Brevet FR2406871A1 — publié le 19790518

La présente invention concerne le transport d'éléments combustibles qui ont été irradiés dans un réacteur nucléaire. Dans le présent contexte, un élément combustible d'un réacteur nucléaire doit être considéré comme englobant non seulement le type d'élément dont la teneur en matière fissile est telle que, sous l'effet d'une irradiation dans le réacteur, le but principal soit la génération d'énergie provoquée par fission, mais également le type d'élément qui est appelé couramment élément de surgénérateur, c'est-à-dire un élément dont la teneur en matière fertile est telle que sous l'effet d'une irradiation dans le réacteur le but principal est la conversion de la matière fertile en matière fissile. Un transport est nécessaire pour acheminer l'élément combustible du réacteur nucléaire dans lequel il a été irradié à une installation de retraitement ou de stockage, dans laquelle ledit élément est habituellement soumis, après des étapes appropriées de stockage et de démantèlement, à une opération de retraitement, grâce à laquelle certains composants réutilisables, en particulier des composants fissiles, sont récupérés. Après irradiation, l'élément combustible est non seulement radioactif, mais continue aussi à dégager de la chaleur par suite de la décroissance radioactive des produits de fission. Par conséquent, un transport sans risque implique un équipement complet et coûteux. D'une façon générale, un conteneur de transport de conbustible irradié se compose actuellement fondamentalement de deux parties principales, un chateau d'une part et un récipient ou bouteille d'autre part, ce dernier étant destiné à être logé à l'intérieur du château avec d'autres dispositifs qui peuvent être nécessaires pour remplir les fonctions de protection et de refroidissement de l'ensemble. En supposant qu'il s'agisse de transporter simultanément plusieurs éléments combustibles dans le conteneur de transport, le récipient interne a pour but important de maintenir la position relative des éléments à l'intérieur du château qui constitue une enveloppe externe.Le terme bouteille, utilisé pour designer le récipient interne, désigne une enceinte qui peut être entièrement fermée, ce qui est particulièrement souhaitable si les éléments combustibles à transporter risquent de présenter des fuites ou de donner lieu à un dégagement de produits de fission dâns le milieu immédiatement environnant. La bouteille constitue donc une seconde enveloppe interne, mais sauf indication contraire, le fait de se référer dans le présent nbmoire à un récipient interne" n'implique pas de limitation quant à ltetan- chéité. Le conteneur de transport doit assurer dans son ensemble non seulement la sécurité pendant le transfert, aais également lors du chargement et du déchargement. En ce qui concerne le déchargement, la pratique usuelle consiste à immer- ger le conteneur entier dans un bassin d'eau et à ouvrir le conteneur et à extraire les éléments combustibles à l'état immergé. A cet égard, le bassin a principalement pour but d tablir un écran transparent pour protéger les opérateurs, fonction qui ne serait plus remplie si le bassin devait etre contaminé.Compte tenu du fait que les éléments corbustibles extraits d'un réacteur nucléaire peuvent supporter une matière solide étrangère adhérente, dont un exemple est le résidu vinant déposé dans des réacteurs refroidis par eau, il est souhaitable d'entreprendre des mesures pour éliminer cette satière solide avant d'immerger les éléments combustibles dans l'eau du bassin. Dans ce but, le milieu dans lequel les éléments ont été transportés, habituellement de l'eau ou éventuellement un autre liquide, est éliminé en dehors de l'eau du bassin et ce liquide éliminé peut entraîner une partie de la matière solide. Pour compléter l'élimination de la matière solide, il est possible d'introduire un liquide de lavage et l'invention a notamment pour but de faciliter l'exécution fiable et rapide de l'opé- ration de lavage. Dans ce but, l'invention concerne un récipient interne à utiliser dans un château de transport d'éléments combustibles irradiés provenant d'un réacteur nucléaire, récipient interne qui comprend une enveloppe généralement cylindrique ayant une fermeture bombée à une extrémité et un couvercle amovible à l'autre extrémité, un cloisonnement délimitant des compartiments à l'intérieur de l'enveloppe, chaque compartiment étant destiné à loger un élément combustible allongé, disposé de façon que son axe soit parallèle à celui de l'enveloppe et des conduits pouvant être fermés hermétiquement, qui traversent le couvercle et qui sont destinés à introduire des jets de liquide de lavage du couvercle le long de l'axe de chaque compartiment vers la fermeture bombée, cette dernière formant un collecteur de vidange et comportant des conduits destinés à évacuer la matière du collecteur par l'autre extrémité du récipient interne. Selon l'invention, après l'élimination du milieu dans lequel les éléments ont été transportés, chacun des éléments combustibles peut être lavé en introduisant des jets de liquide à travers le couvercle pour éliminer