Brevet FR2394148A1 — publié le 19790105

La présente invention se rapporte à un procédé pour l'arrêt d'urgence d'un réacteur nucléaire comportant deux systèmes d'arrêt, et vise également un réacteur nucléaire convenant pour la mise en oeuvre de ce procédé dé. Dans un tel réacteur, le premier système d'arrêt consiste en un certain nombre de corps solides absorbant lesseutrons que l'on introduit dans la zone fissile du réacteur jusqu'à ce qu'ils aient atteint une position finale, tandis que le deuxième système d'arrêt est constitué par un liquide absorbant les neutrons que l'on mélange au réfrigérant.La commande des réacteurs nucléaires steffectue généralement au moyen de barres absorbantes remplies de substances absorbant les neutrons, qui sont déplacées par exemple par des systèmes d'actionnement à moteur électrique et que l'on enfonce plus ou moins profondément dans la zone fissile . Le dispositif d'arrêt d'urgence déclenché à l'apparition de conditions de fonctionnement incontrôlables, provoque l'introduction accélérée et totale des barres absorbantes. Etant donné le risque de défaillance des dispositifs d'entraînement, cette introduction s'effectue de préférence par gravité, c'est-à-dire que les barres absorbantes tombent d'elles-mêmes dans la zone fissile.Pour accélérer le processus, et en particulier lorsqu'il se produit, comme dans un réacteur de navire, des accélérations s'opposant au mouvement de chute des barres, celles-ci sont en plus soumises à la force de ressorts préalablement armés et libérés par le dispositif d'arrêt d'urgence. Pour des raisons de sécurité (on suppose par exemple que les barres absorbantes viennent à se coincer dans leurs tubes de guidage), les réacteurs nucléaires sontéquipés d'un deuxième dispositif d'arrêt d'urgence0 On utilise de préférence à cet effet un système d'arrêt d'urgence dont la structure et le fonctionnement sont aussi différents que possible de ceux du premier système d'arrêt. Ce deuxième système d'arrêt d'urgence peut consister à mélanger au réfrigérant un liquide absorbant les neutrons qui, en traversant la zone fissile, provoque la réduction souhaitée de la réactivité. Un tel système d'arrêt d'urgence est par exemple décrit dans la demande de brevet RFA 24 60 250.Comme le liquide absorbant les neutrons doit ultérieurement, avant la remise en marche du réacteur, être éliminé du réfrigérant, opération extrêmement compliquée et onéreuse, on ne déclenche ce deuxième système d'arrêt d'urgence qu'en cas de mauvais fonctionnement ou du non fonctionnement du premier, c'ext-à-dire, dans l'exemple ci-dessus, lorsque les barres absorbantes ou une partie d'entre elles n'ont pas atteint leur position finale dans la zone fissile après un laps de temps déterminé (par exemple 2 à 4 secondes après le déclenchement), ce quiest signalé par le non déclenchement d'interrupteurs -fin de cours prévus à cet effet. Jusqu'à l'entrée en action du deuxième dispositif d'arrêt, il s'école alors encore un certain temps (généralement de l'ordre de 5 à 20 secondes).Pendant cette période, l'augmentation de paissance incontrôlée dans la zone fissile peut conduire à des dég tsvpar exemple à l'usure complète des barreaux combustibles. Pour l'arrêt d'urgence d'un réacteur nucléaire comportant un deuxième système d'arrêt3 la présente invention a par conséquent pour objet un procédé qui élimine les inconvénients précités et qui assure l'arrêt sans retard inutile. L'invention vise par ailleurs à munir le réacteur nucléaire d'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que, lors du déienchement de l'arrêt d'urgence, les deux systèmes sont mis en service simultanément et que le deuxième système est à nouveau mis hors service dès que les corps absorbant les neutrons du premier système ont atteint leur position final, Picas de défaillance du premier système, le deuxième système est tout au moins partiellement actif ou a ateint sa plaine efficacité en un temps très court, le liquide absorbant les neutrons se trouvant alors bien entendu mélangé au réfrigérant.Ce cas constitue toutefois une exception, de sorte que le deuxième système est généralement arrêté peu après sa mise en service. la quantité de liquide absorbant les neutrons parvenu à ce moment-là dans le réfrigérant est suffisamment faible pour éviter une détérioration notable du fonctionnement ultérieur du réacteur après sa remise an marche. Un réacteur nucléaire convenant pour la mise en oeuvre de ce procédé comporte un réservoir contenant le liquide absorbant les neutrons et susceptible d'être raccordé au circuit de réfrigérant par une conduite obturable par une valve, ainsi que des interrupteurs fin de course actionnés par les corps solides absorbant les neutrons lorsqu'ils atteignent leur position finale, la valve