un joint 27. Pour faire en sorte que l'épaisseur du blindage contre les rayons gamma soit suffisante au niveau du fond bombé 3a de l'enveloppe 3, il convient de prévoir à l'intérieur du caisson 23 et fixés contre le fond de celui-ci par exemple par soudure des éléments de blindage 29 en acier de forme complémentaire résultant de la figure 1 et épousant le contour du fond 3a, l'ensemble constitué par le caisson 23 et les éléments 29 servant d'assise à l'emballage en position verticale. Pour maintenir les éléments combustibles transport tés en position à l'intérieur du récipient 1 on peut avoir recours, comme indiqué ci-dessus, à un panier 4. Ce panier peut être formé de cloisons 30 en tôles d'acier inoxydable, ajourées pour favoriser la circulation de l'eau et faciliter ainsi les transferts thermiques entre les éléments combustibles et le récipient 1. Le contrôle de la criticité peut être assuré par des plaques 31 en acier inoxydable renfermant environ 1 % de- bore. Le panier peut également comporter des plaques 32 en acier inoxydable massif ou acier revêtu d'acier inoxydable qui complètent le blindage gamma. L'utilité de la gaine tubulaire 21 dont il a été question plus haut et qui est mise en place pour les opérations de chargement et de déchargement effectuées en piscine est d'éviter la contamination des ailettes 20. Cette gaine est donc mise en place au moment de ces opérations, l'espace compris entre ladite gaine et la surface extérieure de l'enveloppe 3 et dans lequel font saillie les ailettes 20 étant avantageusement rempli d'un fluide (eau ou air) en légère surpression.La fixation de la gaine sur l'emballage est réalisée au niveau des caissons 22 et 23 par exemple au moyen de la déformation d'un joint 33 pris entre un épaulement 34 de la gaine et une contrebride 35 rapprochées l'une de l'autre par exemple au moyen de vis 36, le joint 33 ainsi déformé venant s'appliquer contre la surface de l'enveloppe 3 au niveau du caisson 22 ou 23 et rendant ainsi la gaine 21 solidaire de façon étanche de l'envelôppe 3. La gaine 21 peut être constituée par un tube en acier inoxydable ou acier doux protégé. Pour permettre la mise en place de la gaine 21 sur l'emballage, on agence celui-ci de façon telle qutil ne comporte aucun organe de manutention saillant. Pour ce faire, on fait comprendre audit emballage, et plus précisément aux caissons 22 et 23, des logements 37 de forme et de caractéristiques telles qu'ils puissent coopérer avec des éléments tels que des pivots 38 portés par des organes de manutention, par exemple par les bras 39 d'un palonnier de manutention ou d'un berceau de basculement non montrés; l'inser- tion des pivots 38 dans les logements 37 se fait, de préférence, par une commande à distance, par exemple par une commande hydraulique intégrée au palonnier ou au berceau. Suivant une variante, l'emballage conforme à l'in- vention comporte des moyens assurant la fixation du couvercle 6 de façon étanche contre la surface intérieure du récipient 1 au niveau de l'extrémité ouverte de aelui-ci. Dans le mode de réalisation montré à la figure 4 les susdits moyens sont constitués par des organes 40 portés par le couvercle 6 et pouvant coulisser dans un logement 41 d'axe perpendiculaire à l'axe de l'emballage et faire saillie par une extrémité à l'extérieur du couvercle pour s'engager dans un lo gemment 42 porté par le récipient t, > et par leur autre extrémité dans un puits 43 prévu dans le couvercle, une vis 44 engagée dans le puits et coopérant avec un plan incliné de l'organe 40 repoussant celui-ci dans le logement 42 ce qui assure le verrouillage du couvercle; l'étanchéité est assurée par un joint 45 déformé entre le couvercle 6 et un épaulement ic comporté par le récipient 1. Dans le cas du mode de réalisation illustré par la figure 53 l'enveloppe extérieure 3 et le couvercle 6 sont fixés sur celui des éléments 11 constitutifs du blindage 2a qui termine ce blindage au niveau de la bride 5 laquelle, dans ce cas, supporte uniquement-l'ensemble du blindage 2a, grâce aux tirants 12. Dans ce cas c'estl'élément il supérieur qui est agencé de façon telle qu'il prolonge la bride 5 grâce à une partie lia sur laquelle se fait la fixation de l'enveloppe 3 et du couver cle 6 d'une manière analogue à celle représentée figure 1 , les éléments constitutifs correspondants étant