Brevet FR2513797A1 — publié le 19830401

La présente invention a pour objet un dispo- sitif de protection neutronique supérieure pour assem- blage de réacteur nucléaire et plus particulièrement de réacteurs à neutrons rapides. Dans de tels réacteurs, il est nécessaire de limiter l'activation du sodium secondaire qui traverse les échangeurs de chaleur et de diminuer les dommages sur les divers composants primaires, notamment sur les cuves du réacteur La méthode la plus courante consiste à confiner les neutrons dans la région centrale du coeur, en plaçant à la périphérie de celui-ci des as- semblages ne contenant que de la matière fertile afin d'absorber les neutrons et en disposant également de la matière fertile dans les parties supérieure et infé- rieure des assemblages combustibles, de part et d'autre de la matière fissile. La protection est complétée par des manchons dits "de protection neutronique supérieure" disposés à la partie supérieure des assemblages. Dans la plupart des systèmes actuels, chaque assemblage comprend, en partie haute, une tête en forme de manchon et, en partie basse, un pied, disposés de part et d'autre du corps d'assemblage Le manchon pré- sente une épaisseur plus importante que celle du corps d'assemblage et l'espace ménagé dans sa partie centrale permet la circulation du fluide de refroidissement, par exemple du sodium liquide, de bas en haut à travers l'assemblage Or on sait que les assemblages nécessi- tent un renouvellement dans le coeur, s'effectuant à chaque campagne de chargement de ce dernier, selon l'irradiation subie Chaque assemblage usé doit être retiré du coeur pour être envoyé dans une installation de retraitement o l'ensemble tête, corps d'assemblage -et pied est séparé du faisceau des aiguilles De ce fait, le manchon est à chaque fois perdu puisqu'il est solidaire du corps de l'assemblage On a également pro- posé des dispositifs avec manchon démontable, mais ceux-ci ont encore une épaisseur de paroi importante, et les dispositifs de fixation sont parfois complexes, ce qui augmente le coût des appareils et complique le démontage. La présente invention a justement pour objet un dispositif qui remédie à ces inconvénients en étant simple à réaliser et facilement démontable lors du dé- mantèlement de l'assemblage irradié. Selon la principale caractéristique du dis- positif de protection neutronique supérieure objet de l'invention, celui-ci comporte un récipient au moins- partiellement rempli d'un produit absorbant les neu- trons, maintenu à l'aide d'au moins une plaque entre- toise, l'ensemble constitué par le récipient et les plaques entretoises étant situé à l'intérieur d'une paroi placée à la partie supérieure du corps d'assem- blage. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, chacune des plaques entretoises précitées com- prend un bord extérieur dont au moins une partie est sensiblement rectiligne et un bord intérieur dont au moins une partie épouse la forme dudit récipient. Deux types de plaques entretoises sont utili- sés dans le dispositif selon l'invention: les unes, dites "plaques entretoises mâles" se caractérisent en ce que leur partie supérieure dépasse le haut du corps d'assemblage, présente un bord extérieur incliné de haut en bas vers l'extérieur de la paroi entourant le dispositif et comporte une encoche s'ouvrant vers l'ex- térieur de ladite paroi et permettant l'accrochage d'un appareil de manutention Les autres, dites "plaques en- tretoises femelles", affleurent le haut du corps d'as- semblage et ont au moins une portion de la partie supérieure de leur bord intérieur inclinée de haut en bas vers l'intérieur de l'espace délimité par la paroi mentionnée ci-dessus et, toujours dans la partie supé- rieure de leur bord intérieur, une encoche s'ouvrant vers l'intérieur dudit espace et permettant également l'accrochage d'un appareil de manutention. Ces deux types de plaques interdisent le bou- chage, par inadvertance, d'un assemblage par un autre. au cours de la manutention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va sui- vre, donnée à titre d'exemple purement illustratif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique représentant un assemblage de réacteur à neutrons rapides avec à sa partie supérieure le dispositif selon l'invention, la figure 2 est une vue schématique en perspective, partiellement éclatée, montrant le dispositif selon l'invention à l'intérieur de la paroi placée à la partie supérieure de l'assemblage, la figure 3 est une vue schématique en perspective montrant séparément les différentes pièces qui cons- tituent le dispositif de protection selon