Brevet FR2483114A1 — publié le 19811127

1e, - 24483114 L'invention concerne un élément préfabri- qué destiné à la construction de casiers de stockage de combus- tibles radioactifso Les matériaux radioactifs tels que les éléments de combustibles fissiles utilisés dans les réacteurs nucléaires pour la production de vapeur destinée aux centrales électriques nucléaires,9 sont généralement stockés verticalement dans des casierso Ces éléments de combustible sont suffisamment espacés pour tenir compte des interactions entre les neutrons qu'ils émettento Ce phénomène limite en effet la proximité admissible entre éléments de combustible pour que leur stockage reste dans les limites de sécurité, car l'interaction neutro- nique augmente lorsque la distance entre éléments de combustible fissiles diminue0 Un stockage plus compact et plus économique a pu etre obtenu en introduisant un écran d'absorption, ou de capture, de neutrons dans lgassemblage des celluleso Les éléments de combustibles fraichement "br lés?? qui viennent de sortir dtun réacteur sont extrêmement radioactifs et sont donc généralement stockés verticalement et imimergés dans 19eauo Cette eau peut contenir un substance d'absorption de neutrons9 et sert également à dissiper la chaleur résultant de la décroissance de la radioactivité. Les casiers de stockage à haute densitée de combustibles radioactifs sont gène- ralement de construction cellulaire, l'écran d'absorption des neutrons étant placé, entre les cellules, sous la forme d'une feuille solide0 Ces cellules sont généralement de longs tubes verticaux à section carrée, ouverts dans le haut de façon queon puisse y introduire les éléments de combustible0 Parfois les parois de ces cellules sont doubles de manière à enfermer entre elles les feuilles d'écrans à neutrons pour les protéger de la corrosion ou autres détériorations résultant du contact avec l'eau. Les casiers de stockage proposés jusqu2à maintenant présentent l'inconvénient d'être très chers et très difficiles à construire. L'invention a pour but de pallier cet inconvénient et concerne à cet effet un élément préfabriqué pour la construction de casiers de stockage de cellules de combustibles radioactifs, élément caractérisé en ce qu'il comprend un structure métallique creuse à section cruciforme, - 2483114 et un écran d'absorption de neutrons placé entre les parois formant chaque jambe de la structure métallique, chaque jambe se terminant à son extrémité libre par des surfaces convergentes formant un angle inscrit de 900 environ. Suivant une autre caractéristique de l'invention, celle-ci concerne un casier de stockage caractérisé en ce que son premier élément de structure est à section cruci- forme de manière à définir une partie de quatre cellules, en ce que son second élément de structure est à section en forme de T de manière à définir une partie de deux cellules, et en ce que son troisième élément de structure est à section en forme de L, chacun de ces éléments étant creux et contenant un écran d'ab- sorption de neutrons, chaque jambe de chaque élément étant de longueur uniforme, le nombre des premiers éléments de struc- ture étant plus grand que celui des seconds éléments et le nombre des second et troisième éléments de structure étant suffisant pour constituer le pourtour voulu du casier. L'invention présente ainsi l'avantage de créer un nouvel élément préfabriqué se présentant sous la forme d'un élément de structure destiné à être utilisé pour la construc- tion de conteneurs de cellules de combustibles radioactifs, L'invention présente étalement l'avantage de créer-un casier pour cellules de combustibles radioactifs, construit à partir d'un certain nombre d'éléments préfabriqués ci-dessus, de sections différentes et s'emboîtant les uns dans les autres. L'invention présente encore l'avantage de créer un appareil nouveau dans lequel le nombre d'éléments de structure utilisés pour la construction du casier à cellules de carburant, est réduit au minimum tout en présentant une meilleure rigidité mécanique permettant de se passer d'éléments de renforcement de structure tels que des chassis encombrants, des plaques de base lourdes, des croisillons etc... D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'exemples non limitatifs de réalisation de celle-ci représentés sur les dessins ci-joints dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe d'un casier typique selon l'art antérieur décrit ci-dessus, pour 3.