Brevet FR2384327A1 — publié le 19781013

L'invention a pour objet un emballage du genre de ceux-qui sont destinés au transport des éléments combustibles irradiés de l'industrie nucléaire et dans lesquels l'élimination de la chaleur entre lesdits éléments et le blindage gamma est assurée par conduction thermique et rayonnement sans avoir recours à un liquide. Les susdits éléments combustibles se présentent généralement sous forme de prismes d'une. longueur de 4 à 5 mètres. Pour le transport de ces éléments combustibles, les emballages du genre en question comportent la plupart du temps une pluralité de -logements individuels destinés à recevoir lesdits éléments. Ces logements in-dividuels peuvent être délimités par des parois en acier inoxydable et être inclus dans le blindage contre les rayonnements gamma qui est notamment en plomb, acier ou uranium. Il est également possible que lesdits logements individuels soient prévus dans une structure du type panier ou casier amovible établie en acier inoxydable, aluminium ou cuivre, disposée dans une cavité interieure de l'emballage dont la paroi constitue le susdit blindage contre. les rayonnements gamma. Dans les deux cas des éléments de poison neutronique, notamment sous forme d'aiguilles ou de plaques amovibles ou fixes, ou encore du poison neutronique sous forme dispersée sont prévus aux endroits convenables. Les emballages du genre en question qui existent déjà ne sont plus satisfaisants, par suite deys problèmes de contrôle de la criticité, lorsqu'il s'agit de les utiliser pour transporter des éléments combustibles en nombre élevé, et/ou lorsque ces éléments sont de section droite importante et/ou encore lorsque ces éléments sont de grande réactivité, ceci plus particuliere- ment en raison. du fait que les poisons classiquement utilisés n'arrêtent pratiquement -que lesneutrons thermiques ou épithermiques de basse énergie. L'invention a pour but, surtout, de remédier à cet inconvénient et de fournir un emballage du genre en question propre au transport des éléments combustibles en grand nombre et/ou de grande section droite et/ou de grande réactivité, sans que se posent les susdits problèmes de contrôle de la criticité et tout en permettant les transferts thermiques par conduction et rayonnement vers le blindage contre les rayonnements gamma. Pour ce faire, conformément à l'invention, ltemballa- ge est agencé de façon'telle qu'un logement pour élément combustible donné ou un groupe de logements donné est séparé d'.au moins un logement voisin ou d'un groupe de. logements voisins par un compartiment normalement vide et d'épaisseur choisie de façon telle que les neutrons soient suffisamment thermalîsés pour le contrôle de la criticité lorsque ltemballage est rempli d'eau, du poison neutronique étant prévu entre le logement donné ou le groupe de logements donné et le compartiment vide qui, par ailleurs,. communique avec le loqement ou le groupe de logements. Suivant un mode de réalisation avantageux du susdit emballage, la structure des parois des logements pour éléments combustibles comprend une armature constituée notamment par un grillage en acier inoxydable ou matériau équivalent ainsi que des éléments de poison neutronique, ces derniers et l'armature~ étant noyés dans un métal bon conducteur de la chaleur. Suivant un mode de réalisation avantageux des susdites parois des logements pour éléments combustibles, celles-ci sont constituées de plaques ajourées de poison neutronique de part et d'autre desquelles est respectivement disposée une armature en acier inoxydable, l'ensemble étant noyé dans de l'aluminium. Mises à part les susdites dispositions, l'invention vise encore un certain nombre d'autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. L'invention pourra, de toute façon, être mieux comprise à l'aide du complément de description qui suit et des dessins ci-annexés, lesdits complément de description et dessins étant relatifs à des modes de réalisation particulièrement avantageux. La figure 1 de ces dessins montre en coupe schématique, suivant I-I de la figure 2, les parties constitutives principales d'un emballage agence conformément à l'invention. La figure 2 montre, à plus grande échelle, une coupe partielle suivant II-II de la figure 1. La figure 3 est une coupe partielle schématique à une autre échelle, perpen'diculaire à