Brevet FR2502829A1 — publié le 19821001

La présente invention concerne des installa- tions de stockage d'un combustible irradié, après son extrac- tion de réacteurs nucléaires. L'invention concerne également le stockage d'un combustible préalablement irradié ainsi que de déchets vitrifiés après retraitement d'un combusti- ble épuisé. Il est courant en pratique de stocker le combustible épuisé sous l'eau, dans ce qu'on appelle généra- lement des bassins de stockage, pendant des périodes qui sont suffisamment longues pour permettre une diminution suf- fisante de la chaleur de désintégration et du taux de radia- tion pour permettre de transporter le combustible sans risque. Toutefois, l'utilisation d'un bassin de stockage ne donne pas entière satisfaction lorsque le combustible doit être stocké pendant une très longue période. Ainsi, la possibilité de stocker le combusti- ble sans risque pendant des périodes prolongées dans une masse d'eau dépend beaucoup des matériaux de la gaine dans laquelle le combustible est logé, des antécédents d'irradiation du combustible et/ou de la gaine, de l'intégrité de la gaine et de la qualité de l'eau dans laquelle le combustible est stocké. Ainsi, les fonctions de refroidissement et de protec- tion peuvent être exécutées de façon tout à fait satisfai- sante tant que la gaine du combustible reste intacte et que l'eau est présente. Cependant, si la gaine est perforée par corrosion ou au cours de la manutention, les produits de fission peuvent s'échapper et aussi bien les produits de fission que les produits de corrosion qui sont contaminés sont alors susceptibles de flotter et d'atteindre la surface de l'eau, ce qui peut se traduire par la présence de fortes doses d'irradiation qui seraient dangereuses pour les opéra- teurs. De plus, il est possible que ces produits de fission et produits de corrosion et de contamination adhèrent aux parois du bassin. Des variations du niveau de l'eau du bas- sin, par suite d'une évaporation ou d'une fuite, pourraient permettre l'évaporation de ces produits qui pourraient alors se mélanger à l'air, en entraînant ainsi des risques d'absorp- tion par les opérateurs et de pollution de l'atmosphère. En outre, l'intégrité du bassin doit être as- surée d'une façon très rigoureuse pour maintenir un refroidis- sement et une protection convenables. De légères fuites pour- raient soulever des problèmes mineurs de contamination et des fuites plus importantes, résultant d'une perte d'eau de re- froidissement, pourraient se traduire par un grave danger pour la région. Au fur et à mesure que les conditions de sécu- rité deviennent plus rigoureuses pour les installations nuclé- aires et que les doses tolérables vis-à-vis des opérateurs continuent à décroître, la nécessité de concevoir des instal- lations de stockage et autres installations nucléaires d'une intégrité encore plus grande, devient essentielle, en particu- lier du fait que, pour diverses raisons, il devient mainte- nant nécessaire de stocker le combustible nucléaire épuisé pendant des périodes plus longues que celles prévues initia- lement. La demande de brevet britannique NO 80 27 066 décrit une autre forme d'installation de stockage qui évite sensiblement les inconvénients précités. Une telle installa- tion de stockage comprend une enceinte pour le combustible, qui utilise l'air comme milieu de stockage; un système desti- né à évacuer l'air de cette enceinte à travers des filtres de façon à maintenir l'intérieur de l'enceinte à une pression inférieure à la pression atmosphérique; et un mécanisme de transfert destiné à introduire le combustible dans l'enceinte et à l'extraire de cette dernière. Le maintien d'une dépression dans l'enceinte pourrait supprimer la nécessité d'utiliser pour l'enceinte une enveloppe d'une intégrité parfaite, étant donné que toute fuite qui pourrait se produire s'effectuerait de l'extérieur vers l'intérieur de l'enceinte et par conséquent, l'invention assu- re un stockage qui, d'une façon inhérente, est plus sûr que le bassin usuel rempli d'eau. En outre, il n'est pas indispen- sable que le combustible soit logé tout d'abord dans des bouteilles, ce qui représente un avantage supplémentaire, étant donné que la mise en bouteilles élimine la possibilité de contrôler facilement le combustible. De plus, lorsque le combustible est stocké dans l'air plutôt que dans l'eau, le risque de corrosion est moins grand et par conséquent, un opérateur n'a plus à maintenir la composition chimique de l'eau d'une façon précise pour éviter la génération de pro- duits de corrosion et éventuellement une pollution atmosphéri- que. La présente invention a pour objet une cer- taine forme d'une telle installation de stockage qui offre des avantages particuliers, comme on le verra dans la descrip- tion qui va suivre. Selon l'invention, une installation de stocka- ge de combustible nucléaire comprend une chambre collectrice dont la base est percée de plusieurs orifices à chacun des- quels est scellé un tube ouvert au sommet, qui se prolonge vers le bas et est fermé à son extrémité inférieure, la cham- bre collectrice formant, avec le tube, une enceinte remplie d'air associée à un système destiné à évacuer l'air de l'en- ceinte de stockage à travers des filtres, de manière à main- tenir l'intérieur de cette enceinte à une pression inférieure à la pression