Brevet FR2498365A1 — publié le 19820723

La présente invention se rapporte à un réac- teur nucléaire refroidi par un métal liquide, du type comprenant une cuve remplie de métal liquide et obturée à sa partie supérieure par une dalle servant au suppor- tage des échangeurs de chaleur et des pompes du circuit primaire. De façon plus précise, l'invention se rappor- te à un réacteur nucléaire à neutrons rapides du type intégré, c'est-àdire du type dans lequel l'ensemble du circuit primaire du réacteur est logé dans la cuve. Dans ce type de réacteur, le coeur du réacteur conte- nant les assemblages combustibles repose sur le fond de la cuve ou sur sa périphérie par l'intermédiaire d'un sommier d'alimentation en métal liquide (généralement du sodium) et d'un platelage. Le sodium liquide est chauffé dans le coeur par la réaction de fission du combustible nucléaire avant de pénétrer dans un collec- teur chaud placé au-dessus du coeur. Il circule ensuite dans des échangeurs de chaleur dans lesquels il trans- met une grande partie de sa chaleur au fluide (généra- lement du sodium) circulant dans des circuits secondai- res. Le sodium primaire refroidi qui sort à la partie inférieure des échangeurs de chaleur dans un collecteur froid est aspiré par des pompes primaires qui le réin- jectent dans le sommier. Dans ce type de réacteur, les échangeurs et les pompes primaires sont généralement suspendus à la dalle obturant la cuve du réacteur. Il en est de même d'un certain nombre d'autres organes nécessaires au fonctionnement ou à la sûreté du réac- teur, parmi lesquels ont peut notamment citer les échangeurs de refroidissement du réacteur à l'arrêt. D'une manière connue, la dalle obturant la cuve est constituée d'une structure en tôle d'acier soudée formant un ensemble d'alvéoles remplis de béton pour constituer une protection neutronique et contri- buer à la raideur de la dalle. La face inférieure de la dalle est munie d'un circuit de refroidissement et d'un revêtement calorifuge inférieur, baigné par le gaz neu- tre surmontant le métal liquide à 5000C environ; cette face peut ainsi être maintenue à-une température ne dépassant pas 1000C par exemple. L'épaisseur de dalle, déterminée pour obtenir une résistance suffisante et des déplacements suffisamment réduits lors des varia- tions de température de la face inférieure, est de l'ordre de 2,50 m pour des grands réacteurs d'une puis- sance électrique de 1 000 à 1 500 MW. Les échangeurs et pompes primaires sont implantés dans un ensemble d'ori- fices ou puits verticaux traversant la dalle, de diamè- tre suffisant à leur introduction verticale; ces com- posants comportent, dans leur partie correspondant à l'épaisseur de la dalle, des organes d'étanchéité et de protection thermique et neutronique assurant une conti- nuité de fonctions avec la dalle. Les têtes de ces com- posants, spécifiques de leur fonctionnement (moteurs pour les pompes, connexions aux circuits secondaires, etc.) sont situées au-dessus de la dalle, ainsi que l'ensemble des circuits. Une dalle ainsi constituée peut être qualifiée de mince car on cherche effective- ment à réduire les hauteurs consacrées aux fonctions de supportage et d'isolement neutronique, aussi bien sur la dalle elle-même pour faciliter le dessin général, que sur les composants dont la hauteur totale joue lar- gement sur le prix et la facilité de manutention. Une structure ainsi constituée, avec étage- ment d'une dalle mince et d'une zone supérieure pour les têtes des composants, présente divers inconvé- nients. Tout d'abord, l'ensemble des appareils et têtes de composants au-dessus de la dalle apparaît comme vul- nérable à des chocs incidentels lors de manutentions d'objets lourds audessus de la dalle. D'autre part, les têtes d'échangeurs ainsi exposées en hauteur ne peuvent être protégées vis-à-vis d'éventuelles fuites de sodium secondaire, conduisant à incendie, que par l'adjonction d'une enveloppe de doublage qui est oné- reuse et qui rend plus difficile l'inspection régulière de la paroi