n'étant ouverte que lorsque le signal déclenchant l'arrêt d'urgence est délivré et que les interrupteurs fin de course ne sont pas actionnés. Lorsque l'arrêt d'urgence est déclenché, la valve s'ouvre et le liquide absorbant les neutrons et stocké dans le réservoir peut s'écouler dans le circuit de réfrigérant.Après que tous les interrupteurs fin de course ont été actionnés par les corps absorbant les neutrons arrivant à leur position finale, la valve est fermée et l'amenée du liquide absorbant les neutrons au réfrigérant interrompue. Pour diminuer les risques de défaillance, il est recommandé d'utiliser un type de valve qui s'ouvre sans amenée d'énergie extérieure ou par défaut de celle-ci, par exemple une valve maintenue en position de fermeture par un électroaimant excité. Selon une autre particularité de l'invention, le liquide absorbant les neutrons est stocké dans le réservoir sous une pression qui se situe au-dessus de la pression de service du réfrigérant. On a ainsi la certitude que le liquide s'écoulera automatiquement dans le réfrigérant dès que la valve sera ouverte et cela permet de supprimer éventuellement des pompes d'injection et analogue sujettes aux pannes. Pour le rendre plus accessible et faciliter son entretien, le réservoir de liquide absorbant les neutrons peut être installé non pas à proximité immédiate du circuit de réfrigérant du réacteur, mais lui être raccordé par une conduite plus ou moins longue. Si cette conduite est remplie de réfrigérant, on apporte à nouveau un retard indésirable à l'entrée en action du deuxième système d'arrêt d'urgence, en ce sens que le réfrigérant doit être tout d'abord chassé de la conduite. Lors du service normal, cette conduite devra donc être déjà remplie de liquide absorbant les neutrons. Pour empêcher ce liquide de pénétrer dans le circuit de réfrigérant, la con duite est,juste avant son entrée dans le circuit de réfrigérant, munie d'une valve anti-retour s'ouvrant en direction de ce circuit, si bien qu'aucun réfrigérant ne peut parvenir à la conduite, mais que le liquide absorbant les neutrons peut pénétrer dans le circuit réfrigérant dès qu'il est soumis à une pression appropriée lors de l'ouverture de la valve du réservoir. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un mode de réalisation pris comme exemple, mais non limitatif, et illustré par le dessin annexé, sur lequel - la figure 1 représente un réacteur nucléaire convenant pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, - la figure 2 représente un schéma de fonctionnement de l'installation. Le réacteur nucléaire, qui est un réacteur à eau sous pression du type intégré, comporte une zone fissile 1 qui est constituée de plusieurs éléments combustibles individuels et qui est disposée à l'inté- rieur d'une enceinte sous pression 10. Cette enceinte sous pression est en majeure partie remplie d'eau légère faisant office aussi bien de réfrigérant que de modérateuret chauffée dans la zone fissile 1. L'eau traverse alors un compartiment 2 générateur de vapeur où, dans un échangeur de chaleur tubulaire 9, elle est vaporisée dans un circuit secondaire et aspirée par des pompes 3 entraînées par des moteurs électriques 4. Les pompes refoulent l'eau dans un anneau creux 5 en forme de caisson qui porte, sur sa face inférieure, de nombreuses ouvertures 6 à travers lesquelis l'eau s'écoule vers le bas dans la fente annulaire comprise entre le compartiment 2 générateur de vapeur et l'enceinte sous pression 10 pour revenir ensuite à la zone fissile par une chambre d'entrée 8 délimitée par un panier d'introduction 19. Le réacteur nucléaire est commandé en enfonçant plus ou moins profondément les barres absorbantes 12 dans la zone fissile 1 Ces barres absorbantes 12 sont par exemple constituées par une gaine métallique remplie de carbure de bore. Les barres absorbantes 12 sont, par des systèmes dtentrainement 13 disposés sur le couvetie 11 de l'enceinte sous pression, déplacées par l'intermédiaire de tiges 23 guidées dans une ossature support 22.Pour une description plus détaillée de la structure et du fonctionnement de ce dispositif de commande et d'arrêt, on se référeraavantageusement à la demande dQbrevet RFA 23 18 218. Il suffit d'indiquer ici que, lors du déclenchement de l'arrêt d'urgence par leystème de surveillance du réacteur, l'électro- aimant de chaque barre est privé de courant et l'armature mise au repos sépare la tige 23 du système d'entraînement 13 et libère un ressort non représenté qui propulse la tige 23 et par conséquent la barre absorbante 12 dans la zone fissile 1. Les tiges 23 sont munies de cames 24 (voir figure 2) au moyen desquelles elles actionnent des interrupteurs fin de course 25 lorsqu'elles atteignent leur position finale inférieure.Le deuxième système