Brevet FR2295535A1 — publié le 19760716

Par la demande de brevet R.F.A. ne 21 59 196, on connaft un dispositif pour le réglage de réactivité de réacteurs nucléaires, dispositif qui, notamment pour provoquer 1' arrOt ,introduit un liquide absorbeur de neutrons dans un coeur de réacteur enveloppé par une cuve de pression et compose d'éléments combustibles. Le liquide absorbeur de neutrons, avantageusement de 1' acide borique, provient d'une source dont il est simplement dit qu'elle se trouve à l'extérieur de la cuve du réacteur, ladite demande de brevet ne fournissant pas dlautre détail quant à cette source. La présente invention concerne aussi un réacteur nucléaire avec un dispositif d'arrêt présentant un liquide absorbeur de neutrons destiné à titre introduit dans le coeur du réacteur qui est entouré par une cuve de pression et composé d'éléments combustibles, ce liquide provenant d'une source agencée à ll-extérieur de la cuve. Toutefois, c'est de l'agencement dans l'espace du dispositif qu'il s'agit ici puisque l'invention a pour but de réaliser un agencement du dispositif d'arrêt qui soit adapté aussi bien que possible aux conditions pratiques d'exploitation.Pour cela, il faut assurer, notamment pour les réacteurs à eau pressurisée que l'invention concerne en premier lieu, que le changement d'éléments combustibles qui ne peut être fait qu'avec un réacteur à l'arrêt et qui est donc une cause de perte de temps onéreuse, soit affecté le joins possible par le dispositif d'arrêt. Belon l'invention, le réacteur nucléaire est ainsi conçu qu'un réservoir contenant le liquide absorbeur de neutrons est agencé directement sur un couvercle de la cuve de pression du réacteur, couvercle que l'on enlève pour le changement d'éléments combustibles. Le couvercle de la cuve qui est par lui même lourd et qui, dans le cas des réacteurs à eau pressurisée, est déåà occupé par les moyens d'entrainement des barres de commande, se trouve donc chargé par un élément supplémentaire.Toutefois, le fait d'agencer le réservoir conduit de façon surprenante à une ai importante simplification des trajets des canalisations du dispositif d'arrêt que la dépense supplémentaire due à l'accroissement de boitas s'en trouve iueé- médiatement compensée. I1 est même apparu que l'on pouvait avantageusement répartir plusieurs réservoirs sur le bord du couvercle.Ils se trouvent ainsi, lors du transport, près des dispositifs d'accrochage (un crochet de pont de levage par exemple) par lesquels le couvercle est soulevéo En outre, à et endroit, ils n'interfèrent pas avec les moyens d'entraSne- ment des barres de commande, qui sont en général concentrés au centre du couvercle. Le réservoir est de préférence fixé sur un tube ou manchon qui traverse le couvercle, pour l'amenée du liquide. Cette disposition est avantageuse pour cette raison qu'entre le réservoir et le couvercle, il n'existe alors que des canalisations courtes qui sont par elles-mêmes assez robustes pour être capables de supporter le poids du réservoir. Le tube peut comporter un obturateur ouvrant en fonction de la pression. Cela peut être réalisé soit par le fait que le tuyau contient luimême un tel obturateur, soit par le fait qu'il porte un élément qui est réalisé sous la forme d'un obturateur ou sert d'enveloppe à l'obturateur. Comme obturateur, il est prévu d'utiliser de préférence une membrane de rupture assurant une fermeture parfaitement étanche tant qu'elle n'est pas rompue. Comme membrane de rupture, on peut utiliser par exemple une feuille métallique qui se déchire sous l'effet d'une certaine pression. Cette déchirure peut être déclenchée ou assistée par un poinçon actionné par piston puisqu'alors cela permet d'exercer des forces importantes sur de petites surfaces en présence de faibles différences de pression. Le réservoir de liquide absorbeur de neutrons, monté sur le couvercle, peut contenir un gaz propulseur. On peut aussi associer au réservoir une bouteille de gaz comprimé. I1 peut alors, par exemple, y avoir une valve ou vanne, nécessaire pour le réglage, entre le réservoir et la bouteille de gaz comprimé. -Ce qui importe est que, grâce à l'association de la bouteille de gaz comprimé au réservoir, toutes les canalisations nécessaires sont raccourcies et peuvent être concentrées dans la zone du couvercle. Le réservoir et la bouteille de gaz comprimé n'ont donc alors plus besoin que d'être reliés aux lignes électriques nécessaires pour la commande du dispositif d'arrêt. Gr, ces lignes, dans la mesure où elles vont jusqu'au-dessus du couvercle, peuvent être réalisées de façon à pouvoir être détachées suffisamment facilement, par exemple à l'aide de connecteurs, pour que la séparation nécessaire pour le déion- tage du couvercle puisse être faite pratiquement sans perte de temps. ans une forme d'exécution particulèrement strie de l'invention, l'ensemble des réservoirs montés sur le couvercle est subdivisé en deux groupes activables au choix. Les deux groupes sont avantageusement conçus de la même façon et dimensionnés chacun pour pouvoir provoquer un arrêt complet. On dispose alors d'un système redondant dans lequel, en cas de besoin, l'un des