Brevet FR2521764A1 — publié le 19830819

La présente invention concerne un dispositif de protection neu- tronique pour un produit radio-actif, tel qu'un combustible nucléaire, per- mettant une bonne évacuation de la chaleur produite par ce produit L'in- vention s'applique notamment aux conteneurs pour produits radio-actifs. Les produits fortement radio-actifs, tels que les combustibles nucléaires sont délicats à stocker ou à transporter parce qu'ils émettent des rayonnements dont il faut empêcher la propagation et parce qu'ils pro- duisent en même temps une quantité de chaleur qu'il faut évacuer en perma- nence. De tels conteneurs sont généralement constitués d'une enveloppe cylindrique étanche de forte épaisseur -Une telle enceinte doit être étu- diée pour résister mécaniquement à des chocs accidentels, pour constituer en même temps un écran deprotection contre les rayonnements radio-actifs, et enfin pour permettre l'évacuation de la chaleur produite par la matière radio-active. En ce qui concerne la protection contre les rayonnements radio- actifs, l'enveloppe ne suffit généralement pas, et il est souvent prévu d'en- tourer cette enveloppe d'une couche relativement épaisse constituée d'une matière absorbant les neutrons, telle qu'une résine spéciale. En ce qui concerne l'évacuation de la chaleur produite en permanen- ce par la matière radio-active enfermée dans le conteneur, il est prévu géné- ralement une multitude d'ailettes ou de plaques réparties tout autour de l'enveloppe cylindrique et destinées à évacuer dans l'air ambiant les calo- ries par convexion naturelle Or comme la matière destinée à absorber les neutrons est généralement un mauvais conducteur thermique, et qu'elle se trouve en général interposée entre l'enveloppe cylindrique et les ailettes de refroidissement, l'évacuation de la chaleur se fait relativement mal. Par ailleurs, lorsque de tels conteneurs sont utilisés pour le transport de combustibles nucléaires, ces conteneurs peuvent être exposés à l'humidité ambiante ou aux intempéries Dans ces conditions, la résine absor. bant les neutrons qui entoure l'enveloppe cylindrique se trouve en contact avec l'humidité, et il a été fréquemment observé des infiltrations d'eau danl des fissures qui se forment dans la résine, lorsque celle-ci accuse un cer- tain vieillissement Un tel conteneur devient alors relativement dangereux parce que, même après un lavage et un séchage de sa face externe, l'eau qui s'est infiltrée dans la résine et qui est devenue radio-active resue pendant un temps assez long, présentant ainsi un danger de contamination. Par ailleurs, l'opération consistant à appliquer une forte épais- seur de résine autour de l'enveloppe cylindrique est une opération diffici- le à réaliserpouvant entrainer des décollements à cause du retrait lors de son séchage Un conteneur ainsi réalisé présente aussi le grave inconvénient que la résine est exposée à un vieillissement accéléré ainsi qu'à des chocs accidentels pouvant entrainer des fissures. La présente invention vise à pallier tous ces inconvénients. La présente invention concerne donc un dispositif de protection neutronique recouvrant la paroi externe d'une enveloppe d'un réceptacle en- fermant un produit radio-actif, ce dispositif comprenant essentiellement une matière absorbant les neutrons disposée autour de l'enveloppe du réceptacle. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, ce disposi- tif comprend en outre une pluralité d'éléments identiques présentant la for- me générale de bandes de tôle incurvées, de profil constant sur toute leur longueur, ces bandes étant disposées régulièrement tout autour de l'envelop- pe et reliées à elle de façon à ménager des cavités fermées juxtaposées tout autour de l'enveloppe, la matière absorbant les neutrons étant intro- duite dans lesdites cavités ainsi constituées. Selon une autre caractéristique de l'invention, chacune de ces ban- des de t 8 le s'étend parallèlement à son enveloppe, a une forme rectangulaire allongée et présente chacune un pliage d'un certain angle selon une ligne parallèle à ses bords latéraux Ces bandes sont d'autre part disposées les unes à côté des autres autour de l'enveloppe cylindrique, un bord latéral de chaque bande étant relié, sur toute sa longueur, à l'enveloppe cylindrique, et l'autre bord latéral de chaque bande étant relié, sur toute sa longueur, à la bande suivante. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront lors de la description détaillée de l'exemple de réalisation qui va suivre, 3 y illustré par les dessins annexés. La figure 1 est une vue partielle en coupe radiale d'un conteneur muni d'un dispositif de protection conforme à l'invention, La figure 2 est une vue partielle en coupe longitudinale du même conteneur. La figure 3 est une vue partielle en coupe longitudinale d'une va- riante du conteneur. En se reportant à la figure 1, on distingue une enveloppe cylindri- que 1 en acier, de forte épaisseur, et qui définit un volume interne cylin- drique 2 dans lequel peuvent être disposés des éléments radio-actifs tels que des éléments de combustible nucléaire L'enveloppe cylindrique 1 est suffisamment 4 paisse pour éviter la propagation de la plupart des rayon- nements radio-actifs ainsi que pour résister mécaniquement à tout choc ac- cidentel envisageable Sur la face externe 3 de cette enveloppe, sont dis- posées une série de bandes de soudure par feuillard 5 régulièrement espa- cées et suivant des génératrices de cette enveloppe cylindrique i Tout autour de cette enveloppe cylindrique, sont ensuite disposés des éléments 4, tous identiques, réalisés à partir de tôles en matériau bon conducteur thermique, par exemple en cuivre Chacun de ces éléments 4 est constitué d'une bande rectangulaire, de longueur sensiblement égale à la longueur de l'enveloppe cylindrique 1 L'un ( 6) des bords latéraux de chaque bande mé- tallique 4 est soudé en 15 le long d'une bande de soudure par feuillard 5 correspondante; à partir de ce bord 6, l'élément 4 s'étend vers l'extérieur selon une première partie plane 7 pliée une première fois, longitudinalement, selon une ligne 8, pour être ramené dans un plan circonférentiel, pliée dans l'autre sens selon une seconde ligne 9 parallèle à la ligne 8, puis pliée selon une troisième ligne parallèle 10 de la même manière que le premier pliage 8, de manière que la partie 1 i de l'élément soit située circonféren- tiellement Du fait des trois pliages rapprochés parallèles 8, 9, 10, on donne à l'élément 4 une forme générale de dièdre dont les deux côtés sont constitués par les parties 7 et 11, et, plus précisément, dans la zone com- mune aux parties 7 et 11, on réalise une rainure 25 de faible dimension en forme, elle aussi, de dièdre L'élément 4 comporte, d'autre part, un bord latéral 12 soudé à l'élément 4 suivant, ce bord 12 venant s'ajuster dans la rainure 25 réalisée à l'aide du pliage inverse 9 Dans cet exemple par- ticulier de réalisation, la dimension de cette rainure 25, dans la direc- tion radiale, est égale à l'épaisseur de la partie 11 de l'élément de façon que les faces externes 13 des parties périphériques 1 i des éléments 4 soient dans le prolongement l'une de l'autre pour constituer une paroi cylindrique parfaite, dépourvue de décrochements On réalise alors une sou- dure 14 qui relie le bord 12 d'un élément 4 avec l'élément 4 suivant, en remplissant l'espace restant de la rainure 25, ce qui constitue ainsi une paroi cylindrique externe étanche Dans cet exemple, les éléments 4 sont réalisés à partir de tôles découpées et pliées, mais on peut aussi les concevoir à partir de matériaux forgés, moulés ou usinés. Pour monter l'ensemble des éléments 4, on commence à souder un premier élément 4 sur l'enveloppe cylindrique 1, ou plus exactement sur la soudure par feuillard 5, puis on soude un élément 4 suivant situé, en faisant référence à la figure 1, à gauche du premier élément 4 On monte ainsi tous les éléments 4 en progressant donc dans le sens contraire des aiguilles d'une montre Ce montage ressemble en fait à la mise en place successive des tuiles sur une toiture, la dernière tuile posée comprenant un bord reposant sur la charpente de la toiture et son autre bord sur la tuile précédemment posée. On peut remarquer que les deux soudures 14 et 15 sont faci- les à réaliser parce que l'accès n'est pas gêné par d'autres éléments 4. On peut remarquer aussi que, lorsque l'on a soudé à ses deux extrémités 6 et 12 unelément 4, il constitue un espace étanche 16 délimité par la paroi externe 3 de l'enveloppe cylindrique 1, par les faces internes des parties 7 et 1 i d'un élément 4, ainsi que par la face externe de la partie 7 de l'élément 4 précédent. On peut remarquer d'autre part, que l'exécution des soudu- res 15 et 14 de chaque élément 4 est facile à réaliser parce qu'il n'y a aucun élément 4 qui