Brevet FR2402282A1 — publié le 19790330

La présente invention a trait aux réacteurs nucléaires à haute température du type à boulets. Un réacteur à boulets est essentiellement constitue par une cuve en graphite de l'ordre d'un mètre d'epaisseur qui constitue le reflecteur de neutrons, remplie de boulets spheriques en graphite contenant le combustible nucléaire. La forme génerale de la cuve est cylindrique ou prismatique et son fond conique ou pyramidal est équipe à la base d'un orifice central, de maniere à permettre le déchargement des boulets par gravité. Pour les réacteurs de très grande puissance, le fond est constitué par la juxtaposition de plusieurs cônes ou pyramides. L'évacuation du combustible usage s'effectue alors par un plus grand nombre d'orifices. L'invention s'applique naturellement aussi à des réflecteurs inférieurs constitués par une pluralité de cônes ou de pyramides juxtaposés. De façon plus précise encore, la présente invention a pour objet une structure particulière de la partie inférieure du réflecteur en graphite d'un tel réacteur. Dans lessolutions envisagées jusqu'à maintenant pour.ce type de réacteur, la partie inferieure du réflecteur, composée de blocs prismatiques dans lesquels sont forés des canaux pour la circulation du gaz de refroidissement, se trouve située directement sous la masse des boulets combustibles et, par conséquent, soumise à un flux de neutrons intense ; il en résulte dans les couches les plus proches du coeur des dommages devenant inacceptables au bout de quelques années par suite de transformation du réseau cristallin du graphite due à l'effet Wigner. I1 faut donc envisager, après un certain temps d'irradiation de ces blocs qui est en moyenne de l'ordre de cinq ans,de les remplacer, ce qui est une opération relativement compliquee et coûteuse. La présente invention a précisément pour objet unie structure de réflecteur inférieur pour réacteur nucléaire à boulets à haute température qui rend la partie endommageable du réflecteur commodement renouvelable, et ceci sans complication aucune dans la réalisation pratique du coeur du réacteur Cette structure de réflecteur pour réacteurs à boulets, du type de ceux qui comprennent une cuve de graphite cylindrique (ou prismatique) entourée de béton et terminée à sa partie inférieure par un fond conique (ou pyramidal) équipé d'un orifice central permettant le déchargement des boulets de combustible par gravité se caractérise en ce qu'elle comporte un matelas de quelques couches de boulets de graphite protecteur sur ledit fond et, monté amovible verticalement dans l'axe de l'orifice central à travers le réflecteur et le béton, un bloc de graphite foré selon son axe pour permettre le déchargement des boulets combustibles et des boulets protecteurs, ledit bloc de graphite dépassant le niveau -dudit orifice central d'une hauteur correspondant à l'épaisseur dudit matelas pendant les périodes de fonctionnement du réacteur. Conformement à'l'invention, le matelas protecteur est constitué de boulets de dimensions voisines de celles des boulets de combustible préférentiellement égales à celles desbou- lets de combustible. Ils sont par ailleurs rangés en une ou plusieurs couches, l'épaisseur totale du matelas étant déterminee par le calcul pour obtenir une protection neutronique efficace des blocs de graphite réflecteurs sous-jacents à la partie.inférieure du réacteur.Ce matelas protecteur reste en place lors des opérations de renouvellement du combustible, mais il peut bien entendu être renouvelé facilement apres un certain nombre d'années de fonctionnement du réacteur de la façon suivante : après déchargement des boulets combustibles proprement dits par l'orifice central creusé à travers le bloc de graphite inférieur, ledit bloc de graphite est à son tour abaissé à l'aide de tout moyen mécanique tel que par exemple système à crémaillère et roue dentée ou systeme à vis-écrou , et permet alors l'écoulement par gravite des boulets de graphite pur constituant le matelas protecteur. Selon l'invention, les boulets de graphite pur du matelas protecteur sont rangés en couches sur la surface inclinée (conique ou pyramidale) du fond de la cuve, et le nombre de ces couches peut etre egal à trois ou quatre. Pour maintenir en place le matelas de boulets protecteurs, le sommet du cône ou de la pyramide comporte, selon l'invention, un bloc de graphite foré selon son axe pour permettre 7'éva- -cuation des boulets combustibles et qui dépasse le niveau des blocs voisins d'une hauteur correspondante à 1 'épaisseur du matelas. La pente du cône (angle au sommet) doit naturellement être déterminée de maniere à permettre l'écoulement par gravite des boulets combustibles sans entraîner les boulets réflecteurs (angle de stabilité d'un talus). Dans des réalisations préférées de l'invention, la valeur de cet angle au sommet de fond de cuve est de l'ordre de 1200. Le bloc de graphite amovible est creusé en son sommet d'un cône (ou d'une pyramide) de pente égale ou supêrteure à celle du fond fixe. Lorsqu'on désire renouveler le matelas de boulets de graphite reflecteur, on abaisse le bloc central,comme indiqué précédemment, d'une quantité correspondante au nombre de couches a renouveler. On peut de cette façon si on le désire renouveler moins fréquemment la couche inférieure, moins soumise au bombardement neutronique que-la ou les couches superieures et économiser ainsi la consommation de graphite. Le bloc central amovible peut lui-même être remplacé lorsqu'on juge son extrémité supérieure suffisamment endommagee par l'irradiation. A cet effet, son démontage peut s'effectuer à volonte soit par le bas soit par le haut. De toutes façons, l'invention sera mieux comprise à la lecture qui suit de la description d'un exemple de mise en oeuvre de la structure objet de I'invention, description