la matière solide étrangère adhérente, cette dernière se déposant dans le collecteur et étant éliminée ultérieurement du récipient interne en étant entraînée par le liquide de lavage et par l'intermédiaire des conduits de décharge. Pour faciliter le dépôt de la matière solide dans le collecteur et sa décharge ultérieure, il peut être prévu une source supplémentaire de liquide de lavage. Cette source supplémentaire peut comporter des conduits partant de l'extrémité du récipient interne fermée par le couvercle et disposés de façon à décharger des jets de liquide de lavage sur la surface bombée de la fermeture extrême. De préférence, les conduits sont conformés angulairement pour décharger des jets hélicoidaux de liquide de lavage sur la surface bombée, en imposant ainsi une composante tourbillonnante aux jets pour curer la surface de la fermeture. A la fin du lavage du récipient interne, le couvercle peut être enlevé pour décharger les éléments combustibles, et, du fait que la plus grande partie de la matière solide a été éliminée, la contamination de l'eau du bassin est minimale. Cependant, il est souhaitable de tenter d'éviter que les surfaces externes d'un château soient contaminées par l'eau du bassin, et, par conséquent, l'invention concerne en outre un procédé de déchargement des éléments combustibles irradiés d'un château de transport présentant un élément amovible de fermeture d'une extrémité et un récipient interne selon l'invention, ledit procédé consistant à entourer d'une façon étanche certaines surfaces externes du château à l'aide d'une matière flexible en feuille, avant d'immerger le château dans une masse de liquide, afin d'empêcher celui-ci d'entrer en contact avec les surfaces externes enveloppées. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels la figure 1 est une coupe longitudinale partielle d'un récipient interne à utiliser dans un chateau de transport de combustible irradié ; et la figure 2 est une vue en plan dont la moitié supérieure montre l'élément de fermeture en position, et la moitié inférieure sans ce dernier. Comme le montre la figure 1, le récipient interne comprend fondamentalement une enveloppe cylindrique ll ayant un élément de fermeture bombé à son extrémité inférieure, ledit élément formant un fond tronconique 12 peu profond, et ayant à son extrémité supérieure une bride 13 faisant saillie vers l'intérieur. Le bord interne de la bride épouse le profil d'une structure en forme de cage à claire-voie ouverte aux extrémités constituée de cloisons désignées d'une façon générale par 14, délimitant, dans le présent exemple, quatorze compartiments de forme carrée, comme indiqué en 15, chacun d'eux étant destiné à loger un élément combustible nucléaire de forme correspondante.Les plaques mé- talliques qui constituent le cloisonnement laissent des interstices, comme indiqué en 16, entre les compartiments voi- sins, afin d'y disposer un poison, comme celui connu sous le nom "Boral", afin de maintenir un état sous-critique pendant le transport. Le cloisonnement est en outre perforé à de nombreux endroits, comme indiqué en 17, afin de permettre à l'eau de remplissage, qui est utilisée avec les éléments combustibles pour constituer un milieu de transmission de chaleur, de passer librement autour desdits éléments combustibles. L'élément de fermeture de l'extrémité supérieure ouverte du récipient interne a la forme d'un couvercle , désigné d'une façon générale par 18, qui se compose d'une plaque généralement plane 19, de nervures radiales de renforcement 20 et d'un bossage central de levage 21. Le couvercle est fixé d'une façon amovible à la bride 13 par une série annulaire de boulons 22, et, grâce à une garniture intercalée entre les faces en contact, il peut établir un joint étanche, de façon que, dans cet exemple, le récipient interne constitue une "bouteille". La plaque 19 du couvercle est traversée par une série de conduits d'admission d'un liquide de lavage, comme indiqué en 23 sur la figure 1, et chacun de ces conduits est aligné avec le centre des compartiments respectifs 15 destinés aux éléments combustibles et comporte un raccord 24 assurant lui-même l'étanchéité, qui permet d'établir facilement et d'une façon amovible un raccordement avec un conduit ou tuyau appliqué au raccord de l'extérieur. Des raccords analogues sont prévus à intervalles variables dans un bord externe de la bride 13, le couvercle 18 présentant des découpes 25 qui facilitent l'accès aux raccords dépassant la bride. Les raccords situés aux quatre points désignés par 26, 27, 28 et 29 sont reliés en permanence par des conduits respectifs désignés par 30 à un collecteur de vidange 42 formé au centre du fond 12, ces conduits se prolongeant vers l'intérieur du récipient dans l'espace vacant compris entre le cloisonnement et la paroi latérale cylindrique et pénétrant dans le fond 12 d'une façon étanche pour atteindre le collecteur 42 dans les directions radiales.Les raccords prévus aux six points 31, 32, 33, 34, 35 et 36 sont constamment en communication avec des conduits disposés d'une façon analogue, comme ceux désignés par 37, mais ces conduits se terminent