Brevet FR2460026A1 — publié le 19810116

Dispositif collecteur pour les éléments combustibles entrant en fusion d'un réacteur nucléaire. La présente invention concerne un dispositif collecteur pour les éléments combustibles entrant en fusion d'un réacteur nucléaire comportant une chute disposée en dessous du réac- teur dont la section superficielle correspond au moins à la surface de base du coeur du réacteur laquelle conduit à un bassin collecteur pour les éléments combustibles qui descen- dent,lequel a une surface suffisamment grande et est disposé horizontalement en dessous de la fondation du réacteur tandis que la chute débouche au-dessus du bord surélevé du bassin collecteur. Dans le cas des réacteurs nucléaires et autres installations nucléaires on doit éviter que le matériau radio-actif se dis- perse dans l'environnement. En particulier on doit éviter que les éléments combustibles qui fondent lors d'un emballement d'un réacteur nucléaire ne s'enfoncent dans le sol parce qu'il pourrait en résulter une détérioration de l'environne- ment nuisible biologiquement de longue durée. Dans le dispositif collecteur décrit dans la demande de brevet publiée allemande N0 2 614 187- lequel constitue l'art connu, le bassin collecteur est disposé fixe et au centre directement en dessous du coeur du réacteur. Les éléments combustibles qui entrent en fusion descendent de ce fait par la chute directement dans le bassin collecteur respectivement 2 2460026 sur les pointes des barres de poison nucléaire disposées dans celui-ci. Aux hautes températures possibles (28001C) celles-ci fondent également et deviennent de ce fait inuti- lisables. Le bassin collecteur est relativement petit et dimensionné de manière que les perticules fondues du coeur du réacteur ne peuvent se combiner pour donner une masse criti- que. Si le petit volume réservé dans le bassin collecteur- n'est pas suffisant pour recevoir les éléments combustibles en fusionla chute doit aussi recueillir du matériau en fu- sion ce qui entraîne avec soi le danger d'un percement par fusion et de la formation d'une masse critique dans le lit en dessous de la chute et du bassin collecteur. La garniture en brique prévue dans ce lit n'offre également aucune pro- tection satisfaisante. En gros la protection contre une catastrophe assurée par le dispositif collecteur connu ne - parait pas être suffisante dans tous les cas. La présente invention a pour but de fournir un dispositif de sécurité qui offre la sécurité maximale possible contre la pénétration de matériau fissible dans le sol au voisinage d'un réacteur nucléaire ou d'une installation nucléaire. Ce but est atteint conformément à l'invention par le fait que le bassin collecteur et la chute sont montés mobiles l'un par rapport à l'autre. Avec l'invention on obtient que dans le cas d'une panne res- pectivement d'un "emballement" du réacteur aboutissant à-un écoulement des éléments combustibles, les éléments combusti- bles seront arrêtés par la fondation du réacteur et ils seront d'abord conduits -delà par la chute au dispositif de mise en dépôt qui est conçu de telle manière qu'il collecte avec sécu- rité le matériau radio-actif même lorsque celui-ci se trouve à l'état fondu et le subdivise de telle manière que ne puisse se produire une agglomération critique du matériau fondu. Selon une forme de réalisation de l'invention le dispositif 3 2460026 de mise en dépôt est constitué par un bassin rotatif de grand diamètre disposé horizontalement au-dessous de la fondation du réacteur et la chute débouche au-dessus d'un bord surélevé du bassin rotatif. Pour obtenir une division régulière du matériau radio-actif dans le bassin rotatif,celui-ci peut être monté au droit de son fond sur un roulement à billes et il peut être mis en rotation lente au moyen d'un dispositif à fluide sous pression. D'autre part et selon une autre forme de réalisation de l'in- vention la chute est montée à rotation et le bassin collec- teur est concentrique au coeur du réacteur. Le bassin collecteur sera avantageusement constitué de telle manière qu'il rende impossible un percement par fusion du matériau radio-actif à travers sa paroi. Ceci est obtenu selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention par le fait que le bassin rotatif est constitué en un matériau résistant à la corrosion, comme l'acier inoxydable, sous forme d'une paroi épaisse, avec une couche de recouvrement en une porcelaine industrielle vitrifiée réfractaire. Afin de pouvoir