désignés par les mê- mes chiffres de référénce. Toujours dans ce mode de réalisation de la figure 5, le panier 4 dont il a été question plus haut est constitué par un panier formé par des disques 46 empilés, établis en cuivre ou aluminium et comportant des trous, l'ensemble des trous superposés formant les logements pour les-éléments combustibles. Les disques empiles sont montés avec un jeu minimum dans le récipient 1 et leur dilatation, sous l'action dé la chaleur, assure ainsi un bon contact thermique avec la paroi de ce récipient, ce qui permet d'y supprimer l'eau sans risque de surchauffe du contenu. Le contrôle de criticité peut se faire dans ce cas par des barreaux 47 ou des plaques renfermant un poison neutronique et placés dans des logements 48 prévus à cet effet dans le panier. Ce poison neutronique est de préférence de la poudre de carbure de bore compactée dans des tubes en acier inoxydable constitutifs des barreaux 47 et -fermés par soudures étanches. Ces tubes peuvent avoir une longueur correspondant à l'épaisseur d'un seul disque ou de la totalité de l'empilement. Les disques 46 de cuivre sont de préférence usinés extérieurement et revêtus de chrome, pour éviter le risque d'érosion lors des manoeuvres des éléments combustibles; on peut également se contenter de prévoir des plaques de glissement ou des cornières 49 en acier inoxydable dans les logements. L'emballage montré à la figure 9 comporte également le type de panier qui vient d'être decrit et est agencé de façon telle qu'il permette un rinçage optimum du récipient 1, ctest-à- dire des différents compartiments du panier ainsi que des éléments combustibles qui y sont logés. Comme visible sur cette figure 9, chaque logement L d'éléments combustibles est relié à un tube (19a, 19b ...) plongeant au fond du logement et pouvant etre connecté, grâce à des distributeurs rotatifs (Da, Db ..,) commandés de l'extérieur par un organe (Ra, Rb ...), à l'un des conduits 18a et 18b traversart le couvercle Etant entendu qu'avant déchargement le récipient est rempli d'eau, le fonctionnement de l'ensemble est le suivant: liteau entrant par le conduit 18a et ressortant par le conduit 18b, suit le trajet marqué par les flèches et ne rince que les deux logements parcourus. En faisant tourner les distributeurs Da et Db de 1800, on peut rincer les deux autres logements représentés. Les distributeurs du type Da, Db peuvent commander un nombre élevé de tubes 19 et leur manoeuvre permet de rincer deux par deux tous les logements d'éléments combustibles. Selon la variante représentée fla~6, le récipient intérieur 1 est constitué par des logements multiples individuels pour chaque élément combustible, formés par autant de tubes T qui sont solidarisés les uns aux autres à leur extrémité ouverte au moyen d'une plaque 51 comportant autant de trous qu'il y a de tubes et formant la bride périphérique commune 5. Chaque tube T forme le logement d'un élément et est muni d'une purge en syphon 52 reliée à un tube 19 et permettant le drainage et le séchage total ou partiel de la cavité.Entre la paroi des tubes T et le blindage contre les rayons gamma, la chaleur peut être transmise par des pièces en cuivre 53 en forme de galette à bord tronconique comportant des trous à ltendroit de passage des tubes T et s'insérant par leur tranche tronconique entre deux anneaux adjacents il du blindage gamma; de la poudre de carbure de bore est disposée avantageusement dans les interstices compris entre les tubes T et les pièces 53 pour assurer les transferts thermiques par conduction et le contrôle de la criticité. Le blindage gamma peut alors etre complété par un disque 54 d'acier ou de fonte qui termine l'empilement des anneaux il. Dans cette variante, des joints d'étanchéité 55 sont disposés entre les anneaux il pour éviter que le liquide hydrogéné qui entoure le blindage gamma ne puisse mouiller le carbure de bore. Dans le cas de la variante représentée à la figure 7, le blindage contre les rayons gamma se compose d1un blindage latéral constitué par un tube 56 établi par exemple en plomb et revêtu d'acier inoxydable, des éléments espaceurs 16 étant fixés à sa surface extérieure et assurant son centrage par rapport à l'enveloppe 3, - d'un blindage inférieur qui cette fois-ci est constitué par un rerlforcement dtépaisseur de l'enveloppe 3 au niveau