par des extrémités ouvertes à peu de distance du fond 12 et par suite cette série annulaire de raccords sensiblement équidistants constitue le moyen permettant d'injecter une quantité supplémentaire de liquide de lavage par rapport à celle introduite par l'intermédiaire des raccords 24 du couvercle. Le dernier raccord de la bride, tel que celui désigné par 38, est destiné à déterminer le niveau de l'eau de remplissage ou bien, en d'autres termes, à déterminer l'espace libre ou creux du récipient qui permet de compenser les effets de la dilatation thermique. Dans ce but, un conduit (non représenté) avec lequel ce raccord particulier communique, se prolonge d'une façon analogue à ceux précédemment cités, mais seulement à une profondeur limitée dans le récipient par exemple à une profondeur d'environ 0,6 mètre. I1 est mis en oeuvre en introduisant de l'air comprimé au-dessus de 1a surface d'une charge complète d'eau contenue dans le récipient lorsqu'il a été fermé hermétiquement et en faisant en sorte que l'air chasse l'eau par l'intermédiaire du raccord 38 jusqu'à ce que l'air apparaisse dans l'effluent.A ce stade, le niveau correct de l'eau est déterminé et le tuyau d'alimentation en air est débranché du raccord 38. Si l'on tient compte du fait que le récipient est susceptible d'être d'une grande longueur, par exemple de cinq mètres environ, il est nécessaire de prévoir des consoles de support des conduits (qui ne sont pas visibles sur les dessins) et des plaques de positionnement, comme indiqué en 39 et 40, entre le cloisonnement et la paroi latérale cylindrique, afin d'assurer une rigidité convenable. Unchâteau de transport du type dans lequel un récipient interne est destiné à être placé est illustré à la page 504 de la publication de "Nuclear Engineering International" de Juin 1969 et il s'agit, dans ce cas, d'un château de conception bien connue qui est beaucoup utilisé. Une gorge 41 ménagée dans le couvercle et se prolongeant d'une façon correspondante le long du récipient interne, coopère avec une clavette faisant saillie vers l'intérieur du château afin d'assurer l'orientation relative correcte du récipient interne dans ce dernier. Lorsqu'un château de transport arrive à une station de déchargement avec une charge d'éléments combustibles nucléaires irradiés, et est immergé dans un bassin d'eau, son élément de fermeture d'extrémité est enlevé et la première des opérations successives effectuées sur le récipient interne proprement dit consiste à chasser l'eau qui a été transportée avec le combustible. Cette eau est expulsée en reliant l'un des raccords des conduits internes, c'est-à-dire ceux désignés par 24 ou 31 à 36 à un conduit d'admission d'air pour injecter de l'air à une pression suffisante pour refouler l'eau par l'intermédiaire du collecteur de vidange 42 dans un ou plusieurs des raccords des conduits de sortie 26 à 29, selon le nombre qui est également raccordé à ces derniers. L'étape suivante, qui est destinée à maintenir le raccordement des conduits externes intact, consiste à amorcer l'opération de lavage ; chaque point de lavage peut être utilisé tour à tour dans un ordre prédéterminé, ou bien lesdits points peuvent être utilisés par groupes ou même tous à la fois, et il suffit de raccorder un conduit au raccord approprié à chaque point de lavage, puis de le débrancher lorsque le lavage à partir de ce point est achevé. Généralement, les points de lavage de la bride 31 à 36 sont mis en service après le lavage effectué à partir des points 24, étant donné que les premiers se déchargent sur les extrémités du fond 12 et sont susceptibles, par conséquent. d'avoir une action de curage sur la matière solide qui St est déposée sur le fond après s'être détachée des éléments combustibles. Les conduits de lavage 37 peuvent être conformés angulairement pour assurer la décharge de jets hélicoidaux du liquide de lavage sur la surface bombée, de manière à communiquer une composante tourbillonnante aux jets destinés à curer le fond. Si nécessaire, il est possible de monter sur les extrémités des conduits d'admission des buses ou autres dispositifs destinés à configurer et/ou à diriger les jets de liquide de lavage sur le fond. Une caractéristique de l'invention, qui est égamement en rapport avec le déchargement sans risque, concerne la protection de l'extérieur du château contre une contamination par l'eau du bassin, la possibilité d'une telle contamination ne devant pas être négligée. Selon cette caractéristique l'opération de déchargement d'éléments combustibles nucléaires irradiés d'un château de transport dans des conditions immergées consiste, avant l'immersion, à envelopper d'une matière flexible en feuille, sensiblement toutes les parties externes du château en dehors de celles qui doivent rester accessibles pendant que le château est immergé, les parties enveloppées étant ainsi protégées d'une exposition directe au liquide dans lequel le château est immergé.Une grande partie de la surface qui est enveloppée de cette manière est susceptible de présenter des ailettes de refroidissement, comme dans le cas de la forme de réalisation citée plus