Brevet FR2482354A1 — publié le 19811113

La présente invention a pour objet un rate lier de stockage au béton au bore neutrophage destiné au stockage à haute densité des combustibles nueléaires neufs ou irradiés lorsque la proximité de ces combustibles crée des densités susceptibles de provoquer la criticité. L'objet de l'invention se rattache au secteur technique nuchéaire référence G 21g : conversion des éléments chimiques, production de neutrons, modérateurs de neutrons. L'augmentation croissante de l'exploitation de l'énergie atomique nécessite une progression très importante des emplacements de stockage des assemblages de combustibles, soit à l'état neuf avant exploitation, soit à l'état irradié après fonctionnement dans le coeur du réacteur. En conséquence, iZ apparait de pZus en plus nécessaire de stocker le maximum d'assemblages dans l'espace le plus restreint possible. Mais une densité accrue de ces combustibles ayant été soumis a une très forte irradiation, provoque un risque de criticité. D'autre part, les produits neutrophages usuellement employés tels les aciers inoxydables ou l'eau boriguée sont saturés avec des teneurs en bore trop faibles pour garantir avec certitude une capture neutronique suffisante capable de supprimer tout risque de eritieité. C'est pour obvier à ces ineonvénients qu'il est appaxu nécessaire de créer un ratelier de stockage dont les alvéoles de gui dage constituées de tôles en acier inoxydable austénitique, soient noyées dans une masse de béton boriqué, a haute teneur en bore neu trophage pouvant atteindre, voire dépasser une teneur de- 9 % de bore. Suivant l'invention, ce ratelier est caractérisé par le fait qu'il est constitué d'acier inoxydable austénitique à bas carbone non sujet à la corrossion intergranulaire et résistant à une irra- diation de 10 11 rad; cet acier inoxydable servant d'enveloppe et de coffrage au béton boriqué. L'enveloppe inoxydable est constituée de tubes carrés ou circulaires de section carrée ou circulaire et de hauteur adéquates pour permettre l'introduction sans risque de détérioration des as semblages du combustible ou des outillages contaminés. Ces tubes dénommés alvéoles sont reliés à une semlle inférieure et à une semelle supérieure d'épaisseurs suffisantes pour le matnten en charge statique ou sous un choc éventuel. Le bétion boriqué, obtenu après mélange de minerai adéquat à base de bore, colémanite, boronotrocalcite, pandermite, etc... avec préférence pour des minerais riches en teneur de bore 10B, à haute capture neutronique, est coulé entre Zes semelles inférieure et supérieure et entre Zes alvéoles. Suivant une autre caractéristique de l'invention, une enveloppe périphérique constituée detôles en acier inoxydable austénitique et soudée sur chaque semelle, peut avantageusement constituer un coffrage naturel lors du coulage du béton neutrophage, tout en participant à la résistance mécanique de l'ensemble. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la semelle supérieure est percée de trous d'évent et de trous de remplissage du béton. Ces trous de remplissage sont suffisamment dimensionnés pour permettre le passage de câble vibrant destiné à compacter le béton en cours de séchage. Les trous d'évent sont destinés à permettre l'évacuation des gaz formés éventueZZement lors des réactions chimiques entre eau boriquée et béton boriqué. La semelle inférieure est percée de trous de convection placés dans la section des alvéoles, mais en dehors des surface d'appui des assemblages. L semelle inférieure est également percée d'un ou plusieurs trous destinés à l'évacuation des eaux excédentaires lors de la prise du béton. Ces trous peuvent être retorchés par soudage nprès la prise complète du béton. Suivant une réalisation, en variante, le trou ou les trous d' évacuation peuvent être réalisés à la base de l'enveloppe de coffra ge, puis rebouchés ultérieurement, si nécesaire. On note également, que suivant une autre caractéristique de l'invention, des tubes rejoignant chaque semelle et ouvets à la par tie supérieure permettent l'introduction entre les alvéoles d'instruments de mesure d'irradiation ou de canules contenant des échantillons de béton, éventuellement prélevés sur la même coulée, et permettant ainsi l'analyse de la tenue sous irradiation du béton boriqué au cours des périodes de désactivation des combustibles. Ces tubes peuvent être prélevés grace à un crochet interne et une perche même en présence d'eau boriquée et de combustibles irra diés. Suivant une autre caractéristique de l'invention, des réssaux de tubes fins peuvent couvrir verticalement, horizontalement ou en serpentins, la masse de béton, afin de permettre un refroidissement forcé du ratelier, soumis à une élévation de température provoquée par l'introduction d'un ou plusieurs assemblages extraits du coeur de réacteur ou suite à un incident affectant le volume d'eau usuel ou le débit usuel de fluide caloporteur. On note de même que suivant une autre caractéristique de l'invention, le ratelier repose sur le sol, par l'intermédiaire de cales en acier inoxydable usténitique vissées sur la semelle inférieure et ajustées à la configuration du sol. Ces cales forment sous le ratelier un réseau directionel préférentiel au fluide caloporteur ou à l'eau boriquée des piscines de désactivation. Ce réseau préférentiel favorise les courants de convection naturelle provoqués par la dilatation du fluide situé entre les alvéoles et les assemblages et mû ainsi en ascension verticale par effet de cheminée, dû à la confirguration du tube alvéolé. Suivant une réalisation en variante, des tubes paraZZèZes aux cales de sol permettent une convection séparée vers les alvéoles situées au coeur du ralelier et pouvant être éventuellement