Brevet FR2435784A1 — publié le 19800404

La présente invention a pour objet une dhaudiere nucléaire refroidie par de l'eau comportant une structure d'arrêt de matériaux fondus. De façon plus précise, la présente Invention concerne une enceinte dite de c3nfinenent pour un réacteur nucléaire du type å eau sous pression. On sait que dans une chaudière nucléaire & eau sous pression, on-trouve, d'une part, une cuve de réacteur nucléaire qui contient le coeur, associée à des pompes et a des échangeurs pour faire circuler l'eau de refroidissement du coeur et pour récupérer la chaleur contenue dans oette eau, cet ensemble constituant le réacteur nucléaire proprement dit et, d'autre part, une enceinte dans laquelle est placé le réacteur nucléaire. L'invention concerne plus particulièrement la structure de cette enceinte, le réacteur nucléaire étant d'un type classique par exemple, à eau sous pression. Les enceintes dites de oenfinement des réacteurs nucléaires à eau sont constituées d'une part par un radier qui sert de base l'ensemble de l'enceinte et, d'autre part, par une paroi latérale et un plafond. Les études effectuées sur le déroulement des accidents possibles montrent qu'en cas d'accidents suivis des défaillances des systèmes de renoyage du coeur, et å la suite de la fusion du coeur nucléaire, on risque un percement du fond de la cuve du réacteur nucléaire et du radier de l'enceinte de confinement par les produits fondus provenant de ces différents-phénomènes de fusion. Il s'ensuivrait une fuite radioactive vers l'atmosphère ou vers les eaux souterraines. On risque également des explosions internes par réaction chimique et par réaction thermodynamique entre le matériau fondu très chaud et l'eau liquide. De façon plus précise, la présente invention concerne une structure particulière de l'enceinte de con- finement du réacteur qui permet, d'une part, l'implantation de réservoirs de stockage d'eau borée et d'autre part, et surtout, des dispositions particulières qAi permettent, mtme en cas de fusion de la cuve résultant de l'incident décrit ci-dessus, d' éviter un percement du xaaier, c' est--dire du fond de cette enceinte de. confinent De façon - encore plus précisez l'invention concerne une structure particulière ai radier de enceinte de conf i- nement dans sa partie centrale disposée en-dessous de la cuve du réacteur nucléaire qui permet d'éviter un percement de ce radier, en utilisant un.e fraction de l'eau borée ainsi stockée. Dans ce but, l'invention concerne une chaudière nucléaire comprenant une enceinte-de confinement comportant un radier inférieur, une cuve munie a'un fond et contenant. le coeur du réacteur avec ses assemblages combustibles, et des structures bétonnées internes a ladite enceinte-de confinement, lesdites structures comprenant au moins un fût central vertical cylindrique reposant sur ledit radier et supportant à son extrémité supérieure ladite cuve, et des compartiments communicants de stockage d'eau borée, caractérisée en ce qu'elle comprend en Outre un assemblage compact reposant sur ledit radier a l'intérieur dudit fût cylindrique et en-dessous du fond de la cuve, ledit assemblage étant réalisé en un matériau apte a ne pas produire de réactions explosives avec les matériaux fondus provenant des constituants supérieurs, ledit assemblage étant traversé de part en part par des tubes parallèles non verticaux qui débouchent à leurs deux extrémités dans les compartiments communicants de stockage d'eau borée. L'assemblage est réalisé de préférence en une roche réfractaire telle que le basalte ou en plomb, sous forme d'éléments empiles. De toute façon, l'invention sera mieux oomprise à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de mise en oeuvre de l'invention donnés a. titre d' exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles on a représenté - sur la figure 1, une vue en ooupe verticale d'un premier mode ae réalisation de l'enceinte de confinement., comportant les structures de protection du radier, et - sur la figure 2, une yue partielle montrant une variante de réalisation .de cette iaéme enceinte de confinement. Sur la figure 1, l'enceinte de confinement est constituée par un radier 2, une paroi latérale 4 et un plafond 6, 1' ensemble constituant une enceinte étanche., La paroi latérale 4 et le plafond 6 de l'enceinte sont xeali- sés en béton prêcontraint. ss l'intérieur de cette enceinte, on trouve ùne structure en béton servant au supportage du réacteur