Brevet FR2475783A1 — publié le 19810814

La présente invention concerne les réacteurs nu- cléaires refroidis par un métal liquide. Dans un réacteur nucléaire refroidi par un métal liquide qui est du type surrégénérateur à neutrons rapides, l'assemblage combustible est supporté par un sommier et est immergé dans une masse de métal liquide contenue dans une enceinte. Le sommier est supporté par une structure à partir de la paroi de l'enceinte et constitue une chambre destinée à distribuer le fluide caloporteur dans l'ensemble de l'assemblage combustible. L'assemblage combustible est constitué de plusieurs sous-assemblages remplaçables qui s'élè- vent au-dessus du sommier en un réseau dans lequel ils sont disposés côte à côte et par groupes. Chaque groupe de sous- assemblages est soutenu par un support en acier massif qui sert à protéger le sommier d'un endommagement au cours du remplacement du combustible ou par irradiation. La demande de brevet français NO 79 D0 055 décrit la construction d'un réacteur nucléaire surrégénérateur à neutrons rapides, refroi- di par un métal liquide, de ce genre dans lequel le sommier comporte une chambre de distribution individuelle et une coquille inférieure. La coquille inférieure supporte normale- ment toute la charge de l'assemblage combustible de façon que pratiquement aucune charge ne soit imposée à la chambre de distribution, la charge étant transmise librement à travers ladite chambre par plusieurs entretoises solidaires des sup- ports. En cas de défaillance de la coquille inférieure, la chambre de distributionqui normalement ne supporte aucune charge, peut soutenir le poids de l'assemblage combustible et en cas de fissure de la chambre, la coquille inférieure, en association avec une autre structure du réacteur, consti- tue une enceinte secondaire de confinement partiel de manière à réduire sensiblement la fuite par la fissure afin de main- tenir le réacteur dans des conditions ne présentant pas de risque pendant l'opération d'arrêt. Toutefois, afin de ré- duire les frais d'investissement de la construction, il a été proposé de supprimer les supports, et la demande de brevet britannique C 79 20 925 décrit un type de construction dans lequel chaque sous-assemblage est soutenu par une broche lastiow2 individuelle s'élevant à travers la chambre de dis- tribution à partir d'une plaque inférieure, la protection du sommier étant assurée par des manchons d'acier massif intercalés entre les sousassemblages et la plaque supérieure du sommier. Les broches, qui sont aisément remplaçables lors- qu'elles sont endommagées au cours des opérations de charge- ment, assurent une certaine flexibilité de manière à pouvoir déplacer latéralement les sous-assemblages et éviter de fortes contraintes dans un assemblage combustible retenu périphérique- ment. Naturellement, dans cette construction, les fonctions de distribution du fluide caloporteur et de support de l'as- semblage combustible ne sont pas séparées et il n'est pas prévu de mesure de sécurité pour canaliser l'écoulement du fluide caloporteur en cas de défaillance de la chambre de distribution. La présente invention a pour objet la construction d'un réacteur nucléaire refroidi par un métal liquide ne com- portant pas de support pour les sous-assemblages combustibles mais dans lequel les fonctions de support de l'assemblage combustible et de distribution du fluide caloporteur sont assurées par des composants distincts du sommier dont chacun remplit la fonction de l'autre en cas de défaillance de l'un desdits composants. Selon la présente invention, dans un réacteur nucléaire refroidi par un métal liquide comprenant un assem- lage combustible supporté par un sommier et immergé dans une masse de métal liquide constituant le fluide caloporteur con- tenue dans une enceinte, le sommier comporte, en combinaison, une chambre généralement cylindrique orientée verticalement, de faible hauteur, destinée à contenir le fluide caloporteur sous pression et une coquille 'inférieure de support de charge sur laquelle la chambre est montée, l'ensemble étant soutenu par une bride périphérique de la coquille inférieure, le som- mier comportant un réseau de broches élastiques s'élevant au-dessus de sa plaque supérieure pour soutenir des sous- assemblages combustibles distincts en un réseau dans lequel ils sont côte à côte; il est également prévu une série d'en- tretoises espacées se prolongeant vers le bas à travers la chambre à partir de la plaque supérieure pour transférer la charge de l'assemblage combustible de ladite plaque supé- rieure de la chambre à la coquille inférieure. Dans un réac- teur nucléaire construit selon l'invention, le poids de l'as- semblage combustible est réparti d'une manière généralement uniforme sur la plaque supérieure de la chambre par