l'axe d'un emballage conforme à l'invention, établi suivant une variante. La figure 4 montre schématiquement, sur une coupe per pendiculaire à l'axe d'un emballage selon l'invention, la disposition de certaines parties constitutives. La figure 5, enfin, montre en coupe, suivant V-V de la figure 2, à plus grande échelle, les détails d'un élément constitutif de l'emballage conforme à l'invention. Les emballages E du genre en question se composent, comme-montré figures 1 et 3, d'un corps designé dans son ensemble par i et d'un couvercle 2, incorporant le blindage contre les rayonnements gamma et constitués, de manière en soi connue, de-façon telle qu'ils assurent le blindage et le confinement des éléments combustibles irradiés non montrés qui sont rangés dans des logements 3 d'axes parallèles, ces logements étant - soit formés, comme montré par exemple sur les figures 1 et 2, par un panier ou casier 4 généralement amovible, disposé à l'intérieur d'une cavité 5 délimitée par le corps de l'emballage -- plus particulièrement du blindage contre les rayonnements gamma -- et le couvercle, - soit, suivant une variante', comme montré sur la figure 3, ménagés dans la structure même du corps, plus particulièrement du blindage contre le rayonnement gamma. A sa surface extérieure, ltemballage E comporte des organes de-manutention 6 et des organes de dissipation de la chaleur constitués par exemple par des ailettes 7. Dans les emballages du genre en question, la dissipation de la chaleur dégagée par les éléments combustibles est assurée par conduction thermique et par rayonnement jusqu'au blindage contre les rayonnements gamma. Conformément à l'invention, l'emballage est agencé de façon telle qu'un logement 3 pour élément combustible donné ou un groupe de logements donné est séparé d'au moins unlogement 3 voisin ou d'un groupe de logements voisins par un compartiment 8 normalement vide et d'épaisseur d choisie de façon telle que les neutrons soient suffisamment thermalisés pour le contrôle de la criticité lorsque l'emballage est rempli d'eau, du poison neutronique, notamment sous forme de plaques 9, étant prévu entre le logement donné 3 Qu le groupe de logements donné et le compartiment vide 8 qui, par ailleurs, communique avec le logement ou le groupe de logements. Dans le cas du mode de réalisation de la figure 1, le panier 4 repose sùr une claie métallique ajourée 10, grâce à laquelle est assurée la communication entre les compartiments 8 et les logements 3 ; la cavité 5 peut être vidée par une canalisation 11. Dans le cas de ce mode de réalisation, la dissipation de la chaleur dégagée par les éléments combustibles transportés est assurée par conduction calorifique par l'intermédiaire-du casier ou panier 4 vers le corps 1, c'est-à-dire plus particulierement vers le blindage contre les rayonnements gamma, la transmission de la chaleur du casier 4 au corps 1 se faisant par conduction dans la lame de gaz existant entre ces deux éléments constitutifs de l'emballage et dont l'épaisseur est réduite au minimum par construction. Toujours dans le cas de ce mode de réalisation, le casier 4 est formé, comme il apparaît. clairement sur la figure 2, de quatre éléments constitutifs correspondant aux quatre quadrants d'un cercle, la structure de chacun de ces quatre éléments qui sont établis en métal bon conducteur de la chaleur, incorporant comme montré un groupe de trois logements 3 sans interposition de compartiment 8 entre les logements du groupe. L'assemblage de ces quatre éléments peut être effectué avantageusement selon l'invention au moyen de brides 12 comportées, suivant des génératrices, à raison de deux pour chaque élément, deux éléments adjacents étant rendus solidaires l1un de l'autre par exemple au moyen de soudures 13 réunissant les brides correspondantes.Les brides 12 se présentent avec une configuration en cornière ou équerre dont la dimension des ailes est choisie de façon telle, par exemple celle qui résulte de la figure 2, qu'au moment de l'assemblage des quatre éléments constitutifs du casier, les quatre éléments se trouvent séparés deux par deux de la distance d, formant ainsi entre eux, deux par deux, un compartiment 8, les quatre compartiments 8 ainsi formés constituant dans- ce mode de réalisation avantageux en réalité un seul qui affecte la configuration d'une croix dont les branches