principale. D'autre part encore, la minceur de la dalle oblige, pour une résistance donnée, à uti- liser plus d'acier que si l'on était libre de l'épais- seur; de même cette minceur oblige, pour limiter les déplacements en hauteur liés aux dilatations de.la pla- que inférieure, à des astreintes sévères sur les tempé- ratures de celle-ci. Enfin, les alvéoles internes de la dalle, entièrement garnis de béton, ne peuvent être inspectés. La présente invention a pour objet un réac- teur nucléaire refroidi par un métal liquide permettant de remédier aux inconvénients qui viennent d'être men- tionnés des réacteurs à dalle relativement mince conçus jusqu'à ce jour. Plus précisément, la présente inven- tion a pour objet la réalisation d'un réacteur dans lequel la dalle obturant la cuve forme pratiquement un plancher plat supprimant tout risque de choc lors des manutentions au-dessus de la dalle tout en assurant un confinement individuel des têtes d'échangeurs autori- sant une inspection directe de la paroi primaire. A cet effet et conformément à la présente in- vention, il est proposé un réacteur nucléaire refroidi par un métal liquide, comprenant une cuve remplie de métal liquide et obturée à sa partie supérieure par une dalle présentant une ouverture centrale dans laquelle est logé au moins un bouchon tournant surplombant le coeur du réacteur et des ouvertures périphériques dis- posées en couronne autour de l'ouverture centrale, par lesquelles sont suspendus au moins une pompe et au moins un échangeur de chaleur, ce réacteur étant carac- térisé en ce que la dalle comporte dans son épaisseur au moins un premier logement surplombant une desdites ouvertures périphériques par laquelle est suspendu un échangeur de chaleur, de façon à enfermer la tête de cet échangeur, ce premier logement étant obturé par un couvercle au-dessus de la tête de l'échangeur. On comprend qu'un réacteur réalisé selon ces caractéristiques est particulièrement sûr en raison du confinemerLt individuel des têtes d'échangeur vis-à-vis des fuites de sodium et des chocs dus aux manutentions effectuées au-dessus de la dalle. De plus, ces caracté- ristiques permettent de simplifier les têtes d'échan- geurs en supprimant leur carénage en double paroi, ce qui autorise une inspection directe de la paroi primai- re par exemple au moyen d'une caméra de télévision. En outre, l'augmentation de l'épaisseur de la dalle par rapport aux réacteurs de la technique antérieure per- met, pour une masse donnée, d'augmenter sa résistance et sa raideur. La diminution de la flèche qui en résulte conduit également à diminuer les déformations en cas de 2 gradient thermique vertical. L'épaisseur de la dalle, qui peut être par exemple d'environ 6 m, permet aussi de réaliser de façon beaucoup plus facile les remplis- sages de protection puisqu'elle rend les structures mé- talliques de la dalle plus facilement accessibles à l'homme. Enfin ces caractéristiques autorisent la réa- lisation d'un plancher plat autour du bouchon tournant conduisant à une plus grande facilité d'exploitation. Afin de supprimer les doubles parois des cir- cuits de refroidissement secondaires au voisinage des têtes d'échangeurs, les logements dans lesquels sont reçues ces dernières peuvent se prolonger radialement vers l'extérieur de la dalle et déboucher en vis-à- vis d'une paroi raccordée de façon étanche à la dalle, de telle sorte que ces logements assurent le passage des tuyauteries du circuit de refroidissement secondaire de l'échangeur, ces tuyauteries traversant la paroi. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, la dalle comporte dans son épaisseur au moins un deuxième logement surplombant une desdites ou- vertures périphériques par laquelle est suspendue une pompe, de façon à enfermer la tête de cette pompe, au moins une partie d'un arbre d'entraînement vertical re- liant la pompe à un moteur et un volant d'inertie porté par cet arbre, ce deuxième logement étant obturé par un couvercle au-dessus de la tête de pompe. Selon le cas, le moteur entraînant l'arbre en rotation peut être soit enfermé dans le deuxième logement, soit placé à l'exté- rieur de ce logement, au-dessus du couvercle. Cette dernière solution présente l'avantage d'assurer le re- froidissement du moteur et de ne pas accroître de façon excessive l'épaisseur de la dalle par suite de l'encom- brement des moteurs. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, la dalle comporte dans son épaisseur un troijg1e logement pour la manutention des combusti - bles, ce troisième logement étant relié à l'intérieur de la cuve et à une installation de manutention des com- bustibles par deux dispositifs de transfert. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, on peut également recouvrir le bouchon tournant d'un couvercle amovible fixé à la dalle, ce couvercle pouvant notamment prendre la forme d'un dôme. On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation particulier de l'in- vention en se référant aux figures suivantes: - la figure 1 est une vue en coupe de la dalle d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides réalisée confor- mément à l'invention; cette figure montre l'implanta- tion d'une pompe primaire et d'un échangeur intermédi- aire; - la figure 2a est une vue schématique, en coupe, d'une dalle de réacteur selon l'invention, échancrée pour recevoir un dispositif de transfert d'éléments com- bustibles identiques à celui existant dans un réac- teur dont la dalle est conforme à l'art antérieur; - la figure 2b est une vue schématique, en coupe, d'une dalle de réacteur selon l'invention, intégrant un dispositif de transfert modifié. On suppose ici connu le dessin général d'un réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium, de type intégré; pour une description précise on pourra se re- porter à la revue nNuclear Engineering International" Vol 23 n0 272, j uin 1978. On n'a donc pas représenté l'ensemble du ré- acteur au-dessous de la dalle, mais seulement ses atta- ches principales sur la dalle. On suppose que le réac- teur est contenu dans une cuve chaude attachée sous la dalle; la description s'étend sans difficulté à d'au- tres types de supportages. Conformément à la technique connue, l'ensemble du circuit primaire est donc confiné dans une cuve principale 10 à axe vertical, à paroi chaude se raccordant à la dalle 12 maintenue froide par une virole 10a à gradient thermique. Cette cuve 10 est munie extérieurement d'une couche calorifuge 14 et elle est entourée d'une cuve dite de sécurité 16 normalement froide, attachée également à la dalle 12. Une jupe cy- lindrique 18 en acier entoure la cuve de sécurité 16 et assure le supportage de la dalle 12 à partir du radier de l'installation, non représenté; cette jupe 18 est refroidie par un dispositif non représenté et elle est entourée d'un cylindre de protection neutronique 20 en béton, remontant autour de la dalle 12. La dalle 12 est percée d'un ensemble d'ouver- tures ou puits verticaux servant à la fixation de grands composants: l'ouverture centrale 22, surplom- bant le coeur du réacteur (non représenté) sert à por- ter un qand bouchon tournant 24 portant lui-même le petit bouchon tournant 26, qui est traversé par le bou- chon de eontrôle commande 28 équipé des barres de con- trôle non représentées, et par un moins un appareil 30 de manutention verticale du combustible. Par le jeu de rotations combinées des deux bouchons tournants 24 et 26, cet appareil 30 permet le transfert des, éléments combustibles du réacteur entre un socle fixe non repré- senté situé à côté du coeur et tout emplacement voulu dans celui-ci. On voit sur la figure un des puits ou ouvertures périphériques 32 dans la dalle 12, fixant un échangeur intermédiaire 34 alimenté en sodium secondai- re tiède par la tuyauterie 36 et fournissant à l'exté- rieur du sodium secondaire chaud par la tuyauterie 38. On voit également un des puits ou ouvertures périphéri- ques 40 dans la dalle 12, fixant la pompe primaire 42- qui est entraînée par le moteur électrique 44, un vo- lant d'inertie 46 étant fixé sur