d'arrêt est constitué par un réservoir 14 installé à l'extérieur de l'enceinte -sous pression 10 et dans lequel un liquide absorbant les neutrons, par exemple de l'acide borique, est stocké à une pression qui est supérieure à celle du réfrigérant. Une conduite 16 (dont le tracé n'est que partiellement représenté) susceptible d'être fermée par une électrovalve 15 aboutit à un anneau distributeur 17 qui est disposé en dessous de la zone fissile dans la chambre d'entrée 8 et qui est muni de nombreux perçages à travers lesquels l'acide borique.peut se mélanger au réfrigérant s'écoulant et qui immédiatement après, pénètre dans la zone fissile 1 en y provoquant la réduction souhaitée de la réactivité. En présence de conditions de service déterminées, le système de surveillance 18 du réacteur, non décrit en détail ici mais connu du spécialiste, déclenche l'arrêt d'urgence et un signal correspondant est délivré aussi bien au système de commande 13 des barres qu'à la valve 15. Les tiges 23 se détachent des systèmes d'entraînement 13 et les barres absorbantes 12 tombent dans la zone fissile I et, lorsqu'elles atteignent leur position finale, actionnent les interrupteurs fin de course 25. Simultanément le signal d'arrêt d'urgence ouvre la valve 15 et le liquide absorbant les neutrons sortant du réservoir 14 refoule le liquide, se trouvant déjà dans la conduite 16, dans le courant de réfrigérant en le faisant passer par les ouvertures de l'anneau distributeur 17. Pendant le service rronna2 pour empêcher l'acide borique de s'échapper de la conduite 16, cette dernierest, à proximité de son entrée dans l'anneau distributeur 17, munied'une valve anti-retour 27 s'ouvrant en direction de ce dernier. Ce n'est que lorsque toutes les barres absorbantes 12 ont atteint leur position finale inférieure et ont actionné les interrupteurs fin de course 25 que le circuit électrique appliqué à une source de tension 28 se ferme et que la valve 15 est elle aussi à nouveau fermée. Si une seule de ces barres absorbantes 12 n'atteint pas sa position finale, la valve 15 reste ouverte jusqu'à ce que l'équilibre de pression entre le réservoir 14 et l'enceinte sous pression 10 soit atteint et que la plus grande partie du fluide absorbant les neutrons soit parvenuedans le circuit de réfrigérant, Si, à l'inverse des conditions supposées ici, l'arrêt du réacteur peut déjà être obtenu par l'introduction d'une partie seulement des barres absorbantes, le circuit électrique peut être modifié de façon que la fermeture d e la valve 15 intervienne après l'actionnement d'ui etit nombre d'interrupteurs fin de course. La contenance du réservoir 14 est calculée de façon à garantir un arrêt sûr du réacteur dans tous les cas. Le refoulement du liquide absorbant les neutrons dans le circuit de réfrigérant peut être assisté par unepompe non représentée ici qui, après baisse de la pression du réservoir 14 en dessous d'une valeur minimale, est enclenchée pour vaincre la pression antagoniste du réfrigérant. REVENDICATIONS 1. Procédé pour l'arrêt d'urgence d'un réacteur nucléaire comportant deux systèmes a jarret dont le premier est constitué par un certain nombre de corps solides qui absorbent les neutrons et qui sont introduits dans la zone fissile du réacteur jusqu a ce qu'ils aient atteint une position finale, et dont le deuxième est constitué par un liquide absorbant les neutrons et pouvant être mélangé au réfrigérant, caractérisé par le fait, que, lors du déclenchement de l'arrêt d'urgence, les deux systèmes d'arrêt sont mis en service simultanément, et que le deuxième système est à nouveau mis hors service dès que les corps absorbant les neutrons du premier système ont atteint leur position finale. 2. Réacteur nucléaire pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication l, caractérisé par le fait qu'il comporte un réservoir contenant le liquide absorbant les neutrons et pouvant être raccordé au circuit de réfrigérant au moyen d'une conduite susceptible d'être fermée par une valve, ainsi que des interrupteurs fin de course actionnés par les corps solides absorbant les neutrons lorsque ils atteignent leur position finale, la valve n'étant ouverte que lorsque le signal déclenchant l'arrêt d'urgence est délivré et que les interrupteurs fin de course ne sont pas actionnés. 3.Réacteur nucléaire selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le liquide absorbant les neutrons est stocké dans le réservoir sous une pression supérieure à la pression de service du réfrigérant. 4. Réacteur nucléaire selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que la conduite pour le liquide absorbant les neutrons est, juste avant son entrée dans le circuit de réfrigérant, munie d'une valve anti-retour s-ouvrant en direction de ce dernier.