séparent deux par deux les quadrants adjacents. Dans la pratique, la section droite des logements 3 est un carré d'environ 120 mm à environ 250 mm notamment, et par exemple de 230 mm de côté. Les éléments de poison neutronique sont par exemple des plaques en fritte à base de carbure de bore d'une épaisseur 2 d'environ 5 mm contenant de l'ordre de 0,5 g/cm de bore et ltépaisseur d des compartiments de séparation dans le cas d'un emballage ayant les dimensions susdites est de l'ordre de 10 à 50 mm. Pour renforcer la rigidité de l'ensemble, il peut être avantageux de prévoir entre deux "quadrants" adjacents séparés par les compartiments 8 des entretoises 14 en acier inoxydable. Pour etablir les parois des logements 3, c'est-à-dire les parties constitutives du casier 4, on peut avoir recours, conformément à l'invention, à une structure comprenant une armature constituée notamment par un grillage ou une tôle ajourée ou déployée en acier inoxydable ou matériau équivalent. Dans ce cas, ladite armature et les éléments de poison neutronique sont noyés dans un métal bon conducteur de la chaleur. Dans le mode de réalisation avantageux illustré par la figure 5, les susdites parois sont constituées par des plaques de poison neutronique 9 de part et d'autre desquelles est respectivement disposé un grillage 15 en acier inoxydable, l'ensemble étant noyé dans une masse d'aluminium 16 ; avantageusement, les plaques 9 comportent des trous 17 favorisant l'accrochage de l'aluminium. Pour fixer les idées et à titre d'exemple, on signale - que le grillage 15 peut être à base de fils en acier ino xydable d'environ 4 mm de côté, ce grillage se présentant par ailleurs avec une largeur de maille de 10 mm, - que les plaques 9 peuvent être des plaques frittées à base de cuivre contenant du carbure de bore et une épaisseur d'environ 5 mm, les trous 17 pouvant avoir 10 mm de diamètre et être disposés au pas carré de 50 mm, - que la masse d'aluminium 16 peut être un alliage à 13 % de Si et ltépaisseur D de la paroi de l'ordre de 38 mm. Grâce à la constitution qui vient d'être décrite, les casiers se trouvent renforcés, ce qui est nécessaire étant donné qu'à 200-300CC, température normale d'utilisation, l'alliage d'aluminium serait plastique étant donné que sa limite élastique est alors trop basse compte tenu des efforts auxquels il est soumis par exemple en cas de choc violent. Cette constitution permét également de contrôler la dilatation différentielle entre les différents éléments constitutifs, à savoir notamment l'aluminium et l'acier inoxydable ; à ce propos, on souligne que les parois ainsi constituées évitent le gondolement et. les inconvénients subséquents qui résident notamment en des difficultés possibles à l'introduction des éléments combustibles et des diminutions de conductibilité thermique par suite de la formation d'espaces remplis d'air. Enfin, la facilité de fabrication des parois ainsi constituées est grande puisqu'il suffit de couler l'alliage-d'aluminium une fois que les armatures et les plaques de poison sont mises en place dans les moules et noyaux de fonderie. Ceci étant, il est possible de donner au casier 4 des formes différentes, par exemple celle qui résulte de la figure 4 ; dans le cas de ce mode de réalisation, les logements 3, toujours au nombre de trois par quadrant, sont disposés comme montré, les compartiments de séparation 8 se présentant avec une section triangulaire ou trapézoidale également comme montré. Pour ne pas nuire à la clarté du dessin, seules quelques plaques 9 de poison neutronique ont été représentées. La dimension d désigne ici une valeur moyenne établie par calcul statistique en vue d'obtenir le résultat visé défini plus'haut relativement au controle de la criticité. Suivant un autre mode de réalisation de l'emballage conforme à l'invention illustré par la figure 3, les logements 3 sont ménagés directement dans le corps 1, plus particulièrement dans le blindage contre les rayonnements gamma. Ces logements sont alors délimités par des parois 18 en acier inoxydable, à l'extérieur desquelles, au sein de la masse constitutive du corps 1, sont disposés, comme montré, les éléments de poison neutronique, notamment sous la forme de plaques 9. Conformément à l'invention, un logement 3 est encore séparé d'au moins un autre logement 3 par un compartiment 8 normalement vide, d'épaisseur