les bro- ches élastiques, puis directement à la coquille inférieure par les entretoises de manière à éviter que la chambre soit soumise à un effort de compression. En cas de fissure de la chambre, un confinement secondaire partiel est assuré autour de la chambre par l'assemblage combustible à sa face supérieure et par la coquille inférieure à sa face inférieure, qui peut être complété à la périphérie de la chambre de dis- tribution par une structure supplémentaire du réacteur telle qu'une enveloppe de retenue de l'assemblage combustible, de façon à pouvoir ramener le débit d'échappement du fluide caloporteur à une valeur ne présentant aucun risque. De préférence, la chambre est équipée d'éléments internes de renforcement entre les plaques supérieure et inférieure pour contenir la pression du fluide caloporteur dans la chambre et les entretoises, qui peuvent être des pro- longements des éléments de renforcement, sont fixées à la coquille inférieure. En cas de rupture circonférentielle de la coquille inférieure, ce phénomène étant considéré comme la défaillance la plus grave possible du sommier, la chambre de distribution et la coquille fragmentée, qui sont liées ensemble, jouent le même rôle que le bord circulaire d'une plaque rigide supportée dans la région qui recouvre la rupture circonférentielle, ce qui leur permet de supporter encore le poids réparti de l'assemblage combustible. De préférence, la chambre de distribution comporte des parties bridées supérieure et inférieure, le contact entre les rides étant situé à milongueur de la paroi de la chambre, de manière à favoriser une flexibilité symétrique par rapport à l'axe. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une coupe schêuatique erticale d'un réacteur nucléaire construit selon l'invention la figure 2 est une coupe verticale d'un sous- assemblage combustible à plus grande échelle la figure 3 est une couDe verticale, à plus petite échelle que la figure 2, illustrant un sommier supportant l'assemblage combustible; et la figure 4 est une vue en plan de la moitié du sommier représenté sur la figure 2. La figure 1 représente un réacteur nucléaire sur- régénérateur à neutrons rapides, refroidi par un métal liquide, comportant un assemblage combustible 1 immergé dans une masse 2 de sodium liquide constituant le fluide caloporteur, conte- nue dans une enceinte primaire 3. Cette dernière est suspen- due à la dalle d'un puits de confinement 4 et il est prévu plusieurs pompes 5 de circulation du fluide caloporteur et plusieurs échangeurs de chaleur 6, une seule pompe et un seul échangeur de chaleur étant représentés. L'assemblage combusti- ble 1 supporté par un sommier 7 est logé avec les échangeurs de chaleur dans un caisson 8 destiné à contenir le coeur, tandis que les pompes 5, qui refoulent le fluide caloporteur vers le sommier, par l'intermédiaire d'une colonne montante individuelle 13, sont disposées en dehors du caisson. Le coeur ou assemblage combustible 1 se compose de plusieurs sous- assemblages qui s'élèvent au-dessus du sommier en un réseau très serré dans lequel ils sont disposés côte à côte et l'as- semblage combustible est entouré d'une enveloppe 9 destinée à assurer une retenue périphérique. Des barres de commande et des instruments 11 traversent la dalle du puits. Les sous-assemblagesdésignés par 14 sur la figure 2,comportent chacun un tronçon central 15 de combustible, un tronçon de positionnement inférieur 16 et un tronçon supérieur 17 de protection contre les neu:rons. Le tronçon de combustible comporte un faisceau de longues aiguilles de combustible 18 (dont une seule est représentée sur la figure 2) entouré d'une enveloppe tubulaire 19 de section hexagonale. Les aiguilles sont supportées à leurs extrémités inférieures à l'intérieur de l'enveloppe par une grille 20 et sont renforcées entre leurs extrémités par des grilles cellulaires 21 en nid d'abeil- les.Le tronçon inférieur de positionnement 16 présente une douille 22 dans laquelle vient se loger une broche associée au sommier 7, tandis que le tronçon supérieur 17 de protec- tion contre les neutrons présente un tube 23 en acier massif comportant une tête de levage 24. Le sommier représenté plus en détail sur les figures 3 et 4 comprend, en combinaison, une chambre de distribution généralement cylindrique 25 orientée verticalement et de fai- ble hauteur, ainsi qu'une coquille inférieure 26 de support de charge sur laquelle la chambre de distribution est montée. L'ensemble est soutenu par une structure constituée de pou- trelles, qu'on appellera ci-après "chaise" 27,par l'intermédi- aire d'une bride périphérique 28 de la coquille inférieure, la chaise 27 étant supportée par la paroi de l'enceinte pri- maire 3. Le sommier 7 présente une série de broches élastiques 29 s'élevant au-dessus d'une