- 2483114 cellules de combustibles radioactifs, - la figure 2 est une vue en coupe d'un élément de structure à section cruciforme, pour cellules de combustibles radioactifs, selon l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe d'un casier pour cellules de combustibles selon linvention, - la figure 4 est une vue en coupe d'une autre forme d'élément de structure à section cruciforme, et - la figure 5 est une vue en coupe d'une jambe à quatre éléments cruciformes adjacents correspondant à une autre forme de réalisation de l'invention. En se référant maintenant aux figures sur lesquelles les mêmes références désignent les mêmes éléments, la figure 1 représente un casier à cellules de combustible selon l'art antérieur ce casier étant repéré dans mn ensemble par la référence 10. Le casier 10 est généralement rectangulaire, chaque élément de cellule de combustible étant de section carrée. Le casier est ainsi constitué d'un certain nombre dtéléments de cellules de combustible repérés chacun par la référence 12. La figure 1 représente neuf de ces éléments constitués chacun d'une enveloppe intérieure 16 et d'une enveloppe extérieure 18, l'espace laissé libre entre ces deux enveloppes étant occupé par un écran à neutrons 14. La figure 3 représente un casier de sto- ckage de cellules de combustible selon l'invention repéré dans son ensemble par la référence 26. Ce casier 26 peut être rec- tangulaire ou de ntimporte quelle autre forme telle que celle représentée en traits pleins sur la figure 3. Le casier 26 est constitué d'un certain nombre d'éléments de structure 20 à section cruciforme associés à des éléments correspondants à section en forme de T 22 ou en forme de L 24. Les cellules 25 sont destinées à recevoir les éléments de combustible. Chaque cellule 25 est typiquement carrée, avec des longueurs de côté d'environ 15 cm et 23 cm correspondant respectivement à des réacteurs à eau bouillante et à des réacteurs à eau sous pression. Sur la figure 2 l'élément 20 est constitué de quatre plaques métalliques 28, 30, 32, 34 présentant chacune une section en forme de L. Les plaques 28, 30, 32, 34 sont généralement en acier inoxydable mais peuvent également 8tre 4.- 2483114 réalisées dans d'autres matériaux tels que de l'aluminium par exemple. Les extrémités libres de chaque plaque convergent vers une extrémité libre analogue d'une plaque correspondante s'adap- tant contre la première. Ainsi,- une jambe de la plaque 30 compor- te une surface 36 convergeant vers une surface correspondante 38 d'une jambe de la plaque 32. Les extrémités libres des sur- faces convergentes, formant généralement un angle inscrit de 900 environ, sont reliées ensemble de manière classique quelconque telle que par exemple par une soudure 39. L'élément 20 ainsi obtenu est creux et contient intérieurement un écran à neutrons présentant, de la même façon, la forme d'une feuille à section cruciforme. L'écran à neutrons est parfois appelé "poison" et peut être réalisé à partir d'une grande variété de matériaux présentant des propriétés de capture des neutrons, Parmi ces matériaux, bien connus des spécialistes de la question, on peut citer le bore sous forme de carbure de bore unifor- mément disposé dans une matrice de divers métaux ou matières plastiques. Les éléments de structure 22 et 24 sont construits de la même manière que l'élément 20 et contiennent également un écran à neutrons. Par exemple l'élément 22 peut être réalisé à partir de plaques en forme de L 28, 30 dont les extrémités libres sont soudées aux extrémités d'une plaque 29. L'utilisation de trois éléments 20, 22 et 24 permet de réaliser une grande variété de formes du casier 26. Si l'on voulait construire le casier 10 de la figure 1 sous une forme rectan- gulaire de 8 par 10 cellules, c'est-à-dire 80 cellules, il faudrait utiliser, selon l'art antérieur, 80 tubes carrés à double paroi (14, 16, 18). L'invention permet de réaliser un casier 26 de mêmes dimensions en utilisant seulement 52 éléments de cellules (34 éléments cruciforme 20, 14 éléments en forme de T 22, et 4 éléments en forme de L 24). L'invention permet de réduire la quantité totale de plaques métalliques à utiliser pour la fabrication des parois des cellules car chaque cellule intérieure ne néces- site que quatre parois latérales selon l'invention, au lieu des huits parois latérales de la construction selon l'art antérieur de la figure 1. = 2 2483114 L'invention permet également dtaméliorer la rigidité mécanique du casier. Le moment d'inertie de la section d'élément cruciforme 20, mesuré dans sa direction la plus faible, représente plus du double de celui de l'élément tubulaire carré de la figure 1 qu'il remplace. On peut ainsi construire des casiers complets 26 tenant debout tout seuls, au moyen d'éléments de structure cruciforme indépendants, tenant ég4lement debout tout seuls, sans qu'il soit nécessaire d'uti- liser des supports intermédiaires comme c'était le cas dans le casier à tubes carrés de la figure 1. De plus chacun des éléments 20, 22, 24 comporte, aux extrémités libres de ses jambes, des surfaces destinées à s'adapter aux surfaces corres- pondantes de l'extrémité libre de l'élément adjacent suivante Les éléments cruciformes peuvent être soudés les uns aux autres par leurs extrémités juxtaposées, ce qui améliore considérablement la rigidité de l'ensemble pour résister aux tremblements de terre et pour diminuer les risques de déformation de leeksemble du casier 26 sous lueffet de son propre poids, ces caractéristiques étant obtenues sans utilisas tion de chassis rigides, de plaques de base lourdes D de mon- tants ou ce croisillons etc.00 Un casier tenant debout tout seul est un casier qui n'est pas ancré dans le