l'inven- tion, dans le cas de plaques entretoises mâles, la figure 4 est une vue schématique d'un dispositif selon l'invention équipé de plaques entretoises mâles et placé à l'intérieur d'une paroi de forme hexagona- le, la figure 5 est une vue avec arrachement partiel mon- trant une forme particulière de réalisation du réci- pient contenant le produit absorbant les neutrons, et une plaque entretoise femelle, la figure 6 est une vue semblable à la figure 4, montrant le dispositif selon l'invention équipé de plaques entretoises femelles et placé à l'intérieur d'une paroi de forme hexagonale, les figures 7 a et 7 b sont des vues de dessus de la figure 6, montrant deux manières différentes de fixer les plaques entretoises sur une paroi hexagonale, et la figure 8 est une vue semblable à la figure 6, mais avec une paroi de forme circulaire. La figure 1 montre un assemblage pour réac- teur à neutrons rapides qui se composé essentiellement de trois parties: le pied 1 dont l'extrémité inférieu- re 2 a une forme conique afin de pouvoir être position- né dans le fond de la cuve du réacteur On voit égale- ment des ouvertures 3 par lesquelles pénètre le sodium liquide qui s'écoule ensuite de bas en haut à travers l'assemblage Le corps 4 de celui-ci, contenant les ai- guilles fissiles ou fertiles, est surmonté du disposi- tif 5 de protection neutronique selon l'invention. Ce dernier apparait mieux sur la figure 2. Sur cette figure, on voit que la partie supérieure du corps d'assemblage 4 est formée d'une paroi 6 de forme cylindrique A l'intérieur de celle-ci se trouve un ré- cipient 7 contenant un produit capable d'absorber les neutrons, par exemple du carbure de bore, et maintenu à l'intérieur de la paroi 6 par 3 plaques entretoises 9 qui, dans l'exex aple de la figure 2, sont des plaques entretoises mâles. Les différentes pièces, ainsi que les modes de fixation des plaques entretoises sur la paroi 6 vont maintenant être décrits plus en détail en référence à la figure 3 Dans l'exemple représenté ici, le réci- pient 7 est maintenu par trois plaques entretoises 9. Celles-ci, qui peuvent avantageusement être en acier inoxydable, peuvent être obtenues de façon simple, par exemple par emboutissage de tôles laminées, par micro- fusion ou par matriçage à chaud notamment. 13797 On voit sur la figure que chaque plaque 9 comprend un bord intérieur 20 dont une partie 22 se compose d 'une portion rectiligne terminée par deux por- tions en quart de cercle afin d'épouser la forme du récipient 7, qui est un cylindre terminé par deux demi- sphères. Quant au bord extérieur 24 de la plaque 9, il comporte une partie rectiligne 26 permettant la fixa- tion de la plaque 9 sur la paroi 6 Quant à la partie supérieure 28 du bord extérieur 24, elle a une forme généralement inclinée de haut en bas vers l'extérieur de l'espace délimité par la paroi 6 Dans le cas parti- culier décrit ici, on distingue, de haut en bas: un pan coupé 10 incliné vers l'extérieur, une partie verticale 27 entaillée par une encoche 16 s'ouvrant vers l'extérieur, et un pan coupé 29, faisant la jonction avec la partie rectiligne 26 du bord extérieur 24. Une fois que ces différentes plaques entre- toises ont été disposées autour du récipient 7 et en contact avec celuici, elles sont rendues solidaires les unes des autres par exemple par soudure au point de jonction de leur partie supérieure 28 et éventuellement au point de jonction de leur partie inférieure 11. L'ensemble ainsi constitué est ensuite in- troduit à l'intérieur de la paroi 6 et les entretoises 9 sont fixées à cette dernière Cette opération peut se faire de plusieurs manières: on peut par exemple réa- liser une fixation par cloutage à l'aide de clous spé- ciaux 12 introduits dans des trous 13 de la paroi 6 et des trous 14 préalablement percés sur la tranche de chaque entretoise dans la partie rectiligne du bord ex- térieur, la tête de chaque clou pouvant être soudée sur -la paroi 6 On peut aussi utiliser des coins profilés 30 venant s'encastrer dans les plaques entretoises 9 et maintenus par soudure sur la paroi 6 Une troisième méthode consiste à déformer localement la paroi 6 de façon à créer des bosses qui pénètrent dans des enco- ches préalablement ménagées sur la tranche des plaques entretoises 9 Enfin, cette fixation peut être réalisée par cerclage à l'aide d'une ou plusieurs brides 15 en- tourant la paroi 6 et maintenues sur celle-ci par sou- dure Cependant, si ces quatre méthodes sont les plus efficaces et les plus sures, tout autre moyen de fixa- tion peut être utilisé dans le cadre de la présente invention Dans certains cas, les entretoises 