Brevet FR2302573A1 — publié le 19760924

La présente invention a pour objet un procédé de rechargement du combustible d'un réacteur nucléaire et le dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé. De façon plus précise, l'invention concerne une amélioration du rechargement en combustible d'un réacteur nucléaire permettant des opérations de manutention plus rapides. On sait que dans un réacteur nucléaire le coeur servant de source d'énergie est constitué par des assemblages combustibles, eux-mêmes constitués par un ensemble d'éléments combustibles en matériau fissile. Lors du fonctionnement du réacteur, la fraction d'uranium 235 contenue dans ledit combustible diminue. Il est donc nécessaire périodiquement de remplacer le combustible partiellement épuisé par un combustible neuf. Le rechargement du coeur du réacteur consiste donc d'une part à enlever le combustible épuisé, et d'autre part à introduire dans le réacteur du combustible neuf ou à déplacer un élément combustible d'une région du coeur vers une autre. Pour mieux comprendre les problèmes qui se posent au moment du rechargement du réacteur en combustible nucléaire, on peut se reporter à la figure 1 annexée, sur laquelle on a représenté schématiquement en élévation une coupe d'un réacteur du type à eau sous pression (PWR). La description qui suit se rapporte au cas du réacteur PWR, mais il va de soi que l'invention pourrait tout aussi bien s'appliquer à d'autres types de réacteurs. Le réacteur à eau pressurisée comprend essentiellement une cuve 2 résistant à la pression et fermée à sa partie supérieure par un couvercle 4. La cuve est percée d'orifices tels que 6 raccordés à des canalisations permettant la circulation du liquide de refroidissement à l'intérieur de la cuve 2. Dans la cuve, on trouve une structure inférieure constituée essentiellement par une virole de coeur 8 prenant appui à sa partie supérieure sur un épaulement interne 10 de la cuve 2. Le fond de la virole de coeur 8 supporte par l'intermédiaire de la plaque inférieure de supportage du coeur 10 les assemblages combustibles tels que 12. A l'intérieur de la cuve 2, on trouve également une structure interne supérieure constituée par la plaque haute 14 et la plaque supérieure de coeur 18, qui sont reliées par les entretoises 20, l'ensemble est positionné par la plaque 14 qui repose sur l'épaulement 16 de la cuve. La plaque supérieure de coeur 18 a essentiellement pour but d'empêcher la "remontée" des assemblages combustibles 12 sous l'action du fluide de refroidissement qui traverse le coeur de bas en haut. A cet effet, à sa partie supérieure, chaque assemblage combustible 12 peut comporter un système élastique coinpri par la plaque supérieure de coeur 18. Pour régler la réactivité du réacteur, celui-ci est muni d'organes de réglage ou barres de contrôle. Une barre de contrôle est constituée par une tige de commande 22 coulissant dans les colonnes creuses 20 ou tubes guides et supportant des crayons absorbants tels que 24 introduits dans des tubes creux ménagés dans les assemblages combustibles 12. A sa partie supérieure, chaque tige de commande traverse le couvercle 4 du réacteur par des doigts de gant étanches 26 et est reliée à un mécanisme de commande de barres de contrôle 28. De cette description, volontairement succincte, il ressort que pour recharoer le coeur du réacteur nucléaire, c'est-à-dire pour enlever et remettre les assemblages combustibles, il est nécessaire d'enlever le couvercle 4 du réacteur, la structure interne supérieure constituée essentiellement par la plaque de supportage supérieure 14 et la plaque supérieure de coeur 18, ainsi que les barres de contrôle avec leurs tiges de commande. Toutes ces opérations sont complexes et longues, or bien sûr elles nécessitent l'arrêt du réacteur. I1 est donc indispensable de simplifier et de réduire le temps nécessaire aux opérations de rechargement. Cela devient particulièrement important si l'on envisage un rechargement pluriannuel du réacteur Le brevet français n" 71 24817 du 7 Juillet 1971 décrit une méthode de rechargement en combustible d'un réacteur nucléaire. Cette méthode consiste à enlever en un seul bloc le couvercle de la cuve, la structure interne supérieure et les barres de contrôle, et à stocker cet ensemble à côté de la cuve.Ce système a certains inconvénients ; il oblige à prévoir sur les mécanismes de commande des barres de contrôle des moyens de blocage en position haute, et il conduit à stocker avec le couvercle de cuve la structure interne supérieure et les absorbants des barres de contrôle. Ces deux éléments sont radioactifs, ce qui ne facilite pas