Brevet FR2344931A1 — publié le 19771014

La présente invention est relative au traitement du combustible d'un réacteur nucléaire à sel combustible fondu et concerne plus précisément l'extraction de produits gazeux de fission préser-csdans ledit sel fondu. Dans un réacteur nucléaire à sel combustible fondu, le combustible, généralement constitué par du fluorure de plutonium ou d'uranium ou encore par un mélange de fluorures d'uranium et de thorium, dissous dans des fluorures de lithium 7 et de béryllium, est utilisé également comme fluide caloporteur. De ce fait, dans ce type de réacteur nucléaire , le sel combustible fondu est mis en circulation dans un circuit primaire comportant le coeur dudit réacteur et un échangeur de chaleur primaire entre le sel combustible et un autre sel fondu, dit sel tampon qui échange à son tour ses calories dans un circuit secondaire comprenant un générateur de vapeur. Actuellement, on connait deux types de réacteurs nucléaires à sel combustible fondu respectivement qualifiés par la suite de réacteur "à boucles externes et de réacteur intégré. Pour un réacteur nucléaire à sel combustible fondu du type dit "à boucles externes", les trois composants essentiels du circuit primaire à savoir, le coeur du réacteur, líéchangeur primaire et les pompes de mise en circulation du combustible sont réunis par des tuyauteries, la partie dudit circuit externe au coeur formant une ou plusieurs boucles externes à la cuve contenant ledit coeur. Pour un réacteur nucléaire intégré, l'ensemble du circuit primaire est contenu à l'intérieur d'une cuve unique contenant le coeur dudit réacteur. On sait que dans un réacteur ç ucléaire à sel combustible fondu, les réactions de fission produisent des gaz radioactifs qu'il convient d'éliminer tels que notamment le tritium et le xénon 135. En effet, le tritium peut, en diffusant à travers les parois de l'échangeur primaire, être à l'origine d'une contamination notable par exemple du circuit vapeur et le xénon 135 diminue la réactivité du réacteur du fait de son pouvoir absorbant élevé vis à vis des neutrons. Selon les procédés connus de l'art antérieur, ces gaz de fission sont habituellement extraits par mise en contact du sel combustible avec de l'hélium dans le corps de la pompe et purge de cet hélium. De tels procédés ont l'inconvénient de ne pas permettre un dégazage approprié du sel combustible, inconvénient en partie dO au fait que l'extraction des gaz de fission est effectuée en un point du circuit primaire où le sel combustible est soumis à la pression maximum favorable à la solubilité des gaz de fission dans ledit sel. La présente invention a précisément pour objet un procédé d'extraction des gaz de fission du sel combustible d'un réacteur nucléaire à sel combustible fondu permettant de pallier l'inconvénient précité des procédés de l'art antérieur. Le procédé d'extraction, selon l'invention, des produits de fission du combustible d'un réacteur nucléaire à sel combustible fondu dont le circuit primaire comporte le coeur du réacteur, au moins une pompe de mise en circulation du sel et au moins un échangeur de chaleur, se caractérise en ce qu'on établit, dans la partie supérieure d'une enceinte étanche intercalée dans ledit circuit primaire de façon à être partiellement remplie par ledit sel combustible, une dépression susceptible d'engendrer le dégazage dudit sel combustible. Le procédé tel que caractérisé ci-dessus tire avantageusement profit de la faible tension de vapeur du combustible d'un réacteur nucléaire à sel combustible fondu. En effet, en raison de la faible valeur de cette tension de vapeur généralement inférieure à 0,1 mm de Hg à 7000C, on peut établir une dépression importante sur le sel combustible fondu sans entraîner son évaporation et assurer ainsi un dégazage satisfaisant de ce dernier. De préférence, cette dépression correspond à un vide de l'ordre de I00 mm de Hg. D'autre part, selon l'invention, ladite enceinte dans laquelle est établie, au-dessus du sel combustible, ladite dépression, est de préférence située, dans ledit circuit primaire, en amont dudit échangeur. Ainsi, l'efficacité de ladite dépression pour le dégazage est accrue compte-tenu de la température élevée dudit sel. De plus, la pression partielle du tritium dans l'é- changeur est considérabiement réduite, ce qui diminue sa diffusion vers le circuit secondaire. Par ailleurs, selon l'invention, ladite enceinte est de préférence placée, dans ledit circuit primaire, en amont due ladite pompe puisque la solubilité des gaz de fission dans le sel diminue avec la pression de ce dernier. Pour l'extraction des produits de fission du sel combustible d'un réacteur intégré, le procédé de l'invention se caractérise en ce qu'on dégaze le sel dans une chambre ménagée dans la partie supérieure de la cuve contenant l'ensemble du circuit primaire de sel. Pour l'extraction des produits de fission du combustible d'un réacteur à sel fondu à boucles externes", le procédé de l'invention se caractérise en ce qu'on dégaze le sel dans une capacité montée sur ledit circuit primaire de sel. Selon une disposition particulière de l'invention, on établit dans l'enceinte ladite dépression au-delà d'une barrière poreuse perméable aux gaz à éliminer, par exemple à base d'un matérr riau carboné appartenant au groupe des graphites à pores fins, comme indiqué dans le brevet français PECHINEY UGINE KUHLMANN CARBONE LORRAINE du 2B février I974 nO 74.06.755 et intitulé "Procédé d'ex- traction des gaz produits au cours du fonctionnement d' un réacteur nucléaire à sel fondu". D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'exemples de mise en oeuvre du procédé respectivement donnés à titre illustratif mais nullement limitatif, pour un réacteur nucléaire