plaque supérieure 30 pour soute- nir des sous-assemblages combustibles distincts disposés côte à côte et une série d'entretoises espacées 31 se prolongeant vers le bas à travers la chambre à partir de la plaque supé- rieure pour transférer le poids de l'assemblage combustible de la plaque supérieure de la chambre à la coquille inférieure. Les entretoises 31 sont tubulaires et sont assujetties à la coquille inférieure par des boulons 32. La chambre de distri- bution 25 comprend une partie supérieure et une partie infé- rieure 25a, 25b réunies le long de brides 33 butant l'une contre l'autre au milieu de ladite chambre, les brides réunies étant montées de façon flottantes sur la bride périphérique 28 de la coquille inférieure. L'ensemble de la chambre de distribution 25 et de la coquille inférieure 26 est maintenu sur la chaise 27 par des organes de serrage 34 représentés en traits mixtes. L'assemblage combustible est entouré par la structure cylindrique de retenue 9, de sorte que les sous- assemblage combustibles sont serrés de façon centripète et que la structure de retenue soutenue par les brides 33 de la chambre entoure avec jeu la partie supérieure de cette dernière. La structure 9 de retenue de l'assemblage combusti- ble et la coquille inféSrieure 26 forment une enveloppe entou- rant la périphérie et le côté inférieur de la chambre de dis- tributionet l'enveloppe forme avec l'assemblage combustible au-dessus de la chambre une enceinte secondaire de confinement de manière qu'en cas de fissure de la chambre, la fuite du fluide caloporteur soit ramenée à un débit qui permet d'arrêter le réacteur nucléaire à temps, c'est-à-dire avant que le fluide caloporteur se soit entièrement échappé de l'assemblage com- bustible. En cas de rupture de la coquille inférieure, tout le poids de l'assemblage combustible est supporté par la cham- bre de distribution qui, de par sa conception, est capable de remplir cette fonction jusqu'à ce que le réacteur puisse être arrêté en toute sécurité; les entretoises, qui sont fixées à la coquille inférieure, retiennent le fragment de cette dernière, en maintenant une rigidité suffisante du som- mier pour supporter la charge. L'appui de la bride de support 33 au milieu de la paroi cylindrique de la chambre de distri- bution permet aux parties supérieure et inférieure de ladite paroi de la chambre de conférer une flexibilité symétrique par rapport à l'axe, de manière à compenser des différences de dilatation thermique dans le sens radial entre le sommier et la chaise. D'une façon plus détaillée et en se référant en particulier aux figures 3 et 4, la chambre de distribution est délimitée par la plaque supérieure 30 et par une plaque inférieure 35, chacune d'elles étant fixée mécaniquement aux entretoises 31 de façon que ces dernières maintiennent les plaques à l'encontre d'une pression interne. Chacune des entretoises comporte des brides supérieure et inférieure 36, 37 qui butent contre les faces inférieures-des plaques, la plaque supérieure étant serrée contre sa bride de support par un écrou 38 et la plaque inférieure étant fixée-à sa bride de support par des boulons 39. Aux endroits correspon- dant aux entretoises 31, la coquille inférieure présente des manchons 40 qui supportent les boulons 32 qui retiennent prisonniers des colliers taraudés 41 en prise avec les extré- mités inférieures des entretoises. Ainsi, il est possible d'ajuster la longueur des entretoises au moyen des colliers taraudés 41 de manière à répartir uniformément le poids de l'assemblage combustible sur la coquille inférieure. Chacune des entretoises 31 est prolongée vers le haut par une broche élastique 29a destinée à supporter une barre d'arrêt ou de commande 10 ou bien, dans la région externe de l'assemblage combustible, un sous-assemblage de matière fertile, tandis que, entre les entretoises, sont intercalées plusieurs broches intermédiaires 29b se prolongeant vers le haut pour soutenir des sous-assemblages combustibles 14. Ces broches 29b sont positionnées par des manchons 42 supportés par les plaques supérieure et inférieure, les broches étant soutenues chacune à partir de la plaque supérieure par une bride 43 et destinées à traverser les deux plaques de manière qu'elles soient équili- brées hydrauliquement. Les broches présentent des surfaces d'emboîtement 44 destinées à s'engager dans les douilles 22 des sous-assemblages, et des épaulements 45 destinés à suppor- ter lesdits sous-assemblages. Les broches présentent un cer- tain jeu dans les manchons supérieurs 42 de façon que ce jeu et l'élasticité inhérente des broches assurent une articula- tion convenable des extrémités inférieures des sous-assemblages, afin d'éviter que l'assemblage combustible soit soumis à des contraintes inacceptables comme celles qui seraient