l'inspection du couvercle et des mécanismes des barres de contrôle. La présente invention a précisément pour objet un procédé de rechargement du combustible d'un réacteur nucléaire et un dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé qui pallient les inconvénients cités ci-dessus. En particulier, le procédé objet de l'invention permet de retirer séparément le couvercle de la cuve du réacteur et la structure interne supérieure ainsi que les barres de contrôle. Le procédé de rechargement se caractérise en ce qu'il comporte les étapes suivantes - on amène les barres de contrôle en position haute, et on solidarise les crayons absorbants avec la structure interne supérieure et on désolidarise par le même mouvement lesdites tiges desdits crayons, - on enlève le couvercle du réacteur et lesdites tiges de com mande, - on enlève l'ensemble constitué par les crayons absorbants et la structure interne supérieure, et on le stocke - on remplace le combustible usé, et - on remet en place la structure interne supérieure et le couvercle. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé qui se caractérise en ce que la structure rigide comprend des membranes rayonnantes fixées sur un pot creux cylindrique ouvert à sa partie supérieure, ledit pot comportant dans sa paroi des orifices dans lesquels est placée une première série de billes aptes à faire saillie hors dudit pot et à pénétrer partiellement dans des encoches ménagées dans la plaque dite haute, en ce que ladite tige de commande est creuse et en ce qu'elle comprend à son extrémité inférieure pénétrant dans ledit pot des orifices dans lesquels est placée une deuxième série de billes aptes à faire saillie hors de ladite tige pour pénétrer partiellement dans des encoches ménagées dans la paroi interne dudit pot, et en ce qu'il comprend des moyens mobiles pour faire pénétrer alternativement les billes de la première série dans les encoches correspondantes solidarisant ainsi les crayons absorbants avec ladite structure interne supérieure et les billes de la deuxième série dans les encoches correspondantes solidarisant ainsi ladite tige de commande avec ledit pot De préférence, lesdits moyens mobiles sont constitués par une bague dont la partie inférieure est apte à coulisser à l'intérieur dudit pot et dont la partie supérieure est apte à coulisser à l'intérieur de I'extrémité inférieure de la tige de commande, et des moyens de déplacements verticaux de ladite bague, la partie supérieure et la partie inférieure de ladite bajoue ayant un profil extérieur tel qu'elles jouent le rôle de came permettant le mouvement alternatif desdites billes De toute façon, l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles on a représente - sur la figure 1, une vue schématique en coupe et en élévation d'un réacteur nucléaire du type à eau pressurisée, déjà décrite, - sur la figure 2, deux demi-vues en coupe verticale montrant la liaison entre la tige guide, la grappe de crayons absorbants et la structure interne supérieure, - sur la figure 3, une vue partielle de la figure 2, et - sur la figure 4, un exemple de réalisation de la liaison amovible entre la tige guide et la tringle de commande. Sur les figures 2 et 3, on a représenté un dispositif de liaison entre une grappe de crayons absorbants avec la tige de commande correspondante et entre ladite grappe et la structure interne supérieure, pour la mise en oeuvre du procédé. La demi-vue de gauche représente le dispositif en position de fonctionnement du réacteur, c'est-à-dire que la tige et la grappe sont solidaires alors que la grappe est libre par rapport à la structure interne supérieure La demivue de droite représente le dispositif en position de déchar- gement, c'est-à-dire que la tige de commande est désolidarisée de la grappe, alors que la grappe est solidaire de la structure interne supérieure Dans les deux cas, la grappe est en posi tion haute, les crayons absorbants étant totalement sortis du coeur. Les crayons absorbants 24 correspondant à un même assemblage combustible sont associés en grappes à l'aide d'une structure appelée "araignée" comportant des membrures rayonnantes telles que 100 à l'une des extrémités desquelles sont fixés les crayons absorbants 24. A leur autre extrémité, les membrures 100 sont solidaires d'un pot cylindrique creux 102. L'ensemble de la grappe se déplace dans le tube guide 20. La partie supérieure du pot traverse la plaque 14 par l'orifice 104 e En fin de course, le talon 108 des membrures 100 vient en butée sur la face inférieure 106 de la collerette entourant l'orifice 104. La liaison entre la tige de commande 22 et le pot 102 est