l'axe pour assurer une décroissance lente du pompage en cas de panne électri- que. La dalle est construite en tôles d'acier sou- dées, les espaces internes autres que les puits étant au moins partiellement garnis de matériaux absorbants neutroniques tels que du béton 48. La face inférieure 12a, protégée par un revêtement calorifuge 50, est re- froidie par un circuit de refroidissement non représen- té. Toutes les dispositions ci-dessus sont conformes à la technique antérieure. Conformément à la présente invention, l'épaisseur de la dalle 12 est augmentée par rapport à la technique antérieure; elle peut devenir voisine de 6 m au lieu de 2, 50 m dans les réacteurs connus du même type. Comme l'illustre la figure 1, cette caracté- ristique permet de disposer dans l'épaisseur de la dalle, au-dessus du puits 32 pour l'échangeur 34, un logement 32a pour la tête de celui-ci, et au-dessus du puits 40 pour la pompe primaire 42, un logement 40a pour la tête de celle-ci et le volant d'inertie 46. Le logement 32a est obturé par un couvercle amovible 32b arasé à la face supérieure 12b de la dalle. Les tuyau- teries 36 et 38 de sodium secondaire s'écartent radia- lement du réacteur en traversant la paroi métallique latérale 12c de la dalle par des orifices 52 et 54 munis de soufflets métalliques d'étanchéité entre cette paroi et les tuyauteries, pour assurer la fermeture vis-à-vis de l'extérieur du logement 32a, et pouvoir notamment le remplir de gaz inerte. L'espace 40b dans lequel tourne le volant 46 est de révolution et sa paroi est peu distante du vo- lant pour diminuer le choc en cas de supture de celui- ci. Cet espace 40b est -fermé inférieurement par un plancher 56 susceptible de supporter le volant brisé pendant son ralentissement, et il est fermé à sa partie supérieure par un couvercle solidaire du moteur 44 dans la variante représentée. Bien entendu, le moteur 44 peut être placé au-dessus du couvercle, comme on l'a représenté sur la figure 1, ou dans l'espace 40b si les dimensions de cet espace le permettent. L'espace 40a est rendu visitable par un trou d'homme 58 et une gale- rie 60. Le logement central 22 pour les bouchons tournants peut être muni d'un couvercle 62 amovible en forme de d8me, pour assurer un confinement supplémen- taire si on l'estime utile. L'ensemble des autres pénétrations vertica- les existant dans les dalles relativement minces selon la technique antérieure peut être reproduit avec cette dalle épaisse moyennant des modifications qui apparai- tront aisées à l'homme de l'art. En particulier, dans un réacteur de type intégré en construction, il existe des rampes de transfert d'éléments combustibles abou- tissant à un système basCuleur placé au-dessus de la dalle. La figure 2a montre schématiquement un réacteur de cuve principale 10 surmonté par une dalle épaisse 12 selon l'invention, échancrée latéralement pour rece- voir un système basculeur 70 identique à celui utilisé selon l'art antérieur. On pourra cependant préférer une disposition selon la figure 2b, comportant au contraire une dalle épaisse étendue latéralement pour définir un alvéole 72 de logement du dispositif basculeur. Bien entendu, la dalle épaisse peut être adaptée pour rece- voir d'autres appareils de transfert d'éléments combus- tibles, et l'on pourra s'ingénier, pour diminuer les sujétions de blindage neutronique de tels appareils, à réduire leur hauteur et les effacer entièrement sous le plancher plat supérieur 12b de la dalle 12. Les caractéristiques de la dalle du réacteur selon l'invention conduisent en particulier aux avanta- ges suivants: - La protection individuelle des têtes d'échangeurs, chacune dans un alvéole fermé par un couvercle, les soustrait aux chocs qui seraient provoqués par des erreurs de manutention d'objets lourds. - Le confinement individuel des têtes d'échangeurs, chacune dans son alvéole, peut aisément être effectué en gaz neutre pour supprimer toute possibilité d'in- cendie, sans qu'on ait à ajouter de carénage spécial, et en autorisant une inspection continue