systèmes peut être l'o set d'opérations d'entretien pendant que l'autre système assure de façon fiable l'arr8t du réacteur en cas de besoin. Chaque groupe peut être en communication avec un système de canalisations pour distribuer le liquide sur le coeur du réacteur, ce système de canal çtion3 ayant une conception qui assure une répartition aussi uniforme que possible du liquide absorbeur. I1 apparaît toutefois que l'on obtient une forme d'exécution particulièrement favorable lorsque ledit système de canalisations comporte une canalisation annulaire longeant le bord du coeur du réacteur. La canalisation annulaire peut être fixée contre le côté intérieur du couvercle. Elle est alors enlevée en même temps que le couvercle sans que d'autres travaux soient nécessaires. La canalisation annulaire peut cependant aussi être fixée de façon amovible à un récipient recevant le coeur du réacteur. Enfin, on peut aussi combiner une canalisation annulaire sur le couvercle de la cuve avec une canalisation amovible sur l'ossature du coeur, de façon à n'avoir que peu de points de jonction, sans remettre en question la redondance des raccordements des réservoirs disposés sur le couvercle, et des nombreuses canalisations d'arrosage allant dans le coeur. Pour exposer l'invention plus en détail, des exemples de réalisation sont décrits ci-après en se référant au dessin annexé, sur lequel les figures 1 à 3 représentent chacune de façon simplifiée, dans une coupe partielle passant par le couvercle d'une cuve de réacteur à eau pressurisée, une forme de réalisation de l'invention la figure 4 représente à plus grande échelie, un obturateur constitué par une membrane de rupture la figure 5 est une vue en plan montrant la répartition de plusieurs réservoirs sur le couvercle de la cuve. Sur la figure 1, le couvercle en acier de la cuve de pression 1 (non représentée en détail) est repéré dans son ensemble par la référence 2. Ce couvercle porte les moyens d'entraSnement 4 des barres de commande, agencés sur des tubes ou manchons 3. Ces moyens d'entrainenent accèdent, par leur tringle d'actionnement 5, aux barres de commande qui, dans des garnitures de guidage 6, passent dans le coeur du réacteur constitué d'éléments combustibles. Les barres de commande servent à régler la puissance du réacteur nucléaire. Elles peuvent en outre, au moins dans leur ensemble, capter suffisamment de réactivité pour amener le réacteur à l'état sous-critique et l'y maintenir. Pour le cas où les barres de commande ne fonctionneraient pas, il est prévu, comme système supplémentaire d'arrêt, un dispositif pour injecteur de l'acide borique sous forme concentrée dans le coeur du réacteur. En cet endroit, l'acide borique est amené dans des tubes de guidage pour les barres de commande , lesquels tubes existent dans chaque élément combustible, mais ne sont pas toutes occupées par des barres de commande. Selon l'invention, l'acide borique, dont la concentration en bore est par exemple de 10.000 ppm, est stocké dans des réservoirs 10 qui, par le moyen d'un assemblage à bride 11, sont boulonnés sur un corps intermédiaire 12. Pour sa part, le corps intermédiaire est monté sur un tube ou manchon 13 qui, comme le montre la figure 1, conduit à l'intérieur de la cuve 1 en traversant le couvercle 2. La canalisation à l'intérieur de la cuve est désignée par la référence 15 et conduit, par l'intermédiaire d'un clapet antiretour 16, à une jonction à emboStement 17. En cet endroit est raccordée une canalisation annulaire 18 qui est fixée sur une plaque de couverture 2D associée à l'enceinte du réacteur.Les tubes de guidage non représentés ou d'autres buses ou tuyères à l'intérieur du coeur du réacteur sont alimentés depuis la canalisation annulaire 18. Le corps intermédiaire 12 comporte comme obturateur, pour établir en marche normale du réacteur une séparation entre l'acide borique et l'eau de refroidissement, une membrane de rupture 23. I1 s'agit d'une mince feuille d'acier sur laquelle est placé un poinçon 24. Ce poinçon est en liaison avec un piston 25 glissant i l'intérieur du corps 12. Au-dessus du réservoir 10, une canalisation 28 avec un clapet antiretour 29 est raccordée par un assemblage a' bride 27. Cette canalisation conduit à une bouteille de gaz propulseur 30. Comme gaz propulseur, on peut utiliser par exenple de 1' azote. L'accès de l'azote à la surface supérieure 31 de 1' acide borique liquide est commandé par une électrovanne 32. En liaison avec l'assesblage à bride 27, par l'intermédiaire d'un autre clapet antiretour 24, on a prévu une canalisation 35 avec une pompe 36 permettant d'amener un complément d'acide borique ou de réfrigérant du réacteur lorsque le dispositif d'arrêt a été déclenché sous l'action du gaz propulseur. Comme le montre la figure 1, la bouteille de gaz propulseur 30 est disposée immédiatement à côté du réservoir 10. Ces deux éléments peuvent être fixés l'un à l'autre par une soudure 38. Au lieu d'un assemblage soudé indémontable, on peut aussi utiliser un collier en deux parties (référence 39) comme assemblage démontable, ce collier étant maintenu avec des vis 40. Dans chaque cas, le fait d'agencer ensemble