obtenue par une pluralité de billes telles que 110 coopérant avec les alésages 112 ménagés dans la tige 22 et elles sont aptes à pénétrer dans des encoches correspondantes 114 ménagées dans la face interne du pot 102. De même, la liaison entre le pot 102 et la plaque 14 est obtenue par une pluralité de billes telles que 116 coopérant avec les alésages 118 ménagés dans la paroi du pot 102 et aptes à pénétrer dans des encoches correspondantes 120 ménagées dans la face interne de la collerette entourant l'orifice 104. L'engagement ou le dégagement des billes 116 et 110 est obtenu par une bague 122 ayant même axe que le pot 102. La bague 122 peut se déplacer selon une direction verticale sous l'action d'une vis 124 dont le filetage 126 coopère avec un taraudage 128 usiné sur la face interne du pot 102. La vis 124 est solidaire d'un axe 130. Les mouvements de rotation de la vis 124 sont commandés par une tringle 131 susceptible de se déplacer verticalement dans l'alésage central 132 de la tige de commande 22 La tringle 131 comporte à son extrémité inférieure une partie 134 apte à s'emboîter dans une partie correspondante 135 ménagé dans l'axe 130 La vis 124 et la tringle 131 sont ainsi solidaires en rotation mais pas en translation. La bague 122 comporte une première partie 136 de diamètre extérieur réduit pénétrant partiellement dans l'alésage 132 de la tige 22 et une deuxième partie 138 de diamètre extérieur plus important coulissant dans le pot 102. Comme on le voit sur la figure 3 la bague 122 est immobilisée en rotation par un doigt 140 solidaire du pot 102 coopérant avec une rainure 142 ménagée dans la bague 122. La partie 136 de la bague 122 joue le rôle de came pour les billes 110. Cette partie comporte une partie supérieure 144 de diamètre réduit et une partie inférieure 146 de diamètre supérieur raccordées entre elles par une face tronconique. De meme, la partie 138 de la bague 122 joue le rôle de came pour les billes 116. Cette partie comporte une partie supérieure 148 de grand diamètre et une partie inférieure 150 de plus faible diamètre. On comprend que lorsque la bague 122 est en position haute (demi-vue de gauche), la partie inférieure 146 de la pièce 136 repousse les billes 110 qui viennent partiellement se loger dans les encoches 114 et la partie inférieure 150 de la pièce 138 permet au contraire aux billes 116 de sortir des encoches 120. On a donc une liaison entre les crayons absorbants 24 et la tige de commande 22, alors que toute liaison est rompue avec la plaque 14 La "barre de contrôle" est donc en position de fonctionnement. Au contraire, lorsque la bague 122 est en position basse (demi-vue de droite), la partie supérieure 144 permet aux billes 110 de sortir des encoches 114 alors que la partie supérieure 148 repousse les billes 116 qui viennent partiellement se loger dans les encoches 120 On a donc une liaison entre les crayons absorbants 24 et la plaque 14 alors que la liaison est rompue entre la tige de commande 22 et le pot 102 I1 est nécessaire, pour la sécurité, d'immobiliser la tringle 131 par rapport à la tige de commande 22. Ce dispositif est prévu à l'extrémité supérieure de ces deux organes au-dessus des mécanismes de commande 28. Les organes de liaison sont représentés sur la figure 4. La tige de commande coulisse dans un fourreau 151 sur l'extrémité duquel est fixé de façon amovible un chapeau 152 muni d'un évent 154.L'extrémité de la tringle 131 est munie de deux alésages perpendiculaires respectivement 156 et 158. Ces alésages sont susceptibles de recevoir une clavette 160 (représentée dans l'alésage 158) dont les extrémités pénètrent dans deux (162 et 164) parmi quatre trous régulièrement répartis et percés dans la tige guide 22. Selon l'alésage dans lequel la clavette 160 est introduite, la tringle 131 est solidarisée avec la tige guide 22 en position haute ou en position basse. L'extrémité de la tringle comporte un épaulement 166 susceptible de venir en contact avec la butée 168, ce qui facilite l-introduction de la clavette 160 dans l'alésage 156. L'extrémité de cette tringle comporte également un carré 170. En fonctionnement normal, on a vu que la bague 122 est en position haute. La vis 124 est donc également en position haute, et la clavette 160 est introduite dans l'alésage 158 comme sur la figure 4. Lorsqu'on veut procéder aux opérations de rechargement, comme on l'a déjà expliqué, on amène les barres de contrôle en position haute, on solidarise les crayons absorbants sur la plaque supérieure de la structure interne supérieure, on désolidarise les crayons absorbants des tiges de commande, on enlève le couvercle avec