provoquées normalement par la retenue périphérique. Les broches élasti- ques sont tubulaires, celles désignées par 29a et destinées à supporter des barres de commande et d'arrêt étant ouvertes à leur extrémité inférieure pour acheminer le fluide calopor- teur supportant la barre de commande, tandis que celles dé- signées par 29b et destinées à soutenir les sous-assemblages combustibles et de matière fertile sont fermées à leur extré- mité inférieure et présentent des orifices latéraux 46 situés à l'intérieur de la chambre de distribution pour diriger le débit du fluide caloporteur vers les sous-assemblages. Les broches supportant les sousassemblages combustibles et de matière fertile peuvent être facilement remplacées et contien- nent des instruments (non représentés) destinés à mesurer le débit du fluide caloporteur vers chacun des sous-assembla- ges. Des manchons 54 en acier massif s'élevant au-dessus de la 8. plaque supérieure 30 de la chambre de distribution et entou- rant les broches 29 constituent un moyen de protection du sommier contre les neutrons. La coquille inférieure présente des orifices renforcés 47 par lesquels passent les colonnes montantes 13 du fluide de refroidissement pour être fixées à la face in- férieure de la chambre de distribution par des brides 48, les- dites colonnes montantes présentant des ouvertures latérales 49 par lesquelles le fluide caloporteur peut passer dans la chambre de distribution,-de là par les orifices 46,des bro- ches et vers le haut dans les sous-assemblages. Les extrémités généralement borgnes des colonnes montantes supportent des chambres auxiliaires 50 dont chacune est alimentée en fluide caloporteur par un étranglement 51. Chacune des chambres 50 supporte une monture 52 pour des broches 29b qui soutiennent des sous-assemblages immédiatement au-dessus des colonnes mon- tantes et qui sont alimentées en fluide caloporteur à partir de la chambre- par un collecteur 53. Comme ces sous-assemblages sont dans la région externe de l'assemblage combustible, la retenue centripète ne leur impose pas une aussi grande contrainte et par conséquent, ils ne nécessitent pas un degré d'articulation important. En cas de défaillance de la coquille inférieure, les colonnes montantes aident la chambre de dis- tribution à supporter le poids de l'assemblage combustible. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au réacteur décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Réacteur nucléaire refroidi par un métal li- quide, qui comporte un assemblage combustible soutenu par un sommier et immergé dans une masse d'un métal liquide conte- nue dans une enceinte, le sommier comprenant, en combinaison, une chambre de distribution généralement cylindrique orientée verticalement et de faible hauteur pour contenir le fluide caloporteur sous pression et une coquille inférieure de support de charge sur laquelle la chambre est montée, l'ensemble étant soutenu par une bride périphérique de la coquille infé- rieure, ledit sommier présentant une série de broches élasti- ques s'élevant au-dessus de sa plaque supérieure pour suppor- ter des sous-assemblages combustibles distincts disposés côte à côte, réacteur caractérisé en ce qu'il présente une-série d'entretoises espacées (31) qui se prolongent vers le bas de la plaque supérieure (30) à travers la chambre de distri- bution (25) pour transférer le poids de l'assemblage combus- tible de la plaque supérieure de ladite chambre à la coquille inférieure (26). 2. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre (25) est équipée d'éléments internes de renforcement (31) entre les plaques supérieure et inférieure (30, 35) afin de contenir la pression du fluide caloporteur dans la chambre de distribution, et en ce que les entretoises (31) sont fixées à la coquille inférieure.. 3. Réacteur selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que la chambre de distribution (25) comprend des parties bridées supérieure et inférieure (25a, 25b), les bri- des en contact se trouvant au milieu de la paroi de la cham- bre pour favoriser une flexibilité symétrique par rapport à l'axe. 4. Réacteur selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes caractérisé en ce que les entretoises (31) présentent un moyen de réglage par filetage (41) de manière à pouvoir ajuster leur longueur pour répartir uniformément le poids de l'assemblage combustible sur la coquille infé- rieure. 5. Réacteur selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que les broches '29, sont placées dans des manchons (42) soutenus par les plaques supérieure et inférieure de la chambre de distribution, les broches étant supportées chacune par une bride (43, 36) sur la plaque supérieure et étant destinées à traverser les deux plaques de manière à être équilibrées hydrauliquement.