gêne cette exécution Un problème se pose toutefois pour le dernier élément 4 que l'on doit souder, parce qu'il rejoint le pre- mier élément 4 soudé en début Pour résoudre ce problème, on dispose un pre- mier élément 41, soudé avant tout autre, qui ressemble aux éléments 4 normaux mais qui est toutefois dépourvu de la partie 11 de ces éléments 4 Lorsque le dernier élément 42, identique à tous les autres éléments 4, est soudé sur l'enveloppe cylindrique 1, cette soudure est possible puisque l'élément 41 laisse un espace libre entre lui et l'élément 42 On peut alors achever la construction de l'ensemble en mettant un élément 43 qui a une forme iden- tique à celle des parties 11 deséléments normaux 4, et qui achève la cons- truction de la paroi cylindrique externe étanche constituée par l'ensemble des parties 11 des éléments 4. A ce stade de la construction, oxpeut remplir les espaces étanches 16 dont l'accès d'une des deux extrémités est laissé libre, avec une matière absorbant les neutrons, connue en soi. On remarque qu'un conteneur comme décrit précédemment est tout particulièrement efficace parce que, tout autour de son enveloppe cylindrique 1, est disposée une matière absorbant les neutrons qui remplit tous les es- paces 16 qui sont juxtaposés La matière absorbant les neutrons constitue donc une couche pratiquement continue tout autour de l'enveloppe cylindrique 1, cette couche est toutefois interrompue par les parties métalliques 7 des élénents 4 Pour cette raison, il est d'ailleurs préconisé, comme représenté 252 1764 en figure 1, de ne pas disposer ces parties 7 exactement radialement, mais de les incliner légèrement d'un certain angle oc par rapport à une direc- tion radiale 17. Outre ses bonnes qualités de protection contre les radiations, un conteneur conforme à la présente invention est aussi capable d'évacuer efficacement la chaleur produite par les éléments radio-actifs stockés dans la chambre 2 En effet l'enveloppe cylindrique 1 est mise en communication avec la paroi cylindrique externe formée des parties 11 des éléments 4, à l'aide de toutes les parties 7 des éléments 4 On voit par conséquent que la chaleur de l'enveloppe cylindrique 1 peut se transmettre facilement aux parties 7 des éléments 4, puis aux parties il de ces éléments 4 qui sont directement en contact avec l'air ambiant Si l'on évacue par exemple par convexion natuw Ile la chaleur de la paroi externe formée par les parties 11, on est en mesure d'extraire une grande puissance calorifique de l'en- veloppe cylindrique 1 Pour refroidir efficacement cette paroi externe, on peut disposer, sur chaque élément 11, une multitude d'ailettes 18 radiales soudées aux éléments 11 Il est préférable bien s r, de souder ces ailettes 18 sur les parties Il avant de procéder au remplissage des cavités 16 avec la matière absorbant les neutrons. Comme on peut le voir en figure 2 les cavités longitudinales 16 remplies de matière absorbant les neutrons débouchent aux extrémités dans des cavités annulaires 19, 20 qui sont elles-mêmes remplies de matière ab- sorbant les neutrons, des t 8 les annulaires 21, 22 reliant de façon étanche les extrémités de la paroi cylindrique 11 et les extrémités 23, 24 de l'en- veloppe cylindrique 1 De cette manière, la matière absorbant les neutrons est entièrement enfermée dans une enveloppe étanche, on peut ainsi immerger dans une piscine un tel conteneur en évitant tout risque d'infiltration de l'eau à l'intérieur de la matière absorbant les neutrons D'autre part, cette matière résiste beaucoup plus longtemps au vieillissement que si elle était exposée à l'air libre. Les profilés 7 peuvent aussi s'étendre sur toute la longueur du conteneur (comme représenté en figure 3) Dans ce cas, les éléments 21 et 22 n'existent pas, les extrémités 23, 24 de l'enveloppe obturent directement les extrémités des cavités 16. Il est possible aussi de concevoir les ailettes de refroidissement 18 comme faisant partie intégrante des éléments 4 Pour réaliser celà, il suffit de prévoir pour chaque élément 4 un prolongement radial vers l'exté- rieur à l'extrémité 12 de ces éléments 4. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre d'exemple, mais elle en comporte au contraire toutes les variantes de réalisation. 