Brevet FR2344930A1 — publié le 19771014

La présente invention est relative à un réacteur nucléaire à sel combustible fondu. Plus précisément, cette invention concerne un réacteur nucléaire à sel combustible fondu comportant une disposition nouvelle destinée à permettre son arrêt en toute sécurité. Pour un réacteur nucléaire du type précité, 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 7et 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 connaît au moins deux concepts 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, l'échangeur 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 I'intérieur d'une cuve unique contenant le coeur dudit réacteur. On sait qu'un réacteur nucléaire à sel combustible fondu peut aisément être arrêté, compte-tenu de la fluidité du sel combustible, par la simple vidange du circuit primaire dans une capacité ot les conditions neutroniques nécessaires au développement de la réaction en channe n' existent plus. Ainsi, selon les dispositions connues de l'art antérieur, le circuit primaire d'un tel réacteur est relié par l'intermé- diaire d'un conduit muni d'un moyen d'obturation à une capacité qui, susceptible de contenir tout le sel primaire dudit circuit, est située plus bas que ce dernier. Cependant, de telles dispositions ne permettent pas d'arrêter de façon sûre un réacteur nucléaire à sel combustible fondu puisqu'elle nécessite une "action positive" engendrant par exemple l'ouverture d'une vanne de vidange maintenue à une température suffisante pour que le sel ne s'y fige pas. La présente invention a précisément pour objet un réacteur nucléaire à sel combustible fondu comportant une disposition nouvelle permettant son arrêt en toute sécurité. Le réacteur nucléaire à sel combustible fondu objet de la présente invention, muni d'un circuit primaire de sel com- bustible fondu comportant notamment le coeur dudit réacteur, se caractérise en ce qu'il comporte a) une capacité étanche ayant un volume sensiblement supérieur à celui du sel fondu dudit circuit et disposée de façon telle que le niveau du sel fondu, lorsque la totalité du sel dudit circuit est contenue dans ladite capacité, soit inférieur à celui de la base du coeur b) des moyens d'établissement et de maintien d'une pression de gaz inerte dans la capacité au-dessus du sel fondu c) des moyens d'échappement du gaz comprimé d) des moyens de raccordement de la capacité au circuit primaire débouchant dans ladite capacité à un niveau inférieur au niveau du sel fondu et permettant l'entrée ou la sortie de sel fondu de la capacité selon la pression du gaz inerte. Un tel réacteur a notamment l'avantage de pouvoir être arrêté de façon sûre puisque la vidange du circuit primaire résulte non plus d'une "action positive" mais de la suppression d'une disposition indispensable pour le fonctionnement du réacteur constituée par l'établissement de ladite pression de gaz inerte dans ladite capacité. Selon l'invention, pour un réacteur nucléaire à sel combustible fondu intégré pour lequel le circuit primaire est contenu dans une cuve unique contenant le coeur, ladite capacité est de préférence constituée soit par une chambre ménagee dans la partie inférieure de ladite cuve, soit par une enceinte raccordée de façon étanche à la partie inférieure de ladite cuve. D'autre part, selon l'invention pour un réacteur nucléaire à sel fondu "d boucles externes" pour lequel la partie du circuit primaire externe au coeur est située à l'extérieur de la cuve le contenant, ladite capacité est constituée par une enceinte étanche intercalée dans ledit circuit en amont dudit coeur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation de réacteurs nucléaires à sel combustible fondu, "intégré et "à boucles externes", conformes à l'invention, ces exemples étant donnes à titre illustratif mais nullement limitatif. Cette description sera faite au regard des figures annexées sur lesquelles - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un réacteur nucléaire intégré à sel combustible fondu d'un type connu ; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un réacteur nucléaire intégré selon une première variante de réalisation de l'invention - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un réacteur nucléaire intégré selon une deuxième variante dq réa- lisation de l'invention ; - la figure 4 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un réacteur nucléaire à sel combustible fondu selon l'invention du type dit " boucles externes". Le réacteur à sel combustible fondu schématisé sur la figure 1, comporte à l'intérieur d'une enceinte externe 2 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. La cuve 4 contient le coeur 10 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 10, des échangeurs tels que 18 et des pompes de mise en circulation dudit sel telles que 20. Ainsi, le sel combustible fondu débouche, après traversée du coeur 10, dans la partie supérieure de ladite cuve 4 ot 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. 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 nucléaire intégré à sel combustible fondu conforme à une première variante de réalisation de l'invention. Pour ce réacteur, les composants constituant déjà le réacteur nucléaire d'un type connu représenté sur la figure 1 seront désignés par des références identiques à celles qui ont été adoptées sur cette figure. On voit sur la figure 2 qu'une chambre annulaire 24 est ménagée dans la partie inférieure de ladite cuve 4 autour des structures 26 de supportage du coeur 10, des orifices 27 étant ménagés dans la partie supérieure de ladite chambre 24 pour la mise en place des pompes 20 munies de divergents 28 raccordés de façon étanche aux bords libres desdits orifices 27. Pat ailleurs, ladite chambre 24 est mise en communication avec ledit coeur 10 par un passage annulaire 30 délimité par la paroi latérale desdites structures 26 et une virole 32. Selon la caractéristique essentielle de l'invention, ladite chambre 24 est reliée par un conduit 34 débouchant dans sa partie supérieure à un circuit (non représenté) de maintien au-dessus de la