Brevet FR2369657A1 — publié le 19780526

La présente invention est relative à un dispositif permettant de procéder au chargement du coeur diun réacteur nucléaire par des éléments combustibles, en évitant les erreurs de positionnement de ces éléments et notamment leur introduction dans le coeur dans des conditions susceptibles d'entraver des risques d'excursions nucléaires. L'invention s'applique plus particulièrement dans le cas d'un réacteur expérimental du type piscine, où le coeur, formé d'éléments combustibles et d'éléments de contrôle juxtaposés, convenablement répartis et supportés par une meme grille d'appui inférieure comprenant des logements d'encastrement des pieds de ces éléments, est immergé sous un volume d'eau approprié, jouant à la fois le rôle de modérateur de lténergie des neutrons produits par la réaction de- fission du combustible nucléaire et un role de protection de ltenvironnement extérieur, notamment de l'atmos phère au-dessus du niveau de l'eau dans la piscine. L'invention s'applique encore plus spécialement dans le cas d'un réacteur expérimental du genre ci-dessus, comportant une série d'éléments combustibles semblables, répartis autour de l'axe central du coeur de telle sorte que chaque élément combustible soit disposé entre deux éléments de contrôle, l'ensemble de ces éléments combustibles et de contrôle entourant une zone centrale constituant un réflecteur neutronique constitué par un élément en béryllium apte à être immobilisé sur la grille d'appui et présentant une section identique à celle des éléments du coeur. L'invention a surtout pour but d'éviter qu'au cours des opérations de chargement du coeur, c'est-à-dire lors de la mise en place dans celui-ci des éléments combustibles, un élément de contrôle ne puisse être introduit aux lieu et place d'un élément combustible ou vice-versa, les éléments combustibles ne pouvant en outre être c-hargés qu'une fois les éléments de contrôle déjà adaptés sur la grille de support. Par ailleurs, il importe que l'élément réflecteur central ne soit jamais monté après les éléments du coeur. On connaît déjà des dispositifs de détrompage, visant à personnaliser chaque élément combustible ou de contrôle, notamment au niveau de son pied s'engageant dans la grille de support, de façon à n'autoriser son engagement dans le logement correspondant de cette grille qu'à bon escient. De même, on a déjà prévu de donner à la tete de ces éléments des profils particuliers, différents de l'un à l'autre, de telle sorte qu'unie pince, grappin ou analogue, assurant la manutention de ces éléments, ne puisse pas saisir l'un pour l'autre ou inversement. Toutefois, dans es réalisations, l'expérience montre que des erreurs sont encore possibles, un opérateur non attentif pouvant substituer un élément combustible à un élément de controle ou bien inverser par erreur tordre de chargement, en introduisant par exemple les éléments combustibles avant la mise en place complète des éléments de controle. L'invention concerne un dispositif qui évite de tels i nconvénients. A cet effet, le dispositif considéré se caractérise en ce qutil comporte, monté au-dessus du coeur et parallèlement à la grille de support inférieure, une grille supérieure de détrompage, comprenant des ouvertures latérales pour l'introductlonr au droit de leurs emplacements dans le coeur, des éléments de contrôle et une ouverture centrale pour l'engagement un à un des éléments combustibles, le passage à travers cette ouverture centrale étant empêché par des verrous pivotants steffeçant sous effet de moyens d'actionnement portés par les éléments de contre de telle sorte que le chargement d'un élément combustible quelconque par engagement axial dans l'ouverçure centrale puis par déplacement transversal pour mise en place entre deux éléments de contrôle adjacents, ne puisse s'effectuer qu'une fois tous les éléments de contrôle préalablement introduits dans le coeur. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le coeur comporte quatre éléments de contrôle et quatre éléments combustibles, à section droite carrée, les éléments de contrôle étant disposés aux quatre coins d'un carré avec quatre éléments combustibles répartis aux milieux des côtés de ce carré, un dernier élément réflecteur étant disposé au centre du coeur. Dans ce cas, la grille de détrompage supérieure comporte quatre ouvertures à section carrée au droit des emplacements des éléments de contrôle et une ouverture centrale également de section carrée, orientée avec un décalage de 450 dans le plan de la grille pour le passage un à un des éléments combustibles. Selon une caractéristique particulière du dispositif considéré, chaque ouverture latérale ménagée dans la grille pour I1 introduction d'un élément de contrôle comporte une rainure de positionnement, coopérant à coulissement avec un pion porté par un côté de cet élément pour assurer une orientation angulaire appropriée de cet élément dans cette ouverture. Selon une autre caractéristique également, les verrous pivotant dans l'ouverture centrale sont constitués par des languettes, articulées chacune sur un axe transversal porté par la grille supérieure, pour se débattre dans une fente verticale, communiquant d'une part avec l'ouverture centrale et d'autre part avec une des ouvertures latérales rec-evant un élément de contrôle, chaque languette comportant d'une part un bec de butée formant saillie dans l'ouverture centrale sous 11 effet du pivotement de la languette commandée par un ressort, et d'autre part un talon formant saillie dans l'ouverture latérale correspondante, ce talon coopérant avec une came portée par élément de contrôle engagé dans cette ouverture latérale de façon à faire pivoter la languette à l'encontre du ressort et rétracter le bec de butée en libérant le passage dans l'ouverture centrale. Dans un mode de réalisation particulier, le ressort de rappel de chaque languette est un ressort en spirale, entourant l'axe de pivotement, ce ressort étant fixé d'une part à la grille de détrompage et d'autre part à la languette. Toutefois, d'autres types de ressort, à lame ou autre, pourraient également convenir. D'une façon générale, la manutention des éléments de contrôle et des éléments combustibles dans le coeur à travers la grille de détrompage, est réalisée au moyen d'une perche de manutention, permettant ltengagement de ces déments selon le sens vertical dans les ouvertures de la grille, les éléments combustibles après passage dans l'ouverture centrale, subissant une rotation puis une translation latérale pour mise en place finale entre deux éléments de contrôle adjacents. Avantageusement, les éléments combustibles et les éléments de contrôle comportent un pied de positionnement dans la grille de support inférieure comportant des pions ou fentes d'orientation par rapport à ladite grille, le pion de l'élément de contrôle jouant le rôle d'organe sinter~ diction pour le déchargement préalable de ce dernier. D'autres caractéristiques d'un dispositif apte à éliminer les erreurs de chargement d'un réacteur nucléaire du genre considéré, apparaîtront encore à travers la description qui suit d'un exemple de réalisation, donné à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels r les Fig. 1, 2 et 3 sont des vues schématiques de dessus de la grille de détrompage, illustrant la structure générale du coeur du réacteur et la mise en place dans celui-ci des éléments de contrôle et des éléments combustibles, - la Fig. 4 est une vue en coupe transversale à plus grande échelle, illustrant plus spécialement le détail de la réalisation de la grille de détrompage et notamment des moyens de verrouillage qu'elle comporte, - la Fig. 5 est une vue en coupe axiale partielle de la grille de détrompage, selon la ligne V-V de la Fig. 4, illustrant le fonctionnement des languettes de verrouillage selon la position des éléments de contrôle dans leurs logements respectifs, - la Fig. 6 est une vue de détail des moyens de verrouillage, interdisant l'enlèvement d'un élément de contrôle quand l'un au moins des éléments combustibles est encore en place. Sur les Fig. 1 à 3, la référence 1 désigne de façon générale, le coeur d'un réacteur nucléaire d'essais, du type piscine, formé d'un assemblage d'éléments combustibles et de contrôle convenablement groupés côte à côte avec leur axe vertical et reposant par leurs extrémités inférieures sur une grille de support (non illustrée sur les dessins). Selon l'invention, le coeur t du réacteur est surmonté par une grille de détrompage 2, comportant une série d'ouvertures de passage, respectivement 3, 4, 5 et 6 dans exemple de réalisation considéré, où elles sont au nombre de quatre, pour la mise en place dans ce coeur d'éléments de contrôle, schématiquement représentés et désignés sous les références a, b, c et