9 peuvent être munies d'un système anti-vibrations qui se présen- te sous la forme de fentes 17 pratiquées dans la partie supérieure et/ou dans la partie inférieure de celles- ci Une telle fente est représentée sur le détail agrandi de la figure 3. La figure 4 montre le dispositif placé à l'intérieur d'une paroi 32 de forme hexagonale et main- tenu par cerclage à l'aide d'une bride hexagonale 33. Dans le cas o on utilise des plaques entretoises mâ- les, la partie supérieure de celles-ci dépasse le bord supérieur de la paroi 6 Cette disposition présente un double avantage: tout d'abord, elle permet l'accrocha- ge du dispositif par un appareil de manutention grâce aux encoches 16 De plus, elle empêche le pied d'un autre assemblage de pénétrer à l'intérieur du disposi- tif de protection neutronique: si un tel incident se produisait, on risquerait de boucher le passage du so- dium liquide à la partie supérieure de l'assemblage. Grâce à l'invention, ce risque est supprimé: le pied du deuxième assemblage est dévié par les plaques 9 et le sodium peut s'écouler par au moins l'un des espaces délimités par la paroi 32 et les plaques 9 Ainsi, même en cas d'arrêt accidentel des pompes de circulation, la chaleur peut être évacuée par les mouvements de convec- tion naturelle à l'intérieur de la masse de sodium. La figure 5 illustre le mode de réalisation préféré du récipient 7 utilisé dans l'invention et con- tenant le produit capable d'absorber les neutrons On voit que le récipient 7 se compose essentiellement d'une enveloppe externe 34 en t 8 le d'inox, ayant la forme d'un cylindre dont les extrémités, qui peuvent être de forme conique ou hémisphérique, sont fermées A l'intérieur de cette enveloppe externe est disposée une enveloppe interne 36, également en t 8 le d'inox, mais de faible épaisseur, incomplètement remplie de carbure de bore Enfin, au centre de l'enveloppe interne, et sen- siblement le long de son axe, se trouve un tube 37 pouvant se déformer sous l'effet du gonflement du car- bure de bore et dont l'intérieur constitue un volume libre pour contenir l'hélium dégagé par le carbure de bore au cours de l'irradiation. La figure 5 montre également une plaque en- tretoise femelle 39 utilisée dans le dispositif selon l'invention Comme dans le cas de la plaque entretoise mâle 9 décrite en référence à la figure 3, on retrouve un bord extérieur 44 rectiligne muni d'entailles 45 permettant de fixer la plaque 39 sur une paroi telle que les parois 6 ou 32 et un bord intérieur 40 dont une partie 42 épouse la forme du récipient 7 Mais c'est la partie supérieure 48 du bord intérieur 40 qui présente une portion 50 inclinée de haut en bas vers l'intérieur du dispositif et suivi d'une partie verticale 47 dans laquelle est ménagée une encoche 46 permettant l'accro- chage du dispositif au moyen d'un appareil de manuten- tion. La figure 6 montre un dispositif équipé de plaques femelles 39 placé à l'intérieur d'une paroi 52 de forme hexagonale On voit à l'examen de cette figu- -re, que, dans le cas d'utilisation de plaques femelles, la partie supérieure de celles-ci affleure le bord su- périeur de la paroi 52. Cette disposition permet également l'accro- chage du dispositif au moyen d'un appareil de manuten- B 7121-3 JR tion et,en cas de fausse manoeuvre, le pied d'un autre assemblage ne pénètre que partiellement à l'intérieur de la paroi 52: le sodium liquide peut donc s'écouler dans les espaces délimités par le récipient 7, les pla- ques 39 et la paroi 52 Des trous 53 ménagés dans la partie supérieure de la paroi 52 peuvent améliorer l'évacuation dal sodium liquide. Les figures 7 a et 7 b illustrent les deux ma- nières de disposer les entretoises pour les fixer sur une paroi hexagonale: on peut par exemple fixer la plaque 39 au milieu de la face 56 de la paroi 52 (figure 7 a) ou bien à la jonction entre les faces 56 et 57 de ladite paroi (figure 7 b). Enfin, la figure 8 montre un dispositif sem- blable à celui de la figure 6 placé dans une paroi 62 cylindrique Comme on utilise encore des plaques femel- les 39, la partie supérieure de celles-ci ne dépasse pas le bord supérieur de la paroi 62 qui peut, de même que la paroi 52 de la figure 6, être percée d'un cer- tain nombre de trous 63 pour le passage du sodium li- quide. Le dispositif de protection neutronique su- périeur selon l'invention présente un certain nombre d'avantages intéressants et tout d'abord une fabrica- tion simple, et d'autant plus économique que le gain en poids et en dimension est important par rapport aux dispositifs de l'art antérieur utilisant des manchons en acier de forte épaisseur Le montage