atmosphérique, ladite installation comprenant un dispositif destiné à engendrer une circulation d'un fluide de refroidissement sur les surfaces externes des tubes et un dispositif destiné à transférer le combustible dans et hors des tubes à travers la voûte de la chambre collectrice. Une telle installation a l'avantage de l'ins- tallation de stockage décrite plus haut et a l'avantage sup- plémentaire que les tubes de stockage proprement dits forment efficacement plusieurs échangeurs de chaleur qui sont à proximité du combustible stocké. Naturellement, il est bien entendu que le reste de l'enceinte entourant la chambre principale doit avoir une épaisseur suffisante pour assurer une protection convena- ble contre le rayonnement. Le fluide de refroidissement est de préf'éren- ce l'air et les tubes se prolongent de préférence de haut en bas dans une chambre présentant au moins une ouverture in- férieure et au moins une ouverture supérieure placées l'une par rapport à l'autre et par rapport aux tubes, de façon que l'air soit obligé de circuler sur les surfaces des tubes par un processus naturel de thermosyphon. Pour un stockage de forme géométrique donnée, le débit d'air est déterminé en fonction de la chaleur engendrée à l'intérieur de l'es- pace de stockage, de façon que le système de refroidisse- ment se règle automatiquement. Etant donné que le système de refroidissement est isolé de la chambre collectrice rerfermant le combustible, il n'est pas nécessaire de fil- trer l'air de refroidissement et l'air chauffé peut être évacué directement dans l'atmosphère. Par ailleurs, comme le refroidissement est assuré par des procédés purement naturels, il n'est par conséquent pas affecté par une coupure d'une source d'énergie externe quelconque, comme ce serait le cas si l'on utilisait des ventilateurs ou soufflantes commandés électriquement pour produire un courant d'air sur les surfaces des tubes. Un autre avantage de la présente invention réside dans le fait que le combustible stocké peut être facilement examiné par les orifices de chargement ménagés dans la voûte de la chambre collectrice. Commodément, ladite voûte peut être constituée par une plaque supportée de façon à effectuer un mouvement coulissant sur les parois latérales de la chambre collec- trice et percée d'une série de trous dont le nombre est inférieur à celui des tubes de stockage, chacun des trous étant normalement fermé par un bouchon, et le degré de dé- placement de la plaque et les positions des trous sont tels que la plaque puisse être déplacée jusqu'à une position dans laquelle un trou se trouve directement au-dessus d'un tube de stockage sélectionné, afin de pouvoir placer du combustible dans le tube ou l'extraire de ce dernier au moyen d'un mécanisme de transfert situé au-dessus de la chambre collectrice. Des moniteurs sont utilisés de préférence pour détecter toute augmentation de la radiation dans la chambre collectrice et les tubes de stockage, ainsi que dans le système d'évacuation. Il est bien entendu que les filtres associés doivent être naturellement d'un type convenant pour interdire l'échappement du rayonnement et la contami- nation à partir de l'enceinte, comme dans le cas des ins- tallations décrites dans la demande de brevet précitée. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 représente sous forme schématique qui n'est pas à l'échelle, une coupe transversale de l'ins- tallation de stockage; et la figure 2 est une vue en plan à plus grande échelle d'une partie de l'installation en partie en coupe et en partie en arrachement. L'installation de stockage comporte une chambre collectrice peu profonde 1 dont le fond est percé d'une sé- rie d'orifices dans chacun desquels est scellée l'extrémité supérieure d'un tube métallique de stockage 3 ouvert au som- met, l'extrémité inférieure de ce tube étant fermée. Le sommet de la chambre collectrice 1 est constitué par une plaque épaisse 4 percée d'un certain nombre de trous 5 qui peuvent être fermés par des bouchons amovibles 6. La plaque 4 est supportée,de manière à pouvoir coulisser,par les parois latérales 7 de la chambre collectrice, afin de pouvoir positionner un trou 5 directement au-dessus d'un tube de stockage sélectionné 3 pour permettre de déposer du combustible dans le tube de stockage ou de l'en extraire, après avoir enlevé le bouchon respectif 6, au moyen d'une machine de transfert 8 supportée au-dessus de la plaque 4. Les parois latérales 7 de la chambre 1 sont per- cées d'un certain nombre d'ouvertures de sortie 9 reliées à des conduits 10 par lesquels l'air est destiné à être évacué de la chambre par des ventilateurs aspirants repré- sentés schématiquement en 11 afin de maintenir l'intérieur de la chambre 1 et donc des tubes 3 à une pression infé- rieure à la pression atmosphérique, l'air passant à tra- vers des filtres appropriés 12 avant d'atteindre les ven- tilateurs. En maintenant une dépression dans la chambre collectrice et les tubes, il serait possible d'éviter d'avoir recours à une enveloppe hermétique d'intégrité parfaite, étant donné que toute fuite qui se produit s'effectue de l'extérieur vers l'intérieur. Le nombre et la puissance des ventilateurs aspirants sont susceptibles d'assurer une redondance convenable, afin que l'intégrité reste con- venable pendant une période d'arrêt et de maintenance et, en ménageant plusieurs