d. Dans la structure de coeur considérée, ces éléments de contrôle sont répartis aux quatre coins d'un carré et présentent eux~mêmes une section droite carrée, le coeur étant formé en disposant parmi ces éléments de contrôle quatre éléments combusti bles, dont un seul apparaît sur le dessin de la Fig. 1 sous la référence A. Ces éléments combustibles sont notamment prévus pour venir se placer entre les éléments de contrôle sous des parties ajourées, respectivement 7, 8, 9 et 10, ménagées dans la grille 2 mais dont les dimensions sont telles que l'élément combustible A ne puisse être directement mis en place à travers elles. Un élément réflecteur R placé au centre du coeur est engagé également par le passage central de la grille de détrompage, préalablement à tout autre chargement, et est vissé à demeure sur la grille. Pour assurer dès lors l'introduction des éléments combustibles, notamment leur engagement un à un dans le coeur et leur translation jusqu'à leurs emplacements sous les parties ajourées 7 à 10, la grille supérieure 2 comporte dans l'angle de chacun des emplacements 3 à 6 réservés aux éléments de contrôle, des parties en projection Il, agences pour délimiter entre elles une ouverture de passage centrale 12, de forme carrée et dont les dimensions transversales sont cette fois légèrement supérieures à celles de l'éléments combustible A.Le passage ainsi offert à élément A au-dessus de élément R, est avantageusement orienté à 450 dans le plan de la grille 2 par rapport à la direction des côtés des emplacements 3 à 6 réservés aux éléments de contrôle, l'introduction d'un élément A s'effectuant dès lors comme il ressort de ltexamen comparé des Fig. 1 à 3. L'élément A est d'abord présenté au droit de l'ouverture centrale 12 dans la grille 2 avec une orientation à 450 convenable (Fig. 1) pour permettre son déplacement axial de haut en bas dans cette ouverture et son engagement dans l'axe du coeur. Dans la phase suivante, illustrée sur la Fig. 2, l'élément combustible introduit dans le coeur, est pivoté autour de son axe vertical de 450 pour venir dans la position schématisée en A' sur cette figure Enfin, dans la phase finale, l'élément combustible subit une translation latérale pour venir occuper la position A" sur la Fig. 3 avant d'être finalement descendu pour se placer entre deux éléments de contrôle voisins. La mme opération est répétée pour les trois autres éléments combustibles venant occuper les emplacements restants dans le coeur, situés sous les parties ajourées. L'élément central R, déjà monté, peut servir de butée aux éléments A pour la rotation en A', avant translation en A" et descente en position finale. Sur les dessins des Fig. 1 à 3, les éléments de contrôle schématisés sous les références a, b, c, et d,ont été représentés sous la forme de boîtiers ouverts à section carrée, contenant un matériau absorbant sous forme de plaques, tiges, barres ou autres, le détail de la réalisation n'étant pas figuré. Le combustible des éléments A peut également se présenter sous forme de plaques, tiges ou autres, ces dispositions étant en elles-m8mes sans influence sur l'objet précis de l'invention. En se référant alors plus spécialement à la Fig. 4, on voit, à plus grande échelle, le détail de la réalisation des moyens qui permettent d'éviter la mise en place d'un élément combustible A dans le coeur avant que ce dernier ne soit préalablement chargé avec la totalité des éléments de contrôle a, b, c et d, ceci dans le but d'éviter toute excursion nucléaire, préjudiciable à la sécurité du réacteur et à la sûreté de son environnement A cet effet et conformément à l'invention, les éléments de contrôle a à d comportent, sur un au moins de leurs cotés latéraux, un pion de guidage 13, apte à coopérer avec une rainure 14 prévue dans la grille de détrompage 2, les arêtes de chaque élément de contrôle, situées de part et d'autre de ce pion de guidage 13, étant munies de deux cames 15 immobilisées contre le boîtier de ces éléments par des axes ou rivets 16. Ces cames 15 font saillie vers l'extérieur des éléments a à d, l'une au moins de ces cames, opposées aux parties 11 de la grille 2 qui délimitent l'ouverture centrale 12, coulissant dans un logement longitudinal 17 prévu dans cette même grille. La seconde came 15 coulisse dès lors dans une rainure transversale 18, ménagée dans la partie 11 correspondante, cette came étant notamment prévue