Brevet FR2432198A1 — publié le 19800222

La présente invention concerne les conteneurs utilisés pour le stockage et le transport des combustibles irradiés. Depuis l'apparition à l'échelle industrielle de produits radio-actifs en quantité importante, de nombreux conteneurs de transport ont été réalisés en plomb, matériau efficace pour la protection contre les dangers de radiation en raison de sa forte densité et de son nombre atomique élevé. Au fur et à mesure de l'accroissement en activité des sources, sont apparus les problèmes d'évacuation de chaleur de l'intérieur vers l'extérieur du conteneur mettant en jeu la transmission par conduction à travers la paroi de celui-ci. Cette dernière est généralement constituée de l'altern & ce, de l'intérieur vers d'une ttle intérieure en acier inoxydable, dtune couche de plomb épaisse et d'une coque extérieure de protection en acier d'épaisseur variable.L'influence de la conduction est importante au regard des températures atteintes par les sources radio-actives confinées à l'intérieur pour lesquelles des valeurs maximales sont à respecter pour maintenir le confinement des produits radio-actifs dans leurs gaines de sécurité. la construction dite "sandwich" est celle qui permet d'obtenir la meilleure conduction. Dans les réalisations connues, le plomb est mis en oeuvre par coulée dans des coffrages, ceux-ci étant en général les parois meme du conteneur de transport. Or, le plomb possède à la fois une grande variation de volume au cours de sa solidification et un coefficient de dilatation supérieur à celui de l'acier à sa phase solide.De ce fait, la couche de plomb est en général adhérente et contractée autour de la virole intérieure en acier inoxydable mais se décolle de la coque extérieure créant un intervalle annulaire rempli d'air très néfaste à la transmission de la chaleur entre le plomb et la dite coque extérieure. Certaines réalisations consistent, pour remédierà cet inconvénient, à garnir intérieurement la coque externe d'ailettes de cuivre soudées noyées dans le plomb ; d'autres procédés consistent à remplir a' froid cet intervalle avec des compositions chimiques telles que pltre, résine ou autres. Ces procédés présentent l'inconvénient d'erre coûteux et bien qutap- portant une amélioration ne peuvent supprimer ce phénomène de retrait. Le procédé, suivant l'invention, permet de réaliser une fabrication sandwich de conteneurs dans lesquels les surfaces en contact des pièces constitutives s'épousent rigoureusement et sont mises en compression calculable au gré du constructeur. Le procédé, objet de l'invention, consiste à réaliser un premier ensemble comprenant l'alvéole interne et une couche de plomb ayant l'épaisseur définitive moins une certaine épaisseur réduite de tordre de un centimètre par exemple. Cette première opération s'effectue selon les méthodes classiques de coulée dans un coffrage perdu en acier dont les tolérances sont peu précises mais qui, après démoulage du coffrage externe donne un noyau dont on peut vérifier lthomogénéité par gammamétrie et examen visuel extérieur. Ce noyau est ensuite placé à l'intérieur de la coque extérieure définitive sur laquelle il est possible de réaliser les soudures terminales l'épaisseur d'acier notant par jointive avec le plomb.Après avoir porté la coque extérieure à une températu- re déterminée la lame d'air jouant le rible d'isolant évitant toute incidence sur le noyau de plomb, il est procédé à une injection très rapide de la faible quantité de plomb liquide nécessaire pour réaliser le remplissage du vide annulaire. Cette lame de plomb subit un retrait de très faible amplitude compte-tenu de sa faible épaisseur. Par refroidissement, la coque externe réalise un frettage parfait sur le noyau de plomb. Les dessins annexés illustrent un mode de réalisation d'un conteneur conforme à la présente invention, ainsi qu'un type de réalisation antérieure. Ctest ainsi que - la figure 1 représente un conteneur dont l'enveloppe extérieure est équipée intérieurement d'aiglettes soudées noyées dans le plomb, - les figures 2 et 3 représentent deux phases de mise en oeuvre du procédé d'obtention d'un conteneur selon l'invention. Selon la figure 1, le conteneur est constitué d'une virole intérieure 1 en acier et d'une coque externe 2 également en acier concentrique à la virole 1 l'espace annulaire ainsi constitué étant rempli par une coulée de plomb 3. Ce matériau subit au moment de sa solidification un retrait par rapport à la ccque externe, d'où la création d'une lame d'air circulaire 4 néfaste à une bonne transmission de la chaleur de l'intérieur vers l'extérieur. Pour remédier à cet inconvénient il est prévu dans la forme de réalisation illustrée en figure 1 de souder sur la face intérieure de la coque externe 3 des ailettes rayonnantes 5 en cuivre.Celles-ci disposées à intervalles réguliers selon des génératrices comportent généralement un pliage en leur extrémité afin d'assurer un