le réservoir 10 et la bouteille 30 de gaz sous pression présente l'avantage de permettre, lors du démontage du couvercle 2, lten- lèvement des parties principales du dispositif d'arrêt, sans travaux supplémentaires. Dans l'exemple de réalisation selon la figure 2, le gaz propulseur est disposé dans des bouteilles de gaz comprimé spéciales 42 installées indépendamment du couvercle 2. Le réservoir 10 est pour cette raison pourvu d'un raccord 44 rapidement démontable, qui conduit à la canalisation 28t allant aux bouteilles de gaz comprimé 42. Sur la canalisation 28' se trouve un clapet antiretour 29' et une électrovanne 32' pouvant être commandée électriquement. La canalisation 15 allant à l'intérieur de la cuve du réacteur ne comporte ici aucun clapet antiretour. Bien plus, l'extrémité inférieure est, en tant que partie de l'assemblage par emboîtement 17, fixée à l'aide d'une pièce intermédiaire élastique 46, de façon à permettre de compenser les variations dimensionnelles lors de la mise en place du couvercle. Sur la figure 3, on a montré que le réservoir 10 est raccordé par bride à la canalisation 15 en passant par le corps intermédiaire 12, la canalisation 15 allant pour sa part à une canalisation annulaire 18'. Cette dernière est liée rigidement, par une Jambe de force 47, au couvercle 2 de la cuve 1 du réacteur. Le raccord 17 se trouve ici en dessous de la canalisation annulaire 18', et en fait au-dessus d'une deuxième canalisation annulaire 18" qui est assemblée à l'ossature 48 du coeur. La canalisation annulaire 18" peut donc être retirée de la cuve 1 du réacteur avec l'ossature 48 du coeur lorsque le couvercle 2 a été enlevé. Sur la figure 4, on a représenté une membrane de rupture 23 avec ses accessoires. Elle comprend un support 51 pourvu de perforations, sur lequel est appliquée une feuille métallique 52 En présence d'une forte pression dans le sens de la flèche 54, la feuille métallique se déchire, ce qui permet l'établissement d'un écoulement. Cette forte pression est déclenchée dans le présent exemple de réalisation, par l'ouverture de l'électrovanne 32 qui peut être commandée par un dispositif de sécurité. Sur la figure 5, dans une vue en plan du couvercle 2, on peut voir qu'au total douze réservoirs 10 sont répartis sur le bord 57 du couvercle 2. L'ensemble des réservoirs est divisé en deux groupes 55 et 56 qui, sur la figure 5, sont pourvus l'un de hachures obliques et l'autre de hachures croisées, pour les distinguer. Chaque groupe de réservoirs 55, 56 constitue en soi un système d'arrêt comportant assez d'acide borique pour provoquer l'arrêt. De ce fait, -on dispose d'un agencement redondant qui, néanmoins, comme le montre la figure 5, peut être disposé sur le couvercle 2 de la cuve du réacteur etne constitue donc pas une gene importante lors du changement d'éléments combustibles, puisque ses parties principales sont enlevées avec le couvercle de la cuve. Outre l'acide borique, d'autres liquide; capables d'absorber les neutrons peuvent aussi être utilisés pour mettre en oeuvre l'invention. RLVL-NJ) I CATI ONS 1. Réacteur nucléaire, notamment du type à eau pressurisée, pourvu d'un dispositif d'arrêt présentant un liquide absorbeur de neutrons destiné à être introduit dans le coeur du réacteur qui est entouré par une cuve et constitué d'éléments combustibles, ce liquide provenant d'une source agencée à l'extérieur de la cuve du réacteur, caractérisé par le fait qu'un réservoir contenant le liquide est disposé directement sur un couvercle de la cuve du réacteur, couvercle qui est enlevé pour le changement d'éléments combustibles. 2. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que plusieurs réservoirs sont répartis sur le bord du couvercle. 3. Réacteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le réservoir est fixé sur un tube ou manchon traversant le couvercle et servant à l'amenée de liquide. 4. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le tube comporte un obturateur pouvant être ouvert en fonction de la pression. 50 Réacteur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'obturateur est constitué par une men- brane de rupture à laquelle est associé un poinçon actionné par un piston. 6. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'au réservoir est associée une bouteille de gaz sous pression également agencée sur le couvercle. -- 7. Réacteur selon la revendication 2, carac- térisé par le fait que l'ensemble des réservoirs est subdivisé en deux groupes déclenchés au choix. 8. Réacteur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que chaque groupe est relié à un système de canalisation qui lui est propre pour répartir le liquide sur le coeur du réacteur. 9. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le système de canalisations comporte une canalisation annulaire passant le long du bord du coeur du réacteur. 10. Réacteur selon la revenaication 9 , caractérisé par le fait que la canalisation annulaire est fixée à la face interne du couvercle. 11. Réacteur selon la revendication 9, caractérisé par le fait que la canalisation annulaire est fixée de raçon amovible à un récipient recevant le coeur du réacteur.