insuffisamment refroidies par convection naturell, en raison des pertes de charge provoquées par Zes courant d'appel des aZvéoZes précédentes. Afin d'augmenter le flur passant par ces tubes de dérivation, des écrans métalliques perpenmdiculaires aux cales isolent les bases de convestion des alvéoles centrales. En variante, une caractéristique de l'invention prévoit la pos sibilité de prolonger les tubes de dérivation le long de l'enveloppe de coffrage jusqu'au niveau de la semelle supérieure; ces tubes pouvant être évasés en entonnoir, afin de recevoir un apport de fluide en convection forcée. Une autre caractéristique de l'invention consiste à renforcer la structure métallique sous la semelle inférieure en certains points afin de permettre la réalisation de pièces de liaison des rateliers entre eux et les systèmes de levage propres à chaque ra- telier. Une autre caractéristique de l'invention consiste à employer pour la semelle supérieure une tôle en acier inoxydable à boré, afin de supprimer les risques de criticité en cas de chute de combustible sur le rateliers. Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront de la sui te de la description. Pour fixer l'objet de l'invention, sans toutefois limiter dans les dessins annexés: . la figure 1 illustre une coupe verticale d'un ratelier. . la figure 2 illustre une vue de dessus d'un ratelier. . le détail 3 montre la fixation des cales. . le détail 4 montre les trous d'évent et de remplissage du béton. . le détail 5 illustre la variante avec convection forcée des alvéoles centrales du ratelier. . le détail 6 définit un type parmi d'autres de crochet non saillant de levage. . la perspective 7 illustre une liaison des rateliers entre-eux. . la coupe partielle repère 8 illustre un emplacement d'instru. mentation ou de canule de déton boriqué témoin. . la vue 9 présente un mode de refroidissement du béton à coeur par serpentin de refroidissement. Les avantages propres a l'invention ressortent bien de la description. L'invention ne se limite aucunement à celui de ses modes d'application non plus qu'à ceux des modes de réalisation de diverses parties agant plus spécialement été indiqués; elle en embrasse au contrire toutes les variantes. R E V E N D I C A T I O N S - 1 - RateZier de stockage du combustible nucléaire caractérisé par Ze fait qu'il est constitué d'alvéoles de stockage liées par deux semelles et noyées dans un béton spécial neutrophage composé d'une forte teneur de bore ou de minerai de bore dont Ze haut pou voir de capture neutronique permet une forte densité de stockage sans risque de criticité. - 2 - Rate lier suivant revendicationl, caractérisé par Ze fait qu'une enveloppe métallique en acier inoxydable austénitique soudée sur les semelles permet de constituer le coffrage du béton neutro phage, tout en participant à la rigidité du ratelier. - 3 - Rate lier suivant revendication 1, caractérisé par Ze fait que des réseaux de tubes ou de serpentins noyés dans la masse de béton permettent un refroidissement à coeur de la masse de béton boriqué. - 4 - Ratelier suivant revendicationl. caractérisé par le fait que la semelle supérieure possède des trous de remplissage du béton neutrophage de dimension suffisante pour permettre le passage de vibreurs assurant la compacité du béton. - 5 - Ratelier suivant revendication 1, caractérisé par Ze fait que la semelle supérieure peut être percée de trous d'évents desti nés à permettre la diffusion des gaz susceptibles de se former lors de réactions chimiques sous irradiation. - 6 - Ratelier suivant revendication 1, caractérisé par le fait que la semelle inférieure est munie de trous d'évacuation des lai tanches excédentaires Zors de la prise du béton boriqué neutropha ge : trous pouvant être ultérieurement rebouchés. - 7 - Ratelier suivant revendications 1 & 6 prises ensemble, catactérisé par le fait que les trous d'évacuation des laitances excédentaires de béton peuvent être situées en base de Z'enveZoppe de coffrage. - 8 - Ratelier suivant revendication 1, caractérisé par le fait que des tubes traversant ouverts côté semelle supérieure permettent l'introduction d'instrumentation ou de canules contenant du béton neutrophage témoin, pour analyse de la tenue sous irradiation et vieiZZissement. - 9 - Ratelier suivant revendieation 1, caractérisé par Ze. fait que le ratelier repose sur le sol par l'intermédiaire de cales d'ap. pui ajustées à la configuration du sol et formant un réseau de con- vectionvnaturelle vers les trous de convection percés dans la semel. le inférieure au droit des emplacement de combustibles. - 10 - Ratelier suivant revendications 1 & 9 prises ensemble, caractérisé par le fait que des tubes de dérivation permettent d'a méliorer la convection des alvéoles placées au centre du ratelier. - 11 - Ratelier suivant revendications 1,9 et 10 prises ensemble caractérisé par le fait que des écrans permettent d'isoler Zes déri tions de convection- des alvéoles centrales des courants de convec- tion périphériques. - 12 - Ratelier suivant revendications 1,9 & 10 prises ensemble, caractérisé par le fait que les tubes de dérivation de convection peuvent être proZongés le long de l'enveloppe de coffrage Jusqu'a la semeZZe supérieure et se terminer sous forme d'entonnoir afin de permettre une convection forcée. - 13 - Ratelier suivant revendication 1, caractérisé par le fait que des rapport solidaires de -Za semelle inférieure peuvent supporter des pièces de Ziaison des rateZiers -entre-eux. - 14 - Ratelier suivant revendication 1, caractérisé par le fait que la semelle supérieure peut être constituée totalement ou partiellement d'acier inoxydable au boue, afin d'éviter les risques de criticité en cas de chute de combustible sur le ratelier.