surface libre 36 du sel combustible d'une pression donnée de gaz inerte, de préférence d'hélium. La valeur de cette pression d'hélium est fixée de façon à établir ladite surface libre 36 à un niveau Nf tel que le sel combustible puisse "baigner" la totalité du circuit primaire et ainsi être mis en circulation par les pompes 20 à travers ledit coeur 10, les bords libres inférieurs de ladite virole 32 et des divergents 28 étant situés à un niveau inférieur audit niveau Nf. Par ailleurs, on précise que ladite chambre 24 est telle qu'elle puisse contenir la totalité du sel combustible en circulation dans ledit réacteur en étant rempli jusqu'! un niveau No inférieur à celui de la base du coeur 10. Ainsi, compte-tenu des caractéristiques précitées de ladite chambre 24, le réacteur schématisé sur la figure 2 est mis en service en établissant dans ladite chambre 24 remplie initialement de sel combustible jusqu'au niveau Ng une pression de gaz inerte telle que la surface libre 36 du sel combustible soit amenée au niveau Nf et il est arrêté par la simple suppression de la pression précitée. Sur la figure 3, on a représenté un réacteur nucléaire intégré à sel combustible fondu conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention. Ce réacteur comporte une enceinte 38 raccordée de façon étanche au fond de ladite cuve 4 et reliée au coeur 10 par un conduit 39. Selon la caractéristique essentielle de l'invention, ladite enceinte 38 est également reliée par un conduit 40 débouchant dans sa partie supérieure à un circuit (non représenté) de maintien au-dessus de la surface libre 42 du sel combustible contenu dans ladite enceinte 38 d'une pression donnée de gaz inerte, de préférence d'hélium. La valeur de cette pression d'hélium est fixée de façon à établir ladite surface libre 42 à un niveau Nf tel que la circulation de sel combustible dans la cuve 4 à travers le coeur 10, les échangeurs 18 et les pompes 20 puisse être établie. Le fonctionnement de ce réacteur est identique à celui qui est représenté sur la figure 1, ladite enceinte 38 pouvant contenir tout le sel combustible mis en circulation dans la cuve 4 jusqu'à un niveau. On peut envisager un autre mode de réalisation non représenté d'un tel réacteur selon lequel la capacité n'est pas accolée au fond de la cuve. Sur la figure 4, on a représenté un réacteur nucléaire à sel fondu du type dit "à boucles externes". On reconnait sur cette figure les composants du circuit primaire de ce réacteur "à boucles externes", à savoir le coeur 44, la pompe 46 et l'échangeur primaire 48, la pompe 46 étant placée sur la tuyauterie "chaude" 50 reliant la sortie dudit coeur 44 à l'entrée dudit échangeur 48. Selon la caractéristique essentielle de l'invention, ledit échangeur 48 est relié à l'entrée dudit coeur 44 par l'intermédiaire d'une enceinte 52 disposée au-dessous dudit coeur 44 et reliée par le conduit 54 à un circuit (non représenté) de maintien au-dessus de la surface libre 56 du sel combustible dans ladite enceinte 52, d'une pression donnée de gaz inerte, de préférence d'hélium. La valeur de cette pression est fixée de façon à établir ladite surface libre 56 à un niveau Nf tel que la circulation de sel combustible puisse être établie à travers le coeur 44, la pompe 46 et l'échangeur 48. I1 va de soi que la sortie dudit échangeur 48 est reliée à ladite enceinte 52 par une tuyauterie 58 débouchant dans ladite enceinte 52 à un niveau inférieur au niveau Nf et que ladite enceinte 52 est mise en communication avec ledit coeur 44 par un conduit 60 dont l'extrémité inférieure est située plus bas que le niveau Nf. On peut également envisager de relier l'échangeur à l'entrée du réacteur par une tuyauterie 61, l'en- ceinte 52 étant connectée au circuit par la tuyauterie 60. Le fonctionnement de ce réacteur " boucles externes" est identique à celui des réacteurs intégrés des figures 2 et 3, l'enceinte 52 pouvant contenir la totalité du sel combustible du circuit primaire jusqu'! un niveau REVENDICATIONS 1. Réacteur à sel combustible fondu, muni d'un circuit primaire d'échange de chaleur de sel combustible fondu comprenant notamment le coeur du réacteur caractérisé en ce qu'il comporte a) une capacité étanche ayant un volume sensiblement supérieur à celui du sel fondu dudit circuit et disposée de façon telle que le niveau du sel fondu, lorsque la totalité du sel dudit circuit est contenue dans ladite capacité, soit inférieur à celui de la base du coeur. b) des moyens d'établissement et de maintien d'une pression de gaz inerte dans la capacité au-dessus du sel fondu c) des moyens d'échappement du gaz comprimé ; d) des moyens de raccordement de la capacité au circuit primaire débouchant dans ladite capacité à un niveau inférieur au niveau du sel fondu et permettant l'entrée ou la sortie du sel fondu de la capacité selon la pression du gaz inerte. 2. Réacteur nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit gaz inerte est de l'hélium. 3. Réacteur nucléaire selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, pour lequel ledit circuit est contenu dans une cuve unique contenant ledit coeur, caractérisé en ce que ladite capacité est constituée par une chambre annulaire ménagée dans la partie inférieure de ladite cuve autour des structures de supportage dudit coeur. 4. Réacteur nucléaire selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, pour lequel ledit circuit est contenu dans une cuve unique contenant ledit coeur, caractérisé en ce que ladite capacité est constituée par une enceinte raccordée de façon étanche au fond de ladite cuve. 5. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, pour lequel ledit circuit est situé à l'extérieur de la cuve contenant ledit coeur, caractérisé en ce que ladite capacité est constituée par une enceinte connectée audit circuit en amont dudit coeur. 6. Réacteur selon l'une quelconque des revendications I à 5, pour lequel a) la mise en fonctionnement nécessite l'établissement et le maintien d'une pression de gaz dans ladite capacité b) l'arrêt de secours se fait par la suppression de ladite pression dans ladite capacité.