nucléaire Cette structure est constituée d'une part par un fut cylindrique 8 en béton armé reposant sur le radier 2 et, d'autre part, par un plancher épais hori- zontal 10 supporté par le fut 8 et par une jupe périphérique 12 reposant également sur le radier 2.Entre le radier 2 et le plancher 10, on trouve des cloisons rayonnantes telles que 14 qui partagent l'espace limité par le fut 8 et la jupe 12 en une pluralité de compartiments tels que les compartiments 16a et 16b visibles sur la figure 1. La cuve 18 du réacteur, son échangeur 20 et sa pompe 22 associés sont supportés par le plancher 10 et par le fut cylindrique 8 qui se prolonge au-dessus de la cuve par une structure bEton- née 24 constituant une piscine pour les opérations de chargement et de déchargement des assemblages oombustibles formant. le coeur du réacteur On voit que selon ce mode de réalisation, il n'y a aucune liaison entre les structures internes en béton et la paroi latérale 4 de l'enceinte. En oansdquence, ces deux parties de l'ouvrage peuvent évoluer sous les charges qui leur sont imposées sans introduire de contraintes localisées dans la paroi 4 d'étanchéité. Au moins certains des compartiments 16a et 16b servent de réservoirs de stockage pour 1' eau borée dont on verra ultérieurement l'utilisation. L'espace 26 interne 9 la jupe cylindrique 8 comporte à sa partie inférieure un assemblage compact 28 qui est donc disposé immediatement endessous de la cuve 18 du réacteur nucléaire. Cet assemblage compact 28 est traversé: par une pluralité. de tubes Sncli- nés 30 qui traversent cet assemblage 28 et la jupe 8 de part en part,. si bien que ces tubes 30 qui sont substantiellement parallèles entre eux débouchent dans les compartiments 16a et 16b. En d'autres texmes, ces tubes sont xenplis par l'eau borée contenue dans les réservoirs 16a et 16b, qui communiquent entre eux grâce à des ouvextures 32 disposées dans les cloisons radiales 16, L'assemblage 28-neut Btre composé de blocs élementai- res taillés ou coulés jointifs, remplissant,. aux jeux.de dSla- tation prés, l'espace entre les tubes ; ces blocs sont par. exemple en plomb, pour refroidir par fusion et dilution les corps fondus qui s'écoulent, de haute densité et chargés de produits radioactifs à haute puissance résiduelle. Les blocs pouvant étre en matériau réfractaire tel que le basalte, pour assurer un maintien mécanique des tubes violemment chauffés extérieurement et limiter l'étendue géométrique de leurs zones de rupture et ainsi prévenir l'apparition d'explosions d'origine thermodynamique. Ils peuvent enfin être de plusieurs natures, pour combiner les comportements correspondants. A titre d'exemple, les tubes 30 peuvent avoir un diamètre de l'ordre de 100 mn et une épaisseur de 8 mm répar- tis au pas triangulaire de 30(8nom sur une epaisseur de l'ordre de 2 à 3 m. Ces tubes sont inclinés avec un angle de l'ordre de 200 sur l'horizontale. Le volume supérieur d'air au- dessus du niveau N de l'eau borée dans les compartiments 16a et 16b est mis en communication avec l'intérieur de 11 enceinte de confinement par une cheminée 34 munie d'un filtre 36, ce qui permet en marche normale d'utiliser pour les deux espaces des circuits de climatisation distincts et d'améliorer ainsi les conditions d'accès à lI espace inférieur en cas de besoin pendant la marche du réacteur. On n'a pas représenté les installations d'accès qui relèvent de techniques classiques. Des pompes telles que 36 permettent d'injecter par la canalisation 36' de l'eau borée dans le circuit primaire entre la cuve di réacteur et les échangeurs et les pompes ; de mime, des-pompes telles que 38 sont reliées au système d'aspersion 38' de 1' enceinte de confinement. Ces pompes sont de préférence du type a moteur immergé pour simplifier leur refroidissement. Elles doivent pouvoir fonctionner pour des. élévations prévues de température On a figuré également des circuits de relâchement 40 et 42 qui permettent de faire communiquer les réservoirs 16 et l'intérieur de l'espace de confinement avec l'extérieur de l'installation, ces circuits de relâchement étant bien entendu munis de soupapes ou vannes et de filtres. On a égal lement représente schématiquenent un circuit 46 de refroidissement du réservoir 16a qui comporte les serpentins 46'.Ce circuit permet de régler la températue- de l'eau boréè dans les compartiments de stockage en fonctionnement noxmal et d'extraire la chaleur en cas d'accident dès que l'on dispose d'une