pour coopérer avec des verrous pivotants 19, montés dans la même fente -18. Selon l'invention, ces verrous sont destinés à obturer l'ouverture centrale de passage 12 pour empêcher l'engagement dans le coeur d'un élément combustible avant que tous les éléments de contre a à d ne soient mis en place dans leurs logements respectifs 3 à 6. Sur la Fig. 5, on voit plus en détail la réalisation pratique de ces verrous pivotants 19, se présentant chacun sous la forme d'une languette plate, articulée autour d'un axe 20 monté dans un alesage 21 prévu dans la grille 11. Ces languettes mmportent à leur extrémité supérieure un bec 22 faisant saillie vers l'intérieur de l'ouverture centrale 12 de manière à constituer une butée d'arrêt pour un épaulement 23 prévu à l'extrémité du corps de l'élément combustible A, à la jonction de celui-ci avec son pied intérieur 24. Ce dernier comporte une fente 25 de positionnement et de guidage dans la grille inférieure du réacteur non représenté ici.Chaque languette 19 est en permanence repoussée dans la fente 18 de manière à faire saillir le bec 22 dans ltouverture 12 grâce à un ressort en spirale 26 par exemple, disposé autour de l'axe 20 et solidarisé à une extrémité de la grille 2 et à l'autre de la languette 19. A son extrémité opposée au bec 22, chaque languette comporte enfin un talon 27, dirigé vers le logement 3 à 6 correspondant et débordant dans celui-ci. Le fonctionnement du dispositif de détrompage selon l'invention se déduit aisément de la description qui précède. Lorsque le coeur ne comporte aucun élément de contrôle, les quatre languettes de verrouillage 19 sont pivotées vers de l'ouverture centrale 12 avec leurs becs 22 faisant saillie dans celle-ci, ce qui empêche l'introduction de tout élément combustible A dans le coeur selon le processus de mise en place décrit précédemment en référence aux Fig. I à 3. En revanche, chacune de ces languettes 19 est amenée à pivoter en stescamotant à l'intérieur de la fente 1 8 au fur et à mesure de la mise en place dans les logements 3 à 6, des éléments de controle a à d. Sur la Fig. 5 notamment, on peut voir, selon deux coupes axiales situées respectivement à gauche et à droite du dessin, correspondant aux logements 3 et 5 des éléments de controle a et c, comment se réalise le pivotement des languettes 19. Sur la partie gauche, l'élément de controle a est représenté avant son engagement dans le logement 3, la languette 19 étant pivotée vers l'intérieur de couverture centrale 12, son bec 22 formant butée d'arrêt pour l'élément A. Par contre, pour l'élément de contrôle b, représenté engagé dans son logement 4, la came 15 en coulissant dans la fente 18 a repoussé le talon 27 de la languette 19 en rétractant cette dernière vers l'intérieur de la fente 18 à l'encontre du ressort 26 et en libérant ainsi 13 passage dans l'ouverture centrale 12. Grâce à ces dispositions, on voit que l'ouverture centrale 12 par laquelle sont introduits dans le coeur les différents éléments combustibles, ne peut être convenablement et entièrement libérée qu'une fois les quatre éléments de contrôle a à d mis en place, avec pivotement dans le sens convenable des quatre languettes de verrouillage îc. En fin d'opérations, le coeur est définitivement chargé avec ses quatre éléments de contrôle et ses quatre éléments combustibles, tous ces éléments ayant leurs pieds engagés dans la grille inférieure de support qui peut avantageusement comporter un dispositif de verrouillage de ltensemble de ces éléments. La Fig. 6 illustre un tel dispositif, consistant essentiellement en un pion 28 porté par le pied d'un élément de contrôle a par exemple, coopérant avec une fente 29 de la grille inférieure 30, la position de ce pion montrant que cet élément a ne peut etre enlevé qu'après retrait de l'élément combustible A adjacent, une telle disposition étant bien entendu retenue pour tous les autres éléments. De même, le déchargement de l'élément réflecteur central R est empêché pour des raisons neutroniques, grâce à la présence de bossages (non représentés) prévus sur ;la tête des éléments combustibles A déjà en place. Les manoeuvres de déchargement sont effectuées en sens exactement inverse de celles du chargement, décrites ci-dessus, les pieds des éléments combustibles empêchant en particulier, comme indiqué plus haut, l'enlèvement d'un élément de contrôle alors que ces éléments combustibles sont