ancrage en mbme temps qu'un moyen de transmission de la chaleur. Les figures 2 et 7 aideront à comprendre les phases d'obtention d'un conteneur en application du procédé, objet de l'invention. Dans un moule provisoire constitué de la virole intérieure définitive 6 et d'un coffrage extérieur concentrique, il est procédé à la coulée d'une couche annulaire 7 de plomb ou d'alliage de plomb dont l'épaisseur est inférieure d'environ un cen trimètre à l'épaisseur définitive à obtenir. Le démoulage donne un noyau dont il est possible de vérifier l'homogénéité par gammamétrie et examen visuel extérieur. Ce noyau est ensuite placé dans la coque externe définitive 8 sur laquelle il est possible de réaliser sans difficultés des soudures terminales, la dite coque n'étant pas jointive au noyau de plomb. On peut connaitre de façon précise, par le calcul, les températures atteintes par le conteneur en fonctionnement habituel dans la mesure où les interfaces de conduction présentent d'excellentes caractéristiques de transfert. D'autre part, on connait avec précision les coefficients de dilatation de l'acier et du plomb en phase solide.Le gradient de température étant connu en fonctionnement, il suffit de créer dans l'assemblage un gradient différent et éventuellement inverse, la paroi extérieure pouvant être amenée à une température supérieure à celle du noyau central en plomb, cette opération étant rendue possible par le fait que la lame d'air 9 de l'ordre du centimètre joue le r & d'isolant entre les deux parties de l'assemblage. I1 suffit alors d'opérer une injection très rapide de la faible quantité de plomb ou d'alliage de plomb nécessaire au remplissage de l'espace annulaire, cette opération ne risquant pas de modifier l'équilibre thermique existant en raison de la faible quantité de plomb mis en oeuvre et de la rapidité d'exécution de ce remplissage.Cette quantité de plomb en se refroidissant effectue un retrait de très faible amplitude en raison de sa faible épaisseur. Le retour à l'état isotherme normal du conteneur ainsi réalisé provoque un frettage parfait de la coque externe sur le noyau de plomb. Les surfaces de contact sont en concordance géométrique parfaite en raison de ce quelles ont été obtenues par moulage, les pressions de contact étant conformes aux calculs. Eh fonctionnement, le conteneur sera en pression encore légèrement accrue, sans toutefois que les limites élastiques des aciers utilisés ne soient dépassées. L'invention ne se limite aucunement au mode de réalisation spécialement décrit, mais elle admet toutes les variantes possibles à condition que cellesci ne soient pas en contradiction avec objet de chacune des revendications annexées è la présente description. C'est ainsi que les conteneurs peuvent etre cylindriques ou non et comporter éventuellement, pour des raisons de liaison, des ailettes sur les parois des viroles. Le procédé, objet de l'invention,s'applique è la fabrication de tous conteneurs dont les parois sont constituées de matériaux sandwiches et plus particulièrement è la fabrication de conteneurs de combustibles irradiés. - REYENDICATIONS 1. - Procédé de fabrication de conteneurs et plus particulièrement de ceux destinés au stockage et au transport de combustibles irradiés, dont les parois sont constituées selon le principe de construction dite sandwich de l'intérieur vers l'extérieur du conteneur dune alvéole interne en acier, d'une couronne de plomb, ou d'alliage de plomb et d'une coque externe en acier, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser un premier moulage de la dite couronne de plomb, sur l'alvéole interne siDn une épaisseur inférieure à l'épaisseur définitive désirée, 9 placer ce premier ensemble obtenu concen triquement à l'intérieur de la coque externe de façon à réaliser un espace annulaire, dans lequel est injectée la faible quantité de plomb nécessaire pour obtenir le remplissage du dit espace annulaire, après avoir préalablement porté la coque externe à une certaine température, le refroidissement de celle-ci réalisant un frettage sur la couronne de plomb, avec une pression donnée déterminable à l'avance par calculs. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'dpaisseur de la couronne de plomb est inférieure à l'épaisseur définitive d'environ un centimètre, l'espace annulaire ainsi réalisé créant une lande air isolante permettant de réaliser certaines soudures terminales et de porteur la coque externe à la teipérature désirée sans incidence sur la dite couronne de plomb portée à une température différente. 5.- Conteneur réalisé par application du procédé de fabrication selon les revendications 1 et 2, avec alvéole interne et coque externe en acier de section circulaire ou non. 4.- Conteneur réalisé par application du procédé de fabrication selon les revendications1 et 2, avec couque interne pouvant comporter pour des raisons de tenue mécanique quelques renforts qui se trouvent noyés dans le plomb.