qui sera faite en se référant à la figure unique ci-jointe. Sur cette figure unique, qui représente en coupe schematique selon l'axe un réacteur à haute température du type à boulets, on reconnaît l'enceinte de protection biologique en béton 1, la cuve en graphite proprement dite 2 qui comporte une partie latérale cylindrique 2a et une partie inferieure 2b. Dans exemple décrit, la cuve 2 est constituée d'un certain nombre de blocs prismatiques juxtaposes. En 3, on a représente le conduit d'évacuation des gaz chauds, lesquels circulent à travers les boulets du coeur et des canaux non représentés forés dans les blocs de graphite de la partie inférisu.re 2b de la cuve du réacteur. Un sommier ajouré en matériau ééfractaire 15 supporte l'ensemble du coeur. La partie supérieure active du coeur, référencée 4 > renferme.un certain nombre de boulets 5 en graphite contenant le- matéri au combustible nucléaire responsable de la réaction en chaîne et du dégagement de chaleur. Conformément a l'invention, un matelas protecteur 6 constitué dans l'exemple représenta de quatre couches superposees de boulets de graphite pur 7 vient s'appliquer sur la surface conique inférieure 8 de la cuve du réacteur. Dans l'exemple décrit, ces boulets ont la meme dimension que les boulets de matériau fissile et leur diamètre est de l'ordre de, par exemple, 6 cm. L'angle au sommet de la surface conique 8 du fond de la cuve est égal à 1200. En liaison avec l'existence du matelas protecteur 6 à la partie inférieure de la cuve 2 se trouve placé selon l'invention un bloc de graphite 9 comportant une ouverture centrale 10 le traversant de part en part. Le bloc de graphite 9 est lui-meme inséré dans l'ensemble des blocs prismatiques de la partie 2b de la cuve et fait saillie au-dessus de l'orifice central 11 de celle-ci d'une hauteur h precisément égale à la hauteur du matelas 6 des boul-ets protecteurs.-De ce fait, en fonctionnement normal du réacteur, lorsque E bloc 9 est dans la position représentée sur la figure, la hauteur h de celuici au-dessus de l'orifice 11 est suffisante pour maintenir en place le talus des boulets 7 sans qu'il y ait ecoulement de ceux-ci (l'angle a est calculé pour qu'il en soit ainsi et que les différents boulets 7 n'aient pas tendance a dévaler la pente du talus ainsi constitue). Le canal 10 foré dans l'axe du bloc de graphite 9 débouche sur une conduite 12 fermée par une électrovanne 13 permettant le passage ou l'arrêt des boulets 5 ou 7 qui pourraient s'introduire dans l'orifice central 10. Selon l'invention, un système 14 a crémaillère et roue dentée permet de déplacer vers rehaut ou vers le bas, et-.dans certains cas même d'un mouyement alternatif de faible amplitude, le bloc de graphite 9 selon son axe. Ce mouvement alternatif de faible amplitude est de nature à faciliter l'écoulement des boulets (combustibles ou réflecteurs). Lorsqu'après un certain nombred"années de fonctionnement, l'effet Wigner a détérioré tout ou partie du matelas 6 de boulets de protection, son remplacement est alors effectue de la façon suivante : on commence par décharger les boulets combustibles 5 de la partie 4 du coeur du réacteur en les laissant s'échapper en gravite au travers du canal 10 et de- la canalisation 12 après avoir ouvert l'électrovanne 13. Lorsqu'ainsi tous les boulets contenant du combustible ont été extraits du réacteur, on descend progressivement vers le bas le bloc 9 à l'aide du système à crémaillère 14 de façon à éliminer par gravité successivement chacune des quatre couches du matelas 6. On peut d'ailleurs, comme mentionné plus haut déjà, se contenter du dechargement des couches les plus élevées en contact direct avec l'irradiation neutronique. Lorsque tous les boulets du reacteur sont ainsi-vides, on peut remonter Te bloc de graphite 9 à l'aide du système 14 pour qu'il fasse saillie d'une hauteur h au-dessus de l'évidement central 11 et constitle matelas 6 en chargeant par la partie supérieure le nombre de couches de boulets de graphite pur protecteur desire. Lorsque ceci est obtenu, le chargement des boulets combustibles intervient alors de façon classique sans difficulté REVENDICATIONS 1. Structure de réflecteur inférieur renouvelable pour réacteur a haute température a boulets du type de ceux qui comprennent une cuve de graphite cylindrique (ou prismatique) entouree de béton et terminée a sa partie inférieure par un fond conique (ou pyramidal) équipé d'un orifice central permettant le déchargement des boulets de combustible par gravité > carac- tériséeen ce quelle comporte un matelas de quelques couches de. boulets de graphite protecteur sur ledit fond et, monté amovible verticalement dans T'axe de l'orifice central travers le réflecteur et le béton, un bloc de graphite fore selon son axe pour permettre le déchargement des boulets combustibles et des boulets protecteurs, ledit bloc de graphite depassant le niveau dudit orifice central d'une hauteur correspondant a l'épaisseur dudit matelas pendant les périodes de fonctionnement du réacteur. 2. Structure de réflecteur selon la revendication 1, caractérisée en ce que les boulets du matelas protecteur sont de mène dimension que les boulets contenant la atiere fissile et sont ranges en un nombre de couches de préférence égal a trois ou quatre. 3. Structure de reflecteur selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'angle au somMet du fond de cuve supportant le matelas protecteur est de l'ordre de 1200. 4. Structure de réflecteur selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisée en ce que le bloc de graphite est rendu mobile verticalement par un système i crémaillère et roue dentee. 5. Structure de réflecteur selon l'une quelconque des revendications l a 3, caractérisée en ce que leoc de graphite est rendu mobile verticalement par un systme-a vis-écrous.