encore en place. Dans tous les cas de chargement ou de déchargement, on utilise de préférence une perche de manoeuvre (non représentée) qui permet de mettre en place chaque élément de contrôle en s'assurant que la fourchette inférieure est bien descendue dans la zone du coeur correspondante, les rotations et translations des éléments combustibles étant réalisées à l'aide d'une autre perche classique de manutention. De meme, le déchargement préalable de l'élément réflecteur R est empêché, pour des raisons neutroniques, par la présence des bossages prévus sur la tête des éléments combustibles. Bien entendu, il va de soi que l'invention ne se limite pas à l'exemple de réalisation plus spécialement décrit et représenté ci-dessus ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 Dispositif pour éliminer les erreurs de chargement dans un réacteur nucléaire, notamment du type piscine, comportant des éléments de contrôle et des éléments combustibles juxtaposés, supportés par une même grille d'appui inférieure comprenant des logements d'encastrement des pieds des ces éléments, caractérisé en ce qu'il comporte, monté au-dessus du coeur et parallèlement à la grille de support inférieure, une grille supérieure de détrompage, comprenant des ouvertures latérales pour l'introduction, au droit de leurs emplacements dans le coeur, des éléments de contre et une ouverture centrale pour ltengagement un à un des éléments combustibles, le passage à travers cette ouverture centrale étant empêché par des verrous pivotants s'effaçant sous l'effet de moyens d'actionnement portés par les éléments de contrôle de tale sorte que le chargement diun élément combustible quelconque par engagement axial dans l'ouverture centrale puis par déplacement transversal pour mise en place entre deux éléments de contrôle adjacents, ne puisse s'effectuer qu'une fois tous ces éléments de contrôle préalablement introduits dans le coeur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le coeur comporte quatre éléments de controle et quatre éléments combustibles, à section droite carrée, les éléments de con trolle iSridiSposçs aux quatre coins d'un carré avec quatre éléments combustibles répartis aux milieux des côtés de ce carré, un cinquième élément de même profil étant disposé au centre du coeur et constituant un élément réflecteur. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la grille de -détrompage supérieure comporte quatre ouvertures à section carrée au droit des emplacements des éléments de contrôle et une ouverture centrale également de section carrée, orientée avec un décalage de 450 dans le plan de la grille pour le passage un à un des éléments combustibles. 4, Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque ouverture latérale ménagée dans la grille pour l'åntroduction d'un élément de contre comporte une rainure de positionnement, coopérant à coulissement avec un pion porté par un cBtE de cet élément pour assurer une orientation angulaire appropriée de cet élément dans cette ouverture. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les verrous pivotant dans l'ouverture centrale sont constitués par des languettes, articulées chacune sur un axe transversal porté par la grille supérieure, pour se débattre dans une fente verticale, communiquant d'une part avec l'ouverture centrale et d'autre part avec une des ouvertures latérales recevant un élément de contrôle, chaque languette comportant d'une part un bec de butée formant saillie dans l'ouverture centrale sous l'effet du pivotement de la languette commandée par un ressort, et d'autre part un talon formant saillie dans l'ouverture latérale correspondante, ce talon coopérant avec une came portée par l'élément de contrôle engagé dans cette ouverture latérale de façon à faire pivoter la languette à l'encontre du ressort et rétracter le bec de butée en libérant le passage dans l'ouverture centrale. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la manutention des éléments de contrôle et des éléments combustibles dans le coeur à travers la grille de détrompage, est réalisée au moyen d'une perche de manutention, permettant 'engagement de ces éléments selon le sens vertical dans les ouvertures de la grille, les éléments combustibles après passage dans l'ouverture centrale, subissant une rotation puis une translation latérale pour mise en place finale entre deux éléments de contrôle adjacents.