du fond 3a, la structure de ladite enveloppe étant renforcée pour tenir compte du poids du fond 3a. Le blindage. supérieur est assuré comme dans les modes de réalisation précédents par le couvercle 6. En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on dispose ainsi d'un emballage du genre en question dont les caractéristiques résultent suffisamment de ce qui précède pour qu'il soit inutile d'insister à ce sujet et qui présente par rapport à ceux qui existent. déjà, de nombreux avant ges, notamment - celui de permettre un rinçage de la cavité de l'emballage et des éléments combustibles transportés avant déchargement et par suite réduire la contamination de la piscine de déchargement, - celui de supprimer les contraintes mécaniques liées aux différences de température dues à la chaleur dégagée par le contenu ou les conditions ambiantes et aux jeux de montage nécessaires entre les divers constituants, l'emballage étant formé d'élémerts démontables pour les raisons déjà exposées, - celui de permettre la mise en place d'une gaine tubulaire robuste évitant les risques de contamination des ailettes pendant le séjour en piscine de l'emballage, - celui d'accroître la sécurité. en cas d'accident, en particulier lorsque le bouclier gamma est en acier et que le récipient intérieur est asséché après chargement (pas de surpression en cas d'incendie, ni de fusion du bouclier gamma) - celui de réduire les manutentions en piscine qui se limitent ici à la manoeuvre d'un seul couvercle. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Emballage pour éléments combustibles de l'industrie nucléaire, comportant un récipient intérieur-dans lequel sont lo ges des éléments combustibles, un blindage protecteur contre les rayons gamma et une enveloppe extérieure, caractérisé par le fait que le récipient intérieur en forme de tube ouvert à une extrémité comporte à son extrémité ouverte , pourvue d'un couvercle comportant un blindage contre lesrayons gamma, une bride périphérique contre laquelle est fixee de façon étanche l'enveloppe extérieure1 l'emballage etant équipé de moyens de rinçage du ré- cipient intérieur capables d'être mis en oeuvre avant les opérations de déchargement, le couvercle étant en place. 2. Emballage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le récipient intérieur et le blindage contre les rayons gamma sont réunis en un seul et unique élément constitutif de I 'emballage. 3. Emballage. selon l'une quelconque des revendications I ou 2, caractérisé par le fait que son enveloppe extérieure st agencée de telle sorte qu'à chaque extrémité, c'est-à-dire de part et d'autre de la zone comprenant les ailettes de refroidissement, elle se présente sous la forme de caissons ou tambours circulaires 5 à la surface extérieure desquels sont encastrés des logements cylindriques servant de points de manutention, l'ensem- ble étant tel que la surface latérale de l'emballage coïncide avec l'enveloppe géométrique de cette dernière, ce qui permet de protéger la zone ailettée par une gaine tubulaire amovible reliant les deux tambours, les caractéristiques et dimensions des points de manutention étant tels que ces derniers puissent coopérer avec des éléments mâles comportés par des- organes de manutention. 4. Emballage selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé par le fait que le fond de chacun des logements ou de chacun des groupes de logements comportés par le panier placé -dans le récipient intérieur est relié par des con- duits à autant d'orifices ménagés -dans le couvercle ou dans la bride, ou à un jeu de commutateurs permettant de les relier à tour de rôle à un nombre restreint d'orifices logés dans le couvercle ou dans la bride extérieure. 5. Emballage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le-fait que l'enveloppe extérieure et éventuellement le couvercle, sont fixés contre la bride comportée par le récipient intérieur avec interposition d'au moins un élément intermédiaire 6 Emballage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le récipient intérieur est constitué par des logements mul.tiples individuels pour chaque élément combustible, formés par autant de tubes qui sont solidarisés les uns aux autres à leur extrémité ouverte au moyen d'une plaque comportant autant de trous qu'il y a de tubes et formant la bride périphérique commune.