par caméra de télévision. - Les têtes de pompes et leurs volants sont également soustraits aux chocs incidentels, seuls restant expo- sés, le cas échéant, les moteurs de pompes. - L'enfoncement des volants de pompes dans des alvéoles robustes procure la sécurité vis-à-vis de leur ruptu- re éventuelle. - Les hauteurs requises dans chaque grand composant pour assurer une protection neutronique convenable peuvent être diminuées puisque ce composant est en- touré et surmonté de protections supplémentaires. - L'épaisseur accrue de la dalle 12 permet de majorer sa résistance et sa raideur pour une masse donnée d'acier, et de réduire la flèche liée à l'échauffe- ment de la sous-face. - Cette épaisseur accrue- facilite la réalisation et l'inspection de la partie métallique, ainsi que la mise en place du remplissage en béton. - En découplant le problème de résistance de la dalle de celui de la réalisation des composants, on s'auto- rise mieux les évolutions de conception des projets. il REVENDICATIONS 1. Réacteur nucléaire refroidi par un métal liquide, comprenant une cuve (10) remplie de métal li- quide et obturée à sa partie supérieure par une dalle (12) présentant une ouverture centrale (22) dans la- quelle est logé au moins un bouchon tournant (24, 26) surplombant le coeur du réacteur et des ouvertures pé- riphériques (40, 32) disposées en couronne autour de l'ouverture centrale, par lesquelles sont suspendus au moins une pompe (42) et un échangeur de chaleur (34), caractérisé en ce que la dalle (12) comporte dans son épaisseur au moins un premier logement (32a) surplom- bant l'une desdites ouvertures périphériques (32) par laquelle est suspendu un échangeur de chaleur (34), de façon à enfermer la tête de cet échangeur, ce premier logement étant obturé par un couvercle (32b) au dessus de la tête de l'échangeur. 2. Réacteur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le premier logement (32b) se prolonge radialement vers l'extérieur de la dalle (12)- et débou- che en vis-à-vis d'une paroi (12c) raccordée de façon étanche à la dalle, de telle sorte que ce premier loge- ment assure le passage des tuyauteries (36, 38) d'un circuit de refroidissement secondaire de l'échangeur (34), ces tuyauteries traversant la paroi. 3. Réacteur selon l'une quelconque des reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce que la dalle (12) comporte dans son épaisseur au moins un deuxième loge- ment (40a) surplombant l'une desdites ouvertures péri- phériques (40) par laquelle est suspendue une pompe (42), de façon à enfermer la tête de cette pompe, au moins une partie d'un arbre d'entraînement vertical re- liant la pompe à un moteur (44), et un volant d'inertie (46) porté par cet arbre, ce deuxième logement étant obturé par un couvercle (44) au- dessus de la tête de pompe. 4. Réacteur selon la revendication 3, carac- térisé en ce que le moteur est également enfermé dans le deuxième logement (40a). 5. Réacteur selon la revendication 3, carac- térisé en ce que le moteur (44) est placé à l'extérieur du deuxième logement (40a), au-dessus du couvercle. 6. Réacteur selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que la dalle (12) comporte dans son épaisseur un troisième logement (72) pour la manutention des combustibles, ce troisième logement étant relié à l'intérieur de la cuve (10) et à une installation de manutention des combustibles par deux dispositifs de transfert. 7. Réacteur selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que le bouchon tournant (24, 26) est recouvert d'un couvercle amovible (62) fixé à la dalle (12). 8. Réacteur selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que la dalle (12) comporte une structure rigide formée de tôles d'acier pour constituer lesdits logements (32a, 40a, 72) et en ce que chaque logement est muni dans son plancher d'un garnissage en matériau absorbant neutro- nique. 9. Réacteur selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins le premier logement (32a) est fermé de manière étanche et rempli de gaz inerte.