les tiges de commande, on enlève la structure interne supérieure sur laquelle sont fixés les crayons absorbants, et on procède au rechargement du coeur. Pour effectuer les premières opérations, on procède de la manière suivante - on enlève le chapeau 152. On extrait la clavette 160 de l'alésage 158. A l'aide d'un outillage manuel agissant sur le carré 170, on fait pivoter la tringle 131, ce qui provoque la rotation de la vis 124 et son abaissement. L'abaissement de la bague 122 qui en résulte désolidarise la tige 22 du pot 102 et solidarise au contraire les crayons absorbants avec la plaque 14 de la structure interne supérieure. On peut alors enlever le couvercle avec les- tiges de commande, puis la structure interne supérieure avec les crayons absorbants. Le coeur est alors accessible pour les opération s de rechargement en combustibles proprement dites. REVEND ICAT IONS 1. Procédé de chargement en combustible d'un réacteur nucléaire du type comportant une cuve fermée par un couvercle et qui contient des structures internes supérieures surmontant le coeur dudit réacteur et contenant des organes de guidage des barres de contrôle, lesdites barres de contrôle comportant une tige de commande et une pluralité de crayons absorbants, carac térisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes - on amène les barres de contrôle en position haute, et on solidarise les crayons absorbants avec la structure interne supérieure et on désolidarise par le même mouvement lesdites tiges desdits crayons ;; - on enlève le couvercle du réacteur et lesdites tiges de com mande - on enlève l'ensemble constitué par les crayons absorbants et la structure interne supérieure, et on le stocke - on remplace le combustible usé, et - on remet en place la structure interne supérieure et le couvercle. 2. Dispositif de rechargement d'un réacteur nucléaire du type comportant à l'intérieur d'une cuve de résistance à la pression fermée à sa partie supérieure par un couvercle, un coeur constitué par une pluralité d'assemblages combustibles verticaux et au-dessus dudit coeur une structure interne supérieure, ladite structure comprenant au moins une plaque dite "haute" reposant par sa périphérie sur un épaulement de ladite cuve, et une pluralité de tubes guides verticaux creux dans lesquels peuvent coulisser des barres de contrôle, chaque barre étant constituée par une pluralité de crayons absorbants reliés par une structure rigide à l'extrémité inférieure d'une tige de commande, ladite tige traversant la plaque dite haute par un orifice ménagé au droit de chaque tube guide et ledit couvercle, ledit dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite structure rigide comprend des membrures rayonnantes fixées sur un pot creux cylindrique ouvert à sa partie supérieure, ledit pot comportant dans sa paroi des orifices dans lesquels est placée une première série de billes aptes à faire saillie hors dudit pot et à pénétrer partiellement dans des encoches ménagées dans la plaque dite haute, en ce que ladite tige de corrinande est creuse et en ce qu'elle comprend à son extrémité inférieure pénétrant dans ledit pot des orifices dans lesquels est placée une deuxième série de billes aptes à faire saillie hors de ladite tige pour pénétrer partiellement dans des encoches ménagées dans la paroi interne dudit pot, et en ce q il comprend des moyens mobiles pour faire pénétrer alternativement les billes de la première série dans les encoches zorrespondantes solidarisant ainsi les crayons absorbants avec ladite structure interne supérieure et les billes de la deuxième série dans les encoches correspondantes solidarisant ainsi ladite tige de commande avec ledit pot. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens mobiles sont constitués par une bague dont la partie inférieure est apte à coulisser à l'intérieur dudit pot et dont la partie supérieure est apte à coulisser à l'intérieur de l'extrémité inférieure de la tige de commande, et des moyens de déplacements verticaux de ladite bague, la partie supérieure et la partie inférieure de ladite bague ayant un profil extérieur tel qu'elles jouent le rôle de came permettant le mouvement alternatif desdites billes. 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de déplacements verticaux sont constitués par une tringle verticale apte à coulisser et à tourner à l'intérieur de la tige creuse de commande et par une vis coopérant avec un taraudage ménagé à la partie inférieure dudit pot, l'extrémité inférieure de ladite bague reposant sur la face supérieure de ladite vis, ladite vis étant reliée en rotation à l'extrémité inférieure de ladite tringle.