Brevet FR2462001A1 — publié le 19810206

"Cuve pour réacteur à boulets avec dispositions pour la dilatation et la contraction." La présente invention se rapporte à une cuve pour un réacteur à boulets à haute température refroidi au gaz tel qu'il est par exemple décrit dans la revue allemande "Atomwirtschaftw de Mai i97l avec d'autres références bibliographiques. L'emplacement de plusieurs millions d'éléments combusti- bles en forme de boulets formant la zone fissile d'un- tel rEac- teur nucléaire est contenu dans une cuve qui présente une projection horizontale polygonale ou circulaire et se compose d'une paroi latérale et d'un fond en forme de trémie par lequel on peut retirer les éléments combustibles introduits par le haut et usés lors de leur passage dans la zone fissile. Le gaz de refroidissement traverse l'empilement de boulets de haut en bas, si bien que la température de fonctionnement de par exemple 950'C s'établit à proximité du fond et de la partie inférieure de la paroi latérale. Il s'ensuit que les différents blocs de graphite dont sont constitués le fond et la paroi latérale sont exposés à d'importantes dilatations et contractions thermiques à chaque démarrage et arrAt du réacteur. Dans le cas de la paroi latérale, les fentes entre les différents blocs sont déterminées de façon qu'elles se ferment lorsque la température de fonctionnement est atteinte et qu'il en résulte une cuve étanche dans laquelle il ne règne que des tensions de pression tangentielles; tandis qu'une ossature extérieure entourant la cuve empêche les blocs de la paroi latérale de se dérober dans le sens radial.Dans la zone de l'empilement de boulets, la dilatation des blocs de la paroi latérale ne pose aucun problème attendu que cet empilement sous l'action de forcesextérieuresse comporte comme un liquide, c'est-à-dire qu'il se dérobe vers le haut dans le cas présent. Une courbe de tension identique dans la paroi latérale ne peut s'établir dans la zone du fond que si ce dernier est également réalisé "tendre". On a essayé jusqu'ici de réaliser cette conception en prévoyant des fentes suffisamment grandes entre les différents blocs du fond à l'état froid.Si les blocs du fond sont placés non liés les uns à côté des autres, il peut toutefois arriver qu'après plusieurs dilatations et contractions de l'assemblage1 les différents blocs ne se trouvent plus exactement aux emplacements qui leur étaient destinés dans le réseau du fond, c'est-à-dire que la dimension des fentes entre les blocs varie de façon imprévisible d'un bloc à l'autre. Dans certains cas, les fentes peuvent également se fermer à l'état froid et provoquer un coincement de l'assemblage ou tout au moins la formation de forces de frottement considérables lors de la redilatation ultrjeùre. D'autres fentes, sous l'effet de l'addition de plusieurs écarts individuels par rapport à la valeur de consigRelpeuvent prendre une dimension considérable; dans ces fentes démesurées peuvent par exemple s'infiltrer des fragments d'éléments combustibles détruits ou également les "petits boulets absorbants" utilisés suivant une autre proposition connue pour l'arrêt secondaire du coeur du réacteur et entraver la dilatation ultérieure des blocs. La présente invention a par conséquent pour objet de réaliser une cuve dans laquelle les inconvénients précités soient supprimés. Au niveau de la transition entre la paroi latérale et le fond, il faut notaent empêcher qu'il ne se produise des états de tension différents. Les blocs du fond doivent pouvoir se dilater librement les uns par rapport aux autres sans que la paroi latérale ne soit soumise à des efforts supplémentaires. Entre les différents blocs du fond il faut par ailleurs qu'il/se produise que des fentes de dimensions limitées et calculables. Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que les blocs du fond sont raccordés entre eux et aux blocs-de la paroi latérale par des clavettes ajustées ou des saillies disposées dans des rainures correspondantes des blocs, que les rainures et is clavettes ajustées ou saillies sont disposées dans des plans verticaux qui forment un réseau polygonal régulier et que les fentes entre les blocs du fond et entre ceuxci et les blocs de la paroi latérale ne se ferment pas complètement même à la température de fonctionnement. En raccordant mutuellement les blocs de fond au moyen de clavettes ajustées ou de saillies façonnées sur les blocs on arrive à ce que la dilatation des blocs se produisant en cas d'augmentation de température s'effectue régulièrement dans tous les sens et que chaque bloc individuel conserve sa place dans le réseau même après le refroidissement. En agençant l'engrènement dans des plans verticaux on peut faire en sorte que les blocs au fond puissent se dilater sans entrave dans le sens vertical. Si les fentes entre les blocs du fond ne se ferment pas complètement même à la température de fonctionnement, le contact entre eux ne s'effectue que de façon définie grâce aux clavettes ajustées ou aux saillies. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les blocs du fond sont hexagonaux et le réseau des rainures et des clavettes ajustées ou des saillies est triangulaire. La forme hexagonale des blocs du fond et l'agencement de l'en- grènement en un réseau triangulaireoMbent la meilleure garantie pour une dilatation régulière souhaitée des blocs dans les sens désirés. Le réseau triangulaire se poursuit jusque dans la paroi latérale où les rainures prévues dans celles-ci sont également ajustées à ce réseau. Lors' de la transition d'un fond composé de différents hexagones à une paroi latérale en principe de forme circulaire il se produit des irrégularités pour des raisons géométriques. Il est donc proposé selon une caractéristique de l'invention de renoncer à l'agencement de blocs de remplissage de forme spéciale et de réaliser 15 blocs de la paroi latérale de façon qu'ils s'adaptent au contour extérieur irrégulier du fond de façon qu'il ne soit pas nécessaire de détruire le réseau choisi. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention la division ou ligne de joint entre les différents blocs de la paroi latérale est disposée radialement vers l'extérieur à chaque fois à partir d'un angle rentrant du contour intérieur. Selon une autre particularité de l'invention il est également prévu que la paroi latérale soit divisée en deux anneaux concentriques, l'annsu extérieur étant divisé en secteurs réguliers et les blocs de l'anneau intérieur étant raccordés aux blocs de l'anneau extérieur par des clavettes ajustées dispo sées dans des rainures radiales correspondantes. Selon une autre particularité de l'invention, la division ou ligne de joint entre ils différents blocs de la paroi latérale est disposée radialement à des distances régulières. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la division ou ligne de joint entre les différents blocs de la paroi latérale part à chaque fois d'un angle rentrant du contour intérieur pour aller à chaque fois à un point d'une division régulière du contour extérieur. Lequel de ces modes de réalisation est le plus favorable dans un cas déterminé dépend d'une série de facteurs qui ne peuvent être qu'effleurés ici. Le mode de réalisation avec paroi latérale divisée en deux anneaux concentriques apparaît la plus appropriée malgré le coût de fabrication élevé pour réaliser la transition du contour interne irrégulier aux organes supports disposés à distance régulière les uns des autres et avec lesquels la cuve s'appuie sur l'ossature extérieure. 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 une coupe longitudinale axiale d'un réacteur nucléaire à boulets ; - la figure 2 représente à échelle - agrandie une coupe transversale suivant I-I de la figure 1, les éléments combustibles étant enlevés ; - la figure 3 représente un détail de la figure 2 également d échelle agrandie. Un empilement de boulets 1 composé de plusieurs millions d'éléments combustibles en forme de boulets et formant la zone fissile du réacteur est contenu dans une cuve qui est constituée par une paroi latérale 2 sensiblement cylindrique creuse et par un fond 3 en forme de trémie. La paroi latérale 2 peut, comme