et le démontage sont très faciles, ce qui simplifie les opérations de maintenance, surtout lors du démantèlement d'assembla- ges irradiés Les volumes de stockage, soit à la fabri- cation des assemblages, soit lors de leur démantèlement sont très réduits et on peut récupérer suivant les cas soit le dispositif complet, soit le récipient 7, soit le carbure de bore seul pour réemploi après désactiva- tion. Enfin, il est bien entendu que l'invention ne se limite pas au seul exemple de réalisation qui vient d'être décrit mais qu'on peut envisager des variantes sans sortir pour autant du cadre de l'invention. C'est ainsi que l'homme de l'art pourra choi- sir, au mieux en fonction de chaque cas particulier, le n.ombre et la forme des entretoises, ainsi que leur pro- cédé d'obtention, de même que le mode de fixation des plaques entretoises sur la paroi 6. Quant au récipient 7, il peut contenir du carbure de bore ou tout autre produit présentant de bonnes propriétés absorbantes vis-à-vis des neutrons. REVENDICATIONS 1 Dispositif de protection neutronique su- périeure pour assemblage de réacteur nucléaire caracté- risé en ce qu'il comporte un récipient ( 7), au moins partiellement rempli d'un produit absorbant les neu- trons, maintenu à l'aide d'au moins une plaque entre- toise ( 9), l'ensemble constitué par le récipient ( 7) et les plaques entretoises ( 9) étant situé à l'intérieur d'une paroi ( 6) placée à la partie supérieure du corps d'assemblage ( 4). 2 Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le récipient 7 comporte de l'exté- rieur vers l'intérieur: une enveloppe cylindrique externe ( 34) fermée à ses deux extrémités, une enveloppe cylindrique interne ( 36) de faible épaisseur, incomplètement remplie d'un produit ab- sorbant les neutrons, et un tube déformable ( 37) disposé au centre de l'enve- loppe interne ( 36) et sensiblement le long de son axe. 3 Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque pla- que entretoise ( 9) comprend un bord extérieur ( 24) dont au moins une partie ( 26) est sensiblement rectiligne et fixée contre la face interne de la paroi ( 6) et un bord intérieur ( 20) dont au moins une partie ( 22) épouse la forme du récipient ( 7). 4 Dispositif selon la revendication 3, ca- ractérisé en ce que le bord extérieur ( 24) de chaque plaque entretoise comporte dans sa partie supérieure, une portion ( 10) inclinée de haut en bas vers l'exté- rieur de l'espace délimité par la paroi ( 6), et une il encoche ( 16) s'ouvrant vers l'extérieur dudit espace et permettant l'accrochage du dispositif par un appareil de manutention. Dispositif selon la revendication 3, ca- ractérisé en ce que le bord intérieur ( 40) de chaque plaque entretoise comporte, dans sa partie supérieure, une portion ( 50) inclinée de haut en bas vers l'inté- rieur de l'espace délimité par la paroi ( 6), et une encoche ( 46) s'ouvrant vers l'intérieur dudit espace et permettant l'accrochage du dispositif par un appareil de manutention. 6 Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 5, caractérisé en ce que les plaques entretoises ( 9) sont constituées par des tôles embou- ties, microcoulées ou matricées à chaud. 7 Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdites pla- ques entretoises ( 9), une fois disposées autour du ré- cipient ( 7), sont rendues solidaires entre elles à leur partie supérieure ( 28) et/ou à leur partie inférieure ( 11). 8 Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 7, caractérisé en ce que les plaques entretoises ( 9) comportent un système anti-vibrations. 9 Dispositif selon la revendication 8, ca- ractérisé en ce que ledit système anti-vibrations com- porte des fentes ( 17) pratiquées dans la partie infé- rieure ( 11) et/ou supérieure ( 28) des plaques entretoi- ses ( 9). 10 Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 9, caractérisé en ce que les plaques entretoises ( 9) sont fixées à la paroi ( 6) placée à la partie supérieure du corps d'assemblage ( 4) à l'aide de clous ( 12) à tête soudée. 11 Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que les plaques entretoises ( 9) sont fixées à la paroi ( 6) au moyen de coins profilés ( 30). 3797 12 Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que les plaques entretoises ( 9) sont fixées à la paroi ( 6) au moyen de déformations locali- sées de cette paroi ( 6) pénétrant dans des encoches préalablement ménagées dans les plaques entretoi- ses ( 9). 13 Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que les plaques entretoises ( 9) sont fixées à la paroi ( 6) à l'aide d'au moins une bride ( 15) maintenue sur ladite paroi par soudure.