haut, et du fait qu'elle est maintenue sèche, le nettoyage que nécessite le château après qu'il a été retiré du bassin est très réduit. Les parties qui doivent rester accessibles sont principalement, et peut-être exclusivement l'élément de fermeture d'extrémité du château et les raccords permettant de fixer l'élément de fermeture en position. Pour envelopper le château, ce dernier peut être introduit commodément dans un sac de la matière flexible en feuille, les bords du sac à son extrémité ouverte étant serrés d'une façon étanche au liquide par une agrafe ou un ligament provisoire enserrant le château aussi étroitement que possible à proximité de l'é- lément de fermeture d'extrémité. Si la prise sur le château à des fins de manutention telles que son abaissement dans bassin et son levage hors de ce dernier ne peut pas être assurée de manière satisfaisante avec la matière en feuille comme intermédiaire, il peut être nécessaire de laisser à nu certaines parties supplémentaires.Des parties de ce type peuvent être des saillies de la paroi du château, par exemple des tourillons, qui sont destinés à coopérer avec un mécanisme de levage. Dans ce cas, le sac de matière flexible en feuille devrait présenter des ouvertures positionnées et dimensionnées convenablement à travers lesquelles les saillies du château peu uent passer, les bords délimitant ces ouvertures étant serrés provisoirement, comme précédemment, à l'aide d'un collier ou d'un ligament. Une matière plastique en feuille convient, à condition que la qualité et l'épaisseur soient appropriées pour permettre un allongement sans rupture sur des surfaces qui sont discontinues et constituées, par exemple, par des ailettes. A titre d'exemple, on peut citer le chlorure de polyvinyle armé de 'Nylon". Afin d'accélérer le cycle d'utilisation du château, qui constitue un élément d'équipement important, il est possible de le séparer du récipient interne peu après l'immersion dans le bassin. Un socle est nécessaire pour supporter le récipient interne dans la position verticale correcte. Dès que le récipient interne a été extrait du château et placé sur le socle, cette opération étant entièrement effectuée à l'état immergé dans l'eau du bassin, le château est libéré et peut être utilisé pour effectuer un autre transport. Il va de soi que le récipient et le procédé décrits peuvent subir diverses modifications sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Récipient interne à utiliser à l'intérieur d'un château de transport d'éléments combustibles irradiés de réacteur nucléaire, ledit récipient comprenant une enveloppe généralement cylindrique comportant un élément de fermeture solidaire à une extrémité et un couvercle amovible à l'autre extrémité, un cloisonnement délimitant dans l'enveloppe des compartiments dont chacun est destiné à loger un élément combustible nucléaire allongé, de façon que son axe soit parallèle à celui de l'enveloppe, et des conduits pouvant être fermés hermétiquement qui traversent le couvercle et qui sont destinés à introduire des jets de liquide de lavage dans le récipient interne, caractérisé en ce que la surface interne de l'élément solidaire (12) de fermeture d'une extrémité est bombée et forme un collecteur de vidange (31), des conduits (30) étant destinés à décharger une matière de ce collecteur à travers le couvercle (19) du récipient interne. 2. Récipient interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que le couvercle (19) du récipient supporte des conduits de lavage (37) dont les extrémités ouvertes sont destinées à décharger des jets de liquide de lavage sur la surface bombée de l'élément solidaire (12) de fermeture d'extrémité. 3. Récipient interne selon la revendication 2, caractérisé en ce que les conduits de lavage (37) ouverts à une extrémité sont conformés angulairement pour assurer la décharge de jets hélicoidaux du liquide de lavage sur la surface bombée afin de communiquer une composante tourbillonnante aux jets pour curer la surface bombée de l'élément de fermeture. 4. Récipient interne selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des conduits de lavage (23) qui sont destinés à décharger des jets de liquide de lavage par l'intermédiaire de buses et le long des axes longitudinaux des compartiments (15). 5. Procédé de déchargement d'éléments combustibles nucléaires irradiés d'un château de transport présentant un élément amovible de fermeture d'extrémité et logeant un récipient interne selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit procédé consistant à immerger le château de transport dans un bassin d'eau et étant caractérisé par le fait qu'il comprend une étape préliminaire consistant à envelopper d'une façon étanche au moins certaines des surfaces externes du château avec une matière flexible en feuille sous la forme d'un sac, les bords du sac de l'extrémité ouverte étant serrés d'une manière étanche sur le château par un collier ou ligament provisoire qui entoure le château à proximité de l'élément de fermeture d'extrémité. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le château est enveloppé de chlorure de polyvinyle armé de "Nylon.