collecter en toute sécurité la totalité des éléments combustibles contenus dans le coeur du réacteur dans le cas d'un écoulement, la chute a de préférence une largeur de l'ordre de grandeur du double de la largeur du coeur du réacteur. Conformément à-ce but la chute s'étend, depuis un emplacement dans la semelle du réacteur, verticalement vers le bas et passe par une zone de raccordement courbe à une partie de débouché horizontale s'appuyant de façon coulissan- te sur le bord périphérique surélevé du dispositif collecteur. Conformément à ce but la chute a une section en coupe courbe en forme d'auge et est constituée en un matériau résistant à la corrosion comme l'acier inoxydable avec un revêtement superficiel en porcelaine industrielle. 4 2460026 Le fond du dispositif collecteur est de préférence garni jus- qu'à environ les deux tiers de sa hauteur effective avec une couche d'un matériau modérateur ou ralentisseur et d'une charge, de préférence un mélange homogène de 1/6 de débris de verre, 2/6 de ciment, 1/6 de cubes d'acier comme éléments modérateurs et 2/6 de barytine comme charge. Pour assurer une sécurité supplémentaire et selon un autre aspect de l'invention, on prévoit une cuve de protection sup- plémentaire dont le fond s'étend en dessous de la chute et du dispositif capteur et qui,par son bord supérieur constitué par un mur s'élevant audessus de la surface supérieure du sol,enferme la totalité du bâtiment du réacteur contenant le matériau radio-actif. D'autres caractéristiques de la présente invention apparaî- tront à la lecture de la description détaillée d'un exemple de réalisation de l'invention, faite ci-après avec référence au dessin ciannexé dans lequel La figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif de sécurité pour réacteur nucléaire selon l'inven- tion; la figure 2 est une vue en plan schématique du dispositif de sécurité selon l'invention dans laquelle la cuve de protection supplémentaire ainsi que la surface du sol au-dessus du disposi- tif de mise en dépôt et de la chute ne sont pas représentées et la figure 3 est une vue partielle avec arrachement selon la flèche III de figure 1. Le dispositif de sécurité illustré s'étend principalement au- dessous du bâtiment d'un réacteur atomique 1 avec un coeur de réacteur 3 disposé à l'intérieur de la coupole 2 avec les éléments combustibles 4. Sur la semelle 5 de la coupole du réacteur 1 est branchée une chute 6 d'abord verticale s'éten- dant vers le bas qui se transforme par une zone de transition courbe 7 en une zone de sortie horizontale 8. Dans la zone de 2460026 transition courbe la chute 6 est supportée par un massif 9. La chute est, en coupe, en forme d'auge (Fig. 3) et a une largeur environ le double de la largeur du coeur du réacteur 3 sous lequel s'étend,en étant recouverte,la zone de transi- tion 7 (Fig. 2). La chute est constituée pour l'essentiel d'une couche de base en acier inoxydable épaisse d'environ 10 cm sur laquelle est appliquée une couche Il épaisse également d'environ lOcm en porcelaine industrielle dure qui est vernie plusieurs fois. La zone de sortie horizontale 8 de la chute est supportée par sa face inférieure sur un palier lisse 12 sur le-bord surélevé 13 d'un bassin rotatif 14. Le bassin rotatif 14 est monté à rotation à la périphérie de son fond 15 par un roule- ment à billes 16 sur une semelle en anneau 17 et est entraîné en rotation lente par un système hydraulique 18. Selon un exemple de réalisation le bord surélevé 13 a une hauteur de 3 m et le fond 15 a un diamètre égal à quatre fois la longueur des barreaux de combustible 4. De même le bassin rotatif 14 a une base 19 en acier inoxyda- ble d'environ lOcm d'épaisseur qui est revêtue par une couche superficielle 20 en porcelaine industrielle dure. Cette cou- che 20 est deux fois autant de fois vernie que la couche 11 de la chute 6. Le volume interne du bassin rotatif 14 est rempli jusqu'à environ deux tiers de sa hauteur avec un mélange homogène de 1/6 de débris de verre, 2/6 de ciment, 1/6 de cubes en acier avec des dimensions de 10 x 10cm comme éléments modérateurs et 2/6 de barytine comme charge. Le mélange est à l'état libre et protégé de l'humidité. Sa surface supérieure est désignée par la référence 21 dans la figure 1. De plus peu- vent être également avantageusement ajoutés au mélange des dalles d'ardoise d'environ 10 x lOcm ainsi que des morceaux 6 2460026 de briques de graphite de même superficie. Le but de ce mélange est, en cas de catastrophe, de