sol0 Pour réduire les mouvements du casier en cas de secousses sismiques il faut pouvoir disposer de casiers à grande rigidité aussi bien dans les directions horizontales que verticales, Le casier selon l'invention présente ces caractéristiques de rigidité, Les enceintes de stockage ne présentent pas toujours des surfaces de stockage parfaitement rectangu- laires. Les formes des casiers selon l'art antérieur nécessi== taient des surfaces rectangulaires. Au contraire l'invention permet de réaliser des casiers d'une grande variété de formes irrégulières permettant d'utiliser complètement l'espace disponible au sol. La figure 4 représente un élément de structure 20' semblable à l'élément 20 sauf sur les points décrits ci-après; par suite les éléments correspondants seront repérés par les mgmes chiffres de référence. L'élément 20' est constitué de parties en forme de L creuses, un écran à neutrons 42 en forme de L étant disposé entre les parois des parties en L creuses. On obtient ainsi, entre les parois intérieures de ' 2 4 2483114 chacune des parties creuses en forme de L 28t, 301, 32, 34'5 un espace intérieur cruciforme 44 pouvant gtre rempli d'eau ou de tout autre liquide convenable. Cette eau ou ce liquide constitue un piège à flux de neutrons. En effet les neutrons qui traversent l'un des écrans à neutrons 42 perdent encore de l'és nergie dans l'épaisseur d'eau interposée 44, de sorte qu'ils n'ont plus assez d'énergie pour traverser un autre écran à. neutrons 42. Cela permet d'améliorer considérablement l'effica- cité du casier 26 et cette construction est particulièrement intéressante pour le stockage du combustible des réacteurs sous pression. La figure 5 représente une autre forme de réalisation dans laquelle les jambes de quatre é16ments cruciformes adjacents 50, 52, 54, 56 sont soudées ensemble, Chaque jambe est identique aux autres de sorte que la jambe 50 sera seule décrite en détail. Cette jambe 50 est constituée de minces plaques 58, 60 soudées, par leurs bords extrgmes, A une mince bande 62 insérée entre ces bords. L'écran à neutrons est repéré par la référence 64. Les jambes 50, 56, 54 sont reliées par une soudure 66. La jambe 52 est reliée aux jambes 50 54 par un cordon de soudure 68. A titre d'exemple l'épaisseur des plaques 58, 60 peut être d'environ 2 mm, lVépaisseur de l'écran 64 et de la bande insérée 62 étant d'environ 2,5 mm. Ainsi l'invention décrite ci-dessus et illustrée sur les dessins cijoints, permet d'obtenir de nouveaux éléments de structure permettant de réaliser de nouveaux casiers de stockage de combustibles radioactifs, ces casiers étant très souples d'utilisation, très économiques et très faciles à construire. 3o 7 o 2483114 REVENDICA'IIONS 1o Elément préfabriqué (20) pour la construction de casiers de stockage de cellules de combustibles radioactifs9 élément (20) caractérisé en-ce qutil comprend une structure métallique creuse a section cruciforme (289 30, 329 34), et un écran (40) d'absorption de neutrons placé entre les parois formant chaque jambe de la structure métallique,9 chaque jambe se terminant à son extrémité libre par des surfaces convergentes (36, 38) formant un angle inscrit de 900 environ. 2 - Elément préfabriqué selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que l'élément de structure est constitué de quatre éléments métalliques en forme de L dont les extrémités libres sont courbées pour former une moitié de l'une des surfaces convergentes. 3.. Elément préfabriqué selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque élément en forme de L est creux et contient une partie de l'écran d'absorption de neutrons, cet élément présentant un espace central de forme cruciforme destiné à contenir un liquide constituant un piège à flux de neutrons. 4- Casier de stockage de cellule de combustibles radioactifs utilisant trois types différents d'éléments de structure réalisés suivant le principe de l'élé- ment préfabriqué des revendications 1 à 3, casier de stockage caractérisé en ce que son premier élément de structure est à section cruciforme de manière à définir une partie de quatre cellules, en ce que son second élément de structure est à section en forme de T de manière à définir une partie de deux cellules, et en ce que son troisième élément de structure est à section en forme de L, chacun de ces éléments étant creux et contenant un écran d'absorption de neutrons, chaque jambe de chaque élément étant de longueur uniforme, le nombre des premiers éléments de structure étant plus grand que celui des seconds éléments et le nombre des seconds et troisième éléments de structure é-ant suffisant pour constituer le pourtour voulu du casier. 5.- Casier de stockage selon la revendi- cation 4, caractérisé en ce que chaque jambe de chaque élément de structure se termine, à une extrémité libre, par des surfaces convergentes formant un angle inscrit de 900 environ. 8.- 2483114 6o: Casier de stockage selon liune quelconque des revendications 4 ou 59 caractérisé en ce qu'une jambe de chacun des quatre éléments de structure du premier type sont soudés ensemble.