représenté sur la figure 1 et dans le secteur b de la figure 2, être forméepar deux anneaux concentriques constitués par différents blocs de graphite 21 et 22. De la même façon, le fond 3 est formé par différents blocs de graphite 31 en forme de prismes hexagonaux dans l'exemple représenté. Les blocs 21 de la paroi latérale sont façonnés sur leur face interne de façon à s'engager dans le contour externe irrégulier du fond 3.Pendant le fonctionnement, des éléments combustibles frais sont amenés en permanence par des tubes appropriés Il à l'empilement de boulets 1 au niveau de son extrémité supérieure, tandis que des éléments combustibles usés sont extraits à l'extrémité inférieure par l'intermédiaire d'un dispositif de comptage et de séparation 12. Le gaz de refroidissement, de préférence de l'hélium, est insufflé à l'extrémité supérieure de la cuve, traverse l'empilement de boulets 1 de haut en bas et, à l'extrémité in inférieure, chauffée à la pleine température de service d'en vire; 950-C, est amené aux utilisateurs. Le circuit de refroidissement correspond aux constructions connues si bien que l'on peut renoncer ici à le décrire en détail.Pendant le fonctionnement normal, le réacteur est réglé au moyen de barres absorbantes 6 qui sont relevées et descendues et peuvent être enfoncées dans l'empilement de boulets pour l'arrêt du réacteur. En cas de défaillance de ce dispositif d'arrêt, on peut, à partir de réservoirs non représentés, introduire dans la cuve, par exemple par les tubes 11, des boulets en un matériau absorbant les neutrons, par exemple à base de bore. Comme les boulets absorbants sont sensiblement plus petits que les éléments combustibles, ils se répartissent dans l'empilement de boulets 1 et arrêtent ainsi le réacteur. Pour la remise en route ultérieure du réacteur, les boulets absorbants sont également extraits à l'extrémité inférieure de la cuve. A cet égard, il est nécessaire que les fentes se produisant en particulier à l'état froid entre les différents blocs du fond 31 restent suffisamment petites pour que les boulets absorbants ne puissent pas y pénétrer. A cet effet, les blocs 31 du fond et les blocs 21 de la paroi latérale sont munis sur leur face tournée vers le fond de rainures qui sont disposées en un réseau triangulaire régulier (représenté par des lignes en trait mixte sur la figure 2).Des clavettes ajustées 311 insérées dans les rainures ou des saillies 312 façonnées d'une seule pièce sur les blocs 31 du fond veillent~ à ce qlle chacun des blocs 31 du fond conserve sa place exacte dans l'assemblage du fond même.en cas de dilatations et de contractions consécutives répétées. La forme géométrique ressemble à celle qui a déjà été proposée dans le brevet français 1 214 246, pour les blocs modérateurs auxquels elle devait permettre aussi bien une dilatation thermique qu'une croissance de Wigner non entravée. Pour éviter des pertes d'écoulement sous l'effet des fentes, on veille dans ce cas à ce que ces fentes soient complètement fermées pendant le fonctionnement.Il n'en est pas de même ici, oùd l'inversessles fentes doivent rester maintenues entre les différents blocs 31 du fond même lors du fonctionnement afin de limiter le contact entre ceux-ci aux surfaces d'appui définies des clavettes ajustées 311 et des saillies 312. La forme représentée dans la partie supérieure de la figure 3 des blocs de fond 31 permet d'atteindre cet objectif avec un minimum de pertes de matériau à partir d'un flan cylindrique. Dans les secteurs désignés par a, b, c, et d de la figure 2, on a représenté différentes possibilités de transitiospour passer du contour interne irrégulier de la paroi latérale au contour extérieur le plus régulier possible.Ce point est nécessaire pour que la cuve puisse s'appuyer sur une ossature métallique 4 par l'intermédiaire de poinçons 41 (qui peuvent être également élastiques). Dans le secteur a, les lignes de joint entre les différents blocs 21 de la paroi latérale sont disposées à chaque fois radialement vers 11 extérieur à partir d'un angle rentrant du contour intérieur. Cela présente l'inconvénient