ralentir avec sécurité l'élément combustible arrivant sur la chute 6 pour éviter un écoulement supplémentaire et de capter en outre le rayonnement radio-actif. Le bassin rotatif 14 est accessible par un accès 22 depuis la surface du sol 23 par une chambre qui est également isolée de l'environnement par une coupole 24. Dans cette coupole dé- bouche également un tube d'aspiration 25 qui sert à l'aspi- ration des gaz radio-actifs. Ceux-ci peuvent ainsi être évacués à partir de l'orifice supérieur 26 dutube d'aspiration vers un dispositif de stockage de sécurité, par exemple dans des réservoirs à gaz étanches revêtus avec de la barytine ou similaire. L'ensemble de la construction représentée y compris les dispositifs de sécurité est, pour une protection supplémen- taire, entouré par une cuve de protection 27 avec un fond de cuve 28 s'étendant en dessous du bassin rotatif 14 et un mur latéral fermé 29 lequel s'élève jusqu'au-dessus de la surface du sol 23 sous la forme d'un mur de clôture 3, par exemple jusqu'à une hauteur de 2 mètres au-dessus de la surface du sol 23 et entoure ainsi l'ensemble de la construction de l'installation atomique contenant le matériau radiant. La cuve de protection est constituée par un béton à la barytine et a une épaisseur de paroi de 1 à 2 mètres. Avantageusement son fond est recouvert avec le même mélange homogène d'élé- ments retardateurs et de charge comme cela est décrit ci- dessus pour le bassin rotatif 14. Dans ce but il est avanta- geux d'ajouter au mélange des plaques d'ardoise ainsi que des morceaux de briques de graphite d'environ 10 x 10cm. Pour éviter aussi tout dégagement aérien de matériau radio- actifles entrées et sorties ainsi que les accès doivent 7 2460026 passer au-dessus du mur de protection 30 sous la forme d'escaliers ou de rampes. Tandis que la chute 10 et le bassin rotatif 14 peuvent être réalisés avec des dépenses admissibles pour les réacteurs nucléaires déjà existants, la dépense pour réaliser a poste- riori une cuve de protection 27 ne serait plus supportable économiquement. La cuve de protection peut surtout être envi- sagée plus particulièrement pour les nouvelles constructions. Dans le cas d'une catastrophe avec des éléments combustibles qui s'écoulent ou un coeur de réacteur 3 qui s'écoule en tota- lité,les éléments combustibles sont recueillis en douceur par la chute 6 et étalés régulièrement par la partie d'embouchure 8 sur la surface supérieure 21 et ils se distribuent en étant répartis régulièrement-dans le bassin rotatif 14 mis en rota- tion par exemple automatiquement en cas de catastrophe. De ce fait les éléments combustibles peuvent rester là sans entraver le travail de réparation dans le réacteur 1 jusqu'à leur évacuation.- Un dispositif d'aspiration, non représenté, raccordé à la con- duite d'aspiration 25 est également mis en route en cas de catastrophe aussitôt qu'il est établi que des gaz radio-actifs se trouvent soit dans la chambre à l'intérieur de la coupole 2 ou au-dessus de la surface supérieure 21 du bassin rotatif -14 recouvert par les éléments combustibles échappés. De tels gaz sont alors aspirés et évacués dans une chambre protégée respectivement directement dans un réceptacle à gaz imperméa- ble au rayonnement. La tubulure d'aspiration 25 peut être ouverte et fermée hydrauliquement ou mécaniquement et non électriquement pour éviter le risque d'explosion. Elle est munie pour éviter la fuite d'un gaz quelconque d'une protec- tion qui est actionnée après chaque prélèvement, de préfé- rence automatiquement. L'homme de l'art n'a besoin d'aucune donnée plus précise pour 8 2460026 la réalisation d'une chute telle que les éléments combusti- bles s'écoulant en glissant sur la chute 6 prennent une vi- tesse suffisante pour atteindre dans la zone de sortie 8 une vitesse suffisante pour tomber dans le bassin rotatif 14. La chute est de plus réalisée de manière qu'elle recueille lors d'une fuite le plasma nucléaire atomisé en forme de billes et le fasse tomber sous forme de billes ou de gouttes dans le bassin rotatif. Selon une autre forme de réalisation non représentée dans le dessin, le bassin de réception qui est pour le reste cons- truit comme ci-dessus décrit, est fixé et disposé concentri- quement au coeur du réacteur. La chute 6 qui est également réalisée selon l'art illustré est dans ce cas montée à rota- tion. Ceci est avantageux dans la mesure o la masse de celle-ci est plus faible que celle du bassin de réception ce qui conduit, d'une