252 1764 REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection neutronique recouvrant la paroi ex- terne de l'enveloppe d'un récipient enfermant un produit radio-actif, ce dispositif comprenant essentiellement une matière absorbant les neutrons disposée autour de l'enveloppe du récipient, caractérisé par le fait qu'il comprend un outre une pluralité d'éléments identiques ( 4) présentant chacun la forme générale d'une bande de t 8 le uni- que incurvée, de profil constant sur toute sa longueur, ces éléments iden- tiques 4 étant disposés régulièrement tout autour de l'enveloppe ( 1) et reliés à elle de façon à ménager des cavités ( 16) fermées, juxtaposées, tout autour de l'enveloppe ( 1), et que la matière absorbant les neutrons est enfermée dans lesdites cavités ainsi constituées. 2. Dispositif de protection neutronique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chacune de ces bandes ( 4) s'étend parallèlement à l'axe de l'enveloppe cylindrique ( 1), a mie forme rectangulaire allongée et présente un pliage d'un certain angle selon une ligne ( 8) parallèle à ses bords latéraux ( 6, 12), que ces bandes sont disposées les unes à c 8 té des autres autour de l'enveloppe, qu'un bord latéral ( 6) de chaque bande ( 4) est relié, sur toute sa longueur, à l'enveloppe ( 1), et que l'autre bord latéral ( 12) de chaque bande ( 4) est relié, sur toute sa longueur, à la bande ( 4) suivante, au voisinage de la ligne ( 8) de pliage de cette bande suivante. 3. Dispositif de protection neutronique selon l'une des revendi- cations 1 et 2, caractérisé par le fait que les liaisons " 5)des bandes) avec l'enveloppe cy- lindrique ( 1) et les liaisons ( 14) de ces bandes entre elles sont réalisées par soudage. 4. Dispositif de protection neutronique selon l'une des revendica- tions 1 à 3, caractérisé par le fait que la matière absorbant les neutrons remplit entiè- rement les cavités ( 16) formées à l'aide des bandes ( 4), et qu'il est prévu,. en outre des éléments ( 21, 22) venant s'adapter aux extrémités des bandes ( 4) et soudés à ces extrémités, pour enfermer de façon étanche la matière absorbant les neutrons à l'intérieur des cavités ( 16). 5. Dispositif de protection neutronique selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que la partie plane ( 7) de chaque bande ( 4) s'étendant entre l'enveloppe cylindrique ( 1) et la li- gne de pliage ( 8) est inclinée d'un certain angle c rection radiale ( 17), de façon que tout rayonnement radio-actif dirigé vers 252 1764 l'extérieur de l'enveloppe ( 1) rencontre une zone de matière absorbant les neutronset que d'autre part, la partie ( 11) de chaque bande ( 4) s'éten- dant entre la ligne de pliage ( 8) et le bord ( 12) relié à la bande suivante présente une forme de portion de cylindre, de façon que l'ensemble de tou- tes ces parties ( 11) des bandes constitue une paroi cylindrique complète disposée concentriquement autour de l'enveloppe ( 1), cette paroi consti- tuant un espace annulaire remplit de matière absorbant les neutrons. 6. Dispositif de protection neutronique selon la revendication , caractérisé par le fait que la face convexe de chaque bande comporte une rainure ( 25) en forme de dièdre située le long de la ligne de pliage ( 8) et destinée à recevoir le bord ( 12) de la bande suivante, de façon que les faces externes ( 13) des parties ( 11) des bandes soient dans le prolonge- ment l'une de l'autre afin de constituer une paroi cylindrique étanche, par- faite, dépourvue de décrochements. 7. Dispositif de protection neutronique selon l'une des reven- dications 5 ou 6, caractérisé par le fait qu'il est prévu une pluralité de pièces ( 18) formant ailettes de refroidissement disposées radialement tout autour de la paroi cylindrique externe ( 11) et fixée ou soudée à elle. 8 Dispositif de protection neutronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que lesdits éléments ( 4), ainsi que les ailettes de refroidissement ( 18) sont réalisées à partir de t 8 les en matière bon con- ducteur thermique, par exemple en cuivre, découpées et pliées. 9 Dispositif de protection neutronique selon la revendication 8, caractérisé par le fait que sur la face externe cylindique ( 3) de l'envelop- pe ( 1), il est disposé une série de bandes de soudure par feuillard ( 5) sou- dées à l'enveloppe ( 1) par des moyens électriques, ces bandes de soudure ( 5) étant disposées régulièrement et parallèlement tout autour de l'enveloppe cy- lindrique ( 1), en suivant des génératrices de cette enveloppe, et que les éléments ( 4) sont soudés en ( 15) sur ces bandes de soudure ( 5).