de la division du contour extérieur qui est irrégulière. Dans le secteur b, on a donc placé autour d'un anneau intérieur formé de blocs 21 un vanneau extérieur formé de blocs 22, ce dernier présentant un e division régulière. Les blocs des deux anneaux sont mutuellement assemblés par l'intermédiaire de clavettes ajustées ou de saillies 221 disposées radialement et s'engageant dans des rainures correspondantes. Malgré la mise en oeuvre de moyens de construction assurément plus importants, la transition est résolue ici de façon la plus satisfaisante. Dans le secteur c, les lignes de joint partant d'une division régulière du contour extérieur sont dirigées radialement vers l'intérieur, ce qui donne certes le façonnage le plus simple pour les blocs 21 de la paroi latérale, mais qui peut également faire que les lignes de joint rencontrent le contour intérieur en des points défavorables, par exemple dans la zone d'une rainure. Dans le secteur d pour finir, les lignes de joint partent d'un contour extérieur divisé régulièrement pour aller aux angles rentrants du contour intérieur. Cela peut également conduire à ce que les différents blocs 21 de la paroi latérale ne conservent pas la forme cunéiforme désirée. Lors du montage, c'est-àdire à l'état froid, il existe entre les différents blocs 21 de la paroi latérale des fentes qui se ferment lorsque la température de fonctionnement est atteinte si bien que 1 'on réalise une cuve étanche avec seulement des tensions de compression tangentielles. L'ensemble du réacteur est installé dans un logement à l'intérieur d'une enceinte de protection en béton 5. REVENDICATIONS 1.- Cuve pour un réacteur nucléaire à boulets à haute température refroidi au gaz, constituéepar une paroi latérale formée de différents blocs en forme de segments et par un fond formé de différents blocs prismatiques, et dans laquelle à l'état froid il existe entre les blocs de la paroi latérale des fentes qui se ferment lorsque la température de fonctionnement du réacteur est atteinte, caractérisée par le fait que les blocs (31) du fond sont raccordés entre eux et aux blocs (21) de la paroi latérale par des clavettes ajustées (311) ou des saillies (312) disposées dans des rainures correspondantes des blocs, que les rainures et les clavettes ajustées (311) ou les saillies (312t sont disposées dans des plans verticaux qui forment un réseau polygonal régulier, et que les fentes entre les blocs (31) du fond et entre ceux-ci et les blocs (21) de la paroi latérale ne se ferment pas complètement même à la température de fonctionnement. 2.- Cuve selon la revendication 1, caractériée par le fait que les blocs (31) du fond sont hexagonaux et que le réseau des rainures et des clavettes ajustées (311 > ou des saillies (312) est triangulaire. 3.- Cuve selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que le fond (3) n'est formé que par des blocs entiers (31) et que la paroi latérale (2) est, au niveau de sa face interne, adaptée au contour du fond (3). 4.- Cuve selon l'une quelconque des revendications 1 b 3, caractérisée par le fait que la division entre les différents blocs (21) de la paroi latérale est disposée radialement vers l'extérieur à chaque fois à partir d'un angle rentrant du contour intérieur. 5.- Cuve selon la revendication 4, caractérisée par le fait que la paroi latérale (2) est divisée en deux anneaux concentriques, que l'anneau extérieur est divisé en secteurs réguliers et que les blocs (21) de l'anneau intérieur sont raccordés aux blocs (22) de l'anneau extérieur par des clavettes ajustées (221) disposées dans des rainures radiales correspondantes. 6.- Cuve selon 11 une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que la division entre les différents blocs (21) de la paroi latérale est disposée radialement à des distances régulières. 7.- Cuve selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que la division entre les différents blocs (21) de la paroi latérale part à chaque fois d'un angle rentrant du contour intérieur pour aller à chaque fois à un point d'une division régulière du contour extérieur.