Brevet FR2525379A1 — publié le 19831021

L'invention concerne un dispositif d'irradiation dit au coeur (in-core) pour un réacteur nucléaire parcouru d'un fluide réfrigérant, comprenant un tube enveloppe ancré fixe dans le coeur du réacteur et entourant au moins un canal d'exposition destine à recevoir une capsule d'irradiation cylindrique. Un tel dispositif est connu par le brevet français 2 126 079 par exemple Le tube enveloppe est fermé en bas et s'ouvre en haut encore à l'intérieur du coeur en forme d'entonnoir Pour insérer une capsule d'irradiation dans le tube enveloppe, il faut amener en alignement avec ce tube un bras de chargement qui traverse le couvercle de la cuve du réacteur, après quoi on fait descendre dans le tube enveloppe un récipient contenant la matière à irradier. Un tel dispositif d'irradiation permet seulement des chargements et des déchargements pendant l'arrêt du réacteur De plus, du fait que le tube enveloppe est fermé d'un côte, il se pose des difficultés pour le refroidissement de la matière exposée, avec la conséquence qu'il s'établit des températures qui ne sont ni bien définies ni influençables efficacement de l'extérieur. Le brevet français 2 417 828 décrit également un dispo- sitif d'irradiation au coeur o les échantillons à irradier peuvent être places dans un tube enveloppe installé fixe dans le réacteur. Les échanti llons sont suspendus à une tête de verrouillage dans laquelle pénètre un bras manipulateur qui peut être commande à partir d'un point situé au-dessus du couvercle du réacteur Cette tête possède des moyens d'encliquetage ou de verrouillage dans des gorges correspondantes sur le bord supérieur du tube enveloppe et ferme ce tube de façon étanche en position verrouillée. Dans ce cas également, l'insertion et l'extraction de la capsule d'irradiation sont seulement possibles à l'arrêt du réacteur, du fait quele manipulateur doit traverser le couvercle de la cuve sous pression De plus, le refroidissement des capsules pose ici les mêmes difficultés qu'avec le dispositif mentionné ci- dessus. Par le brevet britannique 2 015 239, on connaît un dispositif d'irradiation avec un tube enveloppe qui possède latéra- lement de nombreuses ouvertures pour le passage du réfrigérant du réacteur Le tube enveloppe se trouve dans l'intervalle annulaire latéral entre la cuve et le coeur du réacteur et il est parcouru ou balayé par le réfrigérant primaire froid Bien que le problème du refroidissement soit résolu ici de manière satisfaisante, le rempla- cement n'est possible, comme avec les dispositifs précités, que pendant l'arrêt du réacteur, puisque ce n'est qu'à ce-moment que le couvercle du réacteur peut être ouvert et que l'accès au dispositif d'irradiation est possible. L'invention vise à indiquer un dispositif d'irradiation qui soit parcouru de façon efficace par le réfrigérant primaire pendant le fonctionnement et avec lequel le chargement et le déchar- gement des capsules puissent se faire pendant le fonctionnement du réacteur et sans perturber celui-ci L'avantage ainsi obtenu est particulièrement important pour les réacteurs de recherche o de très longues périodes de fonctionnement sont demandées entre deux rechargements du réacteur (entre deux remplacements d'éléments combus- tibles), tandis que la durée d'exposition des différentes capsules d'irradiation est variable et généralement bien plus courte (par exemple pour la production de radio-isotopes). Selon l'invention, un tel dispositif est essentiellement caractérisé en ce que le tube enveloppe repose en partie sur la grille ou plaque inférieure du coeur, traverse la grille ou plaque supérieure du coeur et est guidé dans le couvercle de la cuve du réacteur, que des fentes d'admission de réfrigérant sont ménagées dans le tube enveloppe entre le couvercle et la plaque supérieure, tandis que le réfrigérant peut sortir du tube enveloppe dans la région de la plaque inférieure du coeur, des passages pour le réfrigérant étant prévus entre la capsule d'irradiation et la paroi du canal d'exposition, que la capsule d'irradiation est accoupiable par son extrémité inférieure à un bouchon légèrement plus grand en diamètre que la capsule et que le bouchon possède des moyens d'encli- quetage qui coopèrent avec des moyens correspondants dans la région du couvercle du réacteur en vue de la fermeture étanche au réfrigé- rant du canal d'exposition. Il est avantageux que la capsule d'irradiation selon l'invention soit accouplée de façon détachable, par son extrémité supérieure, à un outil en forme de barre. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le tube enveloppe renferme trois canaux d'exposition qui sont tota- lement indépendants l'un de l'autre et peuvent donc également être chargés et déchargés de façon totalement indépendante l'un de l'autre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une coupe verticale partielle d'un réacteur passant par un dispositif d'irradiation selon l'invention mis en place dans ce réacteur; les figures 2 à 5 représentent à plus grande échelle différents détails de la représentation de la figure 1; et la figure 6 est une coupe transversale du dispositif, montrant les trois canaux d'exposition selon le mode de réalisation préféré, prise à la hauteur de la position d'exposition suivant la ligne 6-6 de la figure l. Le dispositif d'irradiation représenté en coupe longi- tudinale sur la figure 1 est installé dans un réacteur dont seulement la plaque inférieure 1 et la plaque supérieure 2 du coeur et le dessus de la cuve sous pression 3 avec son couvercle 4 sont représentés sur cette figure Le coeur 5 proprement dit du réacteur se trouve entre les deux plaques ou grilles 1 et 2 et est constitué d'éléments combus- tibles, de barres de contr 6 le et de canaux de refroidissement non représentés Un fluide réfrigérant, de l'eau par exemple, est introduit d'en haut à travers la plaque supérieure 2 dans le coeur 5 du réacteur et parvient à travers une plaque inférieure 1 dans un échangeur de chaleur non représenté pour y céder la chaleur absorbée dans le coeur du réacteur. A la position d'exposition désirée du coeur se trouve un tube enveloppe 6 installé fixe, s'appuyant en partie sur la plaque inférieure 1 du coeur, traversant la plaque supérieure 2 et s'étendant jusque dans le couvercle 4 Au-dessus de la plaque supérieure 2 du coeur, le tube enveloppe 6 possède des fentes 7 d'admission de réfrigérant Le réfrigérant normal du réacteur pénètre par ces fentes dans le tube enveloppe et quitte celui-ci à travers des orifices 8 à son extrémité inférieure. Le tube enveloppe 6 renferme en fait trois dispositifs d'irradiation mutuellement indépendants, comme on peut le voir sur la coupe horizontale de la figure 6 Chacun de ces dispositifs se trouve dans un tube guide 9 monté fixe dans le tube enveloppe, qui présente également des fentes-& la hauteur des fentes 7 du tube enve- loppe et qui est également ouvert en bas. La matière à irradier est constituée dans cet exemple d'empilements de tronçons de tube 10 Chaque empilement est enfilé sur une barre de support centrale 11 et est centré sur l'axe de cette barre par des protubérances de centrage adéquates La barre de support est creuse et est traversée longitudinalement d'une tige de blocage 12. Un empilement de tronçons de tube 10 forme avec-la barre de support 11 et la tige de blocage 12 une capsule d'irradiation La figure 1 représente une telle capsule A trois positions différentes dans l'un des trois dispositifs d'irradiation ou tubes guides 9: une position de chargement en haut, une position d'exposition en bas et une posi- tion intermédiaire, comme décrit en détail par la En l'absence d'autres forces, un ressort 13 (cf. figure 4) maintient la tige de blocage 12 a sa position de fin de course haute, o un collet 14 servant d'appui de ressort sur la tige 12 est en butée contre un épaulement intérieur de la barre de support 11 La tige de blocage possède àAson extrémité inférieure une tête de verrouillage 34 (cf figure 5) qui coopère de telle manière avec des billes d'encliquetage 15 sur l'extrémité supérieure d'un bouchon 16 que ce dernier est accouplé au bord inférieur de la barre de support 11 lorsque la tête de verrouillage 34 pousse les billes 15 dans des évidements correspondants sur le bord inférieur de la barre de support. Le bouchon 16 est creux et possède lui-même une tige de blocage 17 avec une tête de verrouillage 18; en l'absence de forces extérieures, un ressort 19 pousse la tige de blocage 17 vers le haut, de manière que d'autres billes d'encliquetage 20, se trou- vant sur le bouchon 16, soient poussées radialement vers l'extérieur. Les figures 2 à 6 représentent le dispositif d'irra- diation dans la situation o il se trouve pendant l'exposition Une pièce de commande centrale 21 (cf figure 3) d'un outil décrit par la suite appuie alors sur la tige de blocage 12 à l'intérieur de la barre de support Il et pousse cette tige contre la force du ressort 13 à sa position de fin de course inférieure De la même façon, la tige 12 pousse alors vers le bas la tige de blocage 17 du bouchon 16, contre la force du ressort 19 A cette position, la tête de verrouillage 34 de la tige de blocage 12 accouple le bouchon 16 à la barre de support, la tête de verrouillage 18 du bouchon 16 n'agissant pas sur les billes d'encliquetage 20 pendant ce temps. L'outil mentionné est accouplé à la barre de support 11 par d'autres billes d'encliquetage 22, pénétrant dans le bord supérieur de la barre 11 (figure 4), du fait que ces billes sont empêchées de s'échapper radialement vers l'extérieur par un manchon coulissant 23 qui les recouvre Ce manchon forme l'extrémité inférieure de la partie de commande mobile 21 de l'outil Lorsque cette partie occupe sa position basse, le manchon 23 recouvre les billes 22 et la tige de blocage 12 de la barre de support 11 est en même temps poussée vers le bas. La partie 21 de l'outil est déplaçable par rapport à un fourreau 24 est est maintenue en