d, des éléments de poison neutronique étant prévus entre chaque logement 3 et le compartiment 8 adjacent. Dans le cas de ce mode de réalisation illustré par ia figure 3, l'ensemble des compartiments 8 forme un compartiment unique en configuration de croix, séparant la section de l'emballage en quatre quadrants, chaque quadrant comportant un logement 3. La dissipation de la chaleur s'effectue depuis les éléments combustibles vers le corps 1, plus particulièrement vers le blindage contre les rayonnements gamma sans que l'on ait recours à un liquide. Pour fixer les idées, on signale qu'ici encore, pour des logements d'environ 230 x 230 mm de côté, l'épaisseur des plaques 9 est de l'ordre de 5 mm et l'épaisseur d des compartiments 8 d'environ 10 à 50 mm. L'épaisseur minimum de la couche de plomb constitutive du corps 1, plus particulièrement du blindage contre le rayonnement gamma, entourant les logements 3 est d'environ'170 mm. Ceci étant, quel que soit le mode de réalisation adopté, on dispose ainsi d'emballages du genre en question pour le transport d'éléments combustibles irradiés de l'industrie nucléaire, dont les caractéristiques ressortent suffisamment de ce qui précède pour qu'il soit inutile d'insister à ce sujet et qui présentent, par rapport à ceux qui existent déjà, de nombreux avantages, notamment - celui de faciliter le contrôle de la criticité dans le cas du transport d'éléments combustibles de grande section, - celui d'être d'une construction facilitée, - celui de présenter une résistance accrue aux contraintes thermiques et mécaniques. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisages elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Emballage pour le transport des éléments combustibles et dans lesquels l'élimination de la chaleur entre lesdits éléments et le blindage gamma est assurée par conduction thermique et rayonnement sans recours à un liquide, caractérisé par le fait qu'il est agencé de façon telle qu'un logement pour élément combustible donné ou un groupe de logements donné est séparé d'au moins un logement voisin ou d'unxgroupe de logements voisins par un compartiment normalement vide et d'épaisseur choi- sie de façon telle que les neutrons soient suffisamment thermalisés pour le contrôle de la criticité lorsque l'emballage est rempli'd'eau, du poison neutronique étant prévu entre le logement donné ou le groupe de logements donné et le compartiment vide qui, par ailleurs, communique avec le logement ou le groupe de logements. 2. Emballage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les logements destinés aux éléments combustibles sont prévus dans une structure du type panier ou casier généralement amovible disposée dans une cavité intérieure de l'emballage. 3. Emballage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les logements pour éléments combustibles sont ménagés dans la structure du corps de l'emballage. 4. Emballage selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le- fait que la structure des parois des logements pour éléments combustibles comprend une armature constituée notamment par un grillage en acier inoxydable ou matériau équivalent ainsi que des éléments de poison neutronique, ces derniers et l'armature étant noyés dans un métal bon conducteur de la chaleur. 5. Emballage selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les parois des logements pour éléments combustibles sont constituées par des plaques ajourées de poison neutronique de part et d'autre desquelles est respectivement disposé un grillage ou une tôle déployée ou ajourée en acier inoxydable, l'ensemble étant noyé dans de l'aluminium. 6. Emballage selon l'une quelconque des revendications 1 2, 4 et 5, caractérisé par le fait que le panier ou casier comportant des logements pour éléments combustibles est constitué par l'assemblage de quatre éléments correspondant aux quatre quadrants d'un cercle, lesdits éléments étant réunis les uns avec les autres au moyen de brides disposées suivant des génératrices, ces brides étant rendues solidaires l'une de l'autre notamment par soudure et se présentant avec une configuration en cornière ou équerre dont la dimension des ailes est choisie de façon-telle qu'au moment de l'assemblage des quatre éléments ceux-ci se trouvent séparés deux par deux, formant ainsi entre eux, deux par deux, un compartiment vide.