part, à la réalisation d'un palier plus simple et, d'autre part, à une réduction de la puissance de propulsion nécessaire. L'effet de réception, respectivement de distribution, est obtenu dans ce cas d'une manière analogoe à celle du premier mode de réalisation. Revendications 1. Dispositif collecteur pour les éléments combustibles entrant en fusion d'un réacteur nucléaire comportant une chute (6) disposée en dessous du réacteur dont la section superficielle correspond au moins à la surface de base du coeur du réacteur laquelle conduit à un bassin collecteur(14) pour les éléments combustibles qui descendent lequel a une surface suffisamment grande et est disposé horizontalement en dessous de la fondation du réacteur tandis que la chute débouche au-dessus du bord surélevé (13) du bassin collec- teur, caractérisé en ce que le bassin collecteur (14) et la chute (6) sont montés mobiles l'un par rapport à l'autre. 2. Dispositif collecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bassin collecteur (14) est monté à rotation et est excentrique par rapport au coeur du réacteur. 3. Dispositif collecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chute est montée à rotation et le bassin collecteur concentriquement au coeur du réacteur. 4. Dispositif collecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le bassin récepteur (14) est monté sur le bord de son fond (15) sur un roulement à billes (16) et entrainable en rotation lente par un dispositif d'entraîne- ment à fluide sous pression (18). 5. Dispositif collecteur selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisé en ce que le bassin collecteur (6) est constitué en un matériau (19) résistant à la corrosion, comme l'acier inoxydable, sous forme d'une paroi épaisse, avec une couche de recouvrement (20) en une porcelaine industrielle vitrifiée réfractaire. 6. Dispositif collecteur selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, caractérisé en ce que la chute (6) a une largeur de l'ordre de grandeur du double de la largeur du coeur (3) du réacteur. 7. Dispositif de sécurité selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 6, caractérisé en ce que la chute (6) s'étend, depuis un empla- cement dans la semelle (5) du réacteur, verticalement vers le bas et passe par une zone de raccordement courbe (7) à une partie de débouché horizontale (8) s'appuyant de façon coulissante sur le bord périphérique surélevé (13) du dispo- sitif collecteur (14).de manière que le matériau tombant en glissant sur la chute tombe de lui-même dans le dispositif collecteur (14). 8. Dispositif de sécurité selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 7, caractérisé en ce que la chute (6) a une section en coupe courbe en forme d'auge. 9. Dispositif de sécurité selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 8, caractérisé en ce que la chute (6) est constituée en un maté- riau résistant à la corrosion (10) comme l'acier inoxydable avec un revêtement superficiel (11) en porcelaine industriel- le. 10. Dispositif de sécurité selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 9, caractérisé en ce que le fond (15) du dispositif collecteur (14) est recouvert par une couche d'un matériau modérateur et d'une charge. 11. Dispositif de sécurité selon la revendication 10, caractérisé en ce que la couche (21) de matériau modérateur est constituée par un mélange homogène de 1/6 de débris de verre, 2/6 de ciment, 1/6 de cubes d'acier comme éléments la 2460026 modérateurs et 2/6 de barytine comme charge et occupe environ les deux tiers de la hauteur utile du dispositif capteur. 12. Dispositif de sécurité selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 11, caractérisé en ce que le dispositif capteur (14) disposé sous la terre est accessible par une entrée 22 protégée au-dessus du sol. 13. Dispositif de sécurité selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 12, caractérisé en ce qu'une conduite d'aspiration (25) protégée pour l'évacuation contrôlée des gaz est prévue à partir de la zone de réception. 14. Dispositif de sécurité selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 13, caractérisé en ce qu'une cuve de protection supplémentaire (27) est prévue, cuve dont le fond (28) s'étend en dessous de la chute (6) et du dispositif capteur (14) et qui par son bord supérieur constitué par un mur (30) s'élevant au-dessus de la surface supérieure du sol enferme la totalité du bâti- ment du réacteur contenant le matériau radio-actif.