source froide externe. Les pompes 36 et 38 ainsi que- ce circuit de refroidissement 46, 46' peuvent autre protégées par des écrans 48, 48' vis-à-vis de violents mouvements de l'eau borée. Sur la figure 2, on a représenté une variante de réalisation de 1' enceinte de confinement. Selon cette variante, le plancher 10' solidaire de la jupe du fflt cylindrique central 8 est directement solidaire de la paroi latérale 4' de enceinte de confinement. En d'autres termes, on ne retrouve pas la jupe périphérique 12. La partie inférieure de l'enceinte de confinement 4' portant la référence 4'a est construite en belon armé massif et la partie supérieure 4'b qui a une épaisseur réduite est réalisée en béton précontraint. Un gousset 4'c raccorde ces deux parties de la paroi. Des cheminées verticales 50 remplacent les orifices ménagés dans la jupe périphérique 12. Par exemple, elles sont réalisées en métal et sont. régulièrement réparties sur la périphérie du plancher 10'. On peut prévoir dans cette paroi un réseau de canaux 52 de barrage de fuites par de l'eau mise en légère surpression par le réservoir 54 situé au-dessus au niveau N. Le fonctionnement de l'installation en cas de fusion accidentelle de la cuve et, plus précisément de son fond, est le suivant : l'ensemble des matériaux en fusion sortant de la cuve qu.i sont constitués par exemple par le métal de la cuve et l'oxyde d'uranium fondu des assemblages combustibles se déverse sur la face supérieure de l'assemblage 28. Compte tenu de la constitution de cet assemblage (basalte ou plomb), celui-ci n'est attaqué que lentement par l'oxyde d'uranium fondu avec un faible dégagement de gaz. Une certaine quantité de dialeur est susceptible d'être évacuée par conduction jusqu'aux tubes 30 qui sont pleins d'eau, puis par convection naturelle dans les tubes jusqu'aux réservoirs de stockage 16a, 16b. Cependant, si la paroli de certains des tubes 30 vivent a étre percée, le contact entre le matériau fondu et l'eau provenant des tubes percés s'effectue de mzniere progressive et sans chocs mécaniques, dans un milieu hétérogène et alvéolaire susceptthle de faire obstacle au développement d'ondes de choc de grande énergie, comte il pourxaCt s'en développer par réaction thermodynamique si le contact s-' effec- tuait par coulée du matériau dans une cuve pleine d'eau. On voit donc que, -grace aux dispositions particulières de l'enceinte de confinement de la chaudière nucléaire, selon l'invention, l'installation peut supporter une fusion accidentelle de la cuve avec déversement d'oxyde d'uranium fondu sans qu'il s'ensuive un processus susceptible de provoquer une destruction de l'enceinte de confinement et en parti-culier du radier 5. On comprend qu'ainsi on résout un des problèmes de sécurité liés à une destruction de la cuve 40 du réacteur nucléaire a eau sous pression avec fusion du coeur. REVENDICATIONS 1. Chaudière nucléaire comprenant une enceinte de confinement comportant un radier inférieur, une cuve unie d'un fond et contenant le coeur di réacteur mrec ses assemblages combustibles, et des structures EXtonnées- internes à ladite enceinte de oonfinement, lesdites structures comprenant au moins un fat central vertical cylindrique reposant sur ledit radier et supportant a son extrémité supérieure ladite cuve, et des compartiments communicants de stockage d1 eau borée, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un assemblage compact reposant sur ledit radier a l'intérieur dudit fût cylindrique et en-dessous du fond de la cuve, ledit assemblage étant réalisé. en un matériau aphte a ne pas produire de réactions explosives avec le matériau fondu provenant desdits assemblages combustibles et des structures traversées, ledit assemblage étant traversé de part en part par des tubes paral lèles non verticaux qui débouchent à leurs deux extrémités dans les compartiments communicants de stockage d'eau borée. 2. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit assemblage est réalisé en blocs de matériau réfractaire. 3. Chaudière selon la revendication 2, caractérisée en ce que le matériau réfractaire est du basalte. 4. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit assemblage est réalisé en plomb. 5. Chaudière selon lune quelconque des revendications i a 4, caractérisée en ce que lesdits tubes font un angle de tordre de 200 avec l'horåzontale. 6. Chaudière selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdits tubes ont un diamètre de l'ordre de 100 mn.