des ouvertures de sortie 9 reliées aux ventilateurs aspirants à des positions espacées autour de l'enceinte, il est possible de maintenir dans la chambre collectrice une pression inférieure à la pression atmosphé- rique même lorsqu'une région de son enveloppe est endommagée au point de soulever de graves problèmes de fuite. On voit également qu'il n'est pas indispensable que les bouchons 6 ferment les trous 5 de la plaque d'une façon étanche. Les moniteurs (non représentés) sont disposés à des emplacements appropriés à l'intérieur de la chambre collectrice et des tubes de stockage et en association avec chacun des conduits alimentant les ventilateurs afin de détecter toute augmentation importante de la radiation et de la contamination. Les tubes de stockage 3 se prolongent vers le bas dans des chambres 13 (dont deux sont représentés sur la figure 1), chaque chambre présentant une ouverture 14 d'entrée d'air dans son fond et d'un côté, et une ouverture de sortie 15 du côté opposé communiquant avec un conduit vertical 16 débouchant à son extrémité supérieure dans l'at- mosphère par l'intermédiaire de persiennes 17. Les ouvertures d'entrée 14 communiquent également avec l'atmosphère par l'intermédiaire de conduits d'entrée 18 et, au cours de l'utilisation de l'installation, la cha- leur de désintégration dégagée par le combustible épuisé contenu dans les tubes de stockage 3, est transmise aux parois des tubes par conduction, convexion et rayonnement, et la chaleur est transmise des tubes à l'atmosphère par un système naturel du type thermosyphon, l'air chaud s'éle- vant dans les conduits 16 par convexion et étant remplacé par de l'air plus froid aspiré dans les chambres 13 par l'intermédiaire des ouvertures d'entrée 14 et des conduits 18, comme indiqué par les flèches, les ouvertures d'entrée et de sortie 14, 15 étant disposées de façon que l'air traversant les chambres 13 passe entre les tubes 3. Il est évident que le débit d'air est déterminé par la chaleur engendrée à l'intérieur de l'espace de stocka- ge et la disposition est telle que le refroidissement obtenu convient pour maintenir l'intérieur de l'espace de stockage à une température sûre dans toutes les conditions normales. Toutefois, il peut être prévu des ventilateurs ou soufflantes de secours pour assurer un refroidissement forcé supplémentaire au cas o il se manifesterait une tem- pérature anormale. Etant donné que les éléments combustibles ne sont pas mis en bouteilles, il est facile de les examiner et le retrait du combustible de l'espace de stockage, au cas o cela deviendrait nécessaire, peut être effectué rapidement. REVENDICATIONS 1. Installation de stockage pour combustible nucléaire comprenant une chambre collectrice (1) présentant un fond (2) percé de plusieurs orifices, à chacun desquels est scellé un tube 3 ouvert au sommet et se prolongeant vers le bas, son extrémité inférieure étant fermée, la chambre collectrice (1) et les tubes (3) formant une enceinte rem- plie d'air associée à un système destiné à évacuer l'air de ladite enceinte à travers des filtres (12) de façon à maintenir l'intérieur de l'enceinte à une pression infé- rieure à la pression atmosphérique, installation caractéri- sée en ce qu'elle comporte un dispositif destiné à produire une circulation d'un fluide de refroidissement sur les sur- faces externes des tubes (3) et un dispositif (8) destiné à transférer le combustible dans les tubes et hors de ces derniers à travers la voûte de la chambre collectrice (1). 2. Installation de stockage selon la revendi- cation 1, caractérisée en ce que le fluide de refroidisse- ment est l'air et en ce que les tubes (3) se prolongent vers le bas dans une chambre (13) présentant au moins une ouverture inférieure (14) et au moins une ouverture supé- rieure (15) qui sont placées l'une par rapport à l'autre et par rapport aux tubes (3), de façon que l'air soit obli- gé de circuler sur les surfaces des tubes (3) par un pro- cédé naturel du type thermosyphon. 3. Installation de stockage selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que la ou chaque ouverture supé- rieure (15) communique avec un conduit (16) orienté vers le haut et débouchant par son extrémité supérieure dans l'atmosphère. 4. Installation de stockage selon l'une quel- conque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la voûte de la chambre collectrice (1) est constituée par une plaque (14) supportée pour effectuer un mouvement cou- lissant sur les parois latérales (7) de la chambre collec- trice (1) et présentant plusieurs trous (5) dont le nombre est inférieur à celui des tubes de stockage (3,, chacun des trous (5) étant normalement fermé par un bouchon (6) et le degré de déplacement de la plaque (4) et les positions des trous (5) étant tels que la plaque (4) peut être amenée à une position dans laquelle un trou (5) se trouve directe- ment au-dessus d'un tube de stockage sélectionné (3) pour permettre de placer du combustible dans le tube ou de l'extraire de ce dernier au moyen d'un mécanisme de trans- fert (8) placé au-dessus de la chambre collectrice (1). 5. Installation de stockage selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que des moniteurs sont destinés à détecter toute augmentation de la radiation dans la chambre collectrice (1) et les tubes de stockage (3) ainsi que dans le système d'évacuation.