à sel fondu intégré et un réacteur "à boucles externes". Cette description sera faite au regard des figures schématiques annexées sur lesquelles - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un réacteur intégré à sel combustible fondu - 1a figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale partielle du réacteur selon la figure 1, muni des dispositions requises pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention - la figure 3 est une vue schématique d'un réacteur "à boucles externes" muni des dispositions requises pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Le réacteur intégré à sel combustible fondu schématisé sur la figure 1 comporte, à l'intérieur d'une enceinte externe2 de protection en béton, une cuve cylindrique 4 suspendue par sa partie supérieure à une dalle de fermeture 6 reposant sur une portée d'appui 8 de ladite enceinte 2. Cette cuve 4 contient le coeur IO supporté par une sole 12 et entouré d'un réflecteur 14 ainsi que l'ensemble du circuit primaire de sel combustible fondu comportant ledit coeur IO, des échangeurs tels que 18 et des pompes de mise en circulation dudit sel telles que 20. A Ainsi, le sel combustible fondu débouche, après traversée du coeur IO, dans la partie supérieure de ladite cuve 4 où il se répartit dans la région périphérique annulaire contenant lesdits échangeurs 18 à la sortie desquels il est refoulé par les pompes 20 à l'entrée du coeur IO. On peut noter que les parties de la cuve 4 non utiles à la circulation du sel combustible sont remplies par un matériau inerte 22 limitant le volume global de la cuve 4 mise en jeu. Sur la figure 2, on a représenté un réacteur à sel fondu intégré permettant la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Les composants de ce réacteur constituant déjà le réacteur de la figure 1, seront désignés par des références identiques à celles qui ont été adoptées pour cette figure. Sur la figure 2, on voit que la surface libre 24 du sel combustible se répartissant à la sortie du coeur IO, en amont des échangeurs tels que 18, dans la partie supérieure de la cuve 4, est surmontée de chambres étanches telles que 26. Selon la caractéristique essentielle de l'invention, ladite chambre 26 est en communication, par un conduit 32 avec un dispositif (non représenté) permettant de faire le vide dans ladite chambre 26, ledit conduit 32 débouchant dans cette dernière au-dessus de la surface libre 24 du sel combustible. Ainsi, grace à l'établissement dans ladite chambre 26 d'un vide, inférieur à la tension de vapeur du sel, ce dernier est ainsi dégazé de façon satisfaisante avant son passage dans l'échangeur 18. Sur la figure 3, on a schématisé un réacteur nucléaire à sel fondu du type dit "à boucles externes" pour lequel le coeur 34, l'échangeur 36 et la pompe.38 sont réunis par des tuyauteries 40 et 42. Pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, une capacité 44 est montée sur la tuyauterie 40 par laquelle le sel combustible est envoyé, après traversée du coeur 34, dans l'échan- geur 36 et ceci de façon telle que ladite capacité 44 soit, au cours du fonctionnement du réacteur, partiellement remplie jusqu'au niveau 46 de sel combustible. Cette capacité 44 est reliée par un conduit 48 à un dispositif permettant de faire le vide dans ladite capacité 44 au-dessus du niveau 46 de sel combustible. Ainsi, le sel combustible du réacteur est dégazé lorsqu'il passe dans ladite capacité 44 grâce à l'établissement dans cette dernière d'un vide inférieur à la tension de vapeur du sel combustible. On rappelle que pour un tel réacteur, la pompe 38 peut être placée soit dans la tuyauterie "chaude" 40, soit dans la tuyauterie "froide't 42. On peut noter qu'il est préférable que la pompe soit placée dans la tuyauterie 42 en aval de l'échangeur afin que ce dernier ne soit pas soumis à la pleine pression de refoulement de la pompe, ce qui favoriserait le diffusion à travers les parois de l'échangeur du tritium non éliminé. REVENDICATIONS Procédé d'extraction des produits de fission gazeux du sel combustible d'un réacteur nucléaire à sel combustible fondu dont le circuit primaire de sel combustible fondu comporte le coeur dudit réacteur, au moins une pompe de mise en circulation dudit sel combustible et au moins un échangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'on établit, dans la partie supérieure d'une enceinte étanche intercalée dans ledit circuit primaire de façon à être partiellement remplie par ledit sel combustible, une dépression susceptible d'engendrer le dégazage dudit sel combustible. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite enceinte est placée, dans ledit circuit primaire, en amont dudit échangeur. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite enceinte est placée, dans ledit circuit primaire, en amont de ladite pompe. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce que ladite dépression correspond à un vide relativement poussé. 5. Procédé selon 1' une quelconque des revendications 1 à 4 pour un réacteur nucléaire à sel combustible fondu pour lequel l'ensemble dudit circuit est contenu dans une cuve unique contenant le coeur, caractérisé en ce que ladite enceinte est constituée par une ou plusieurs chambres ménagées dans la partie supérieure de ladite cuve. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 pour un réacteur nucléaire à sel combustible fondu pour lequel la portion dudit circuit comprise entre la sortie et l'entrée dudit coeur est à l'extérieur de la cuve contenant ce dernier, caractérisé en ce que ladite enceinte est constituée par une capacité montée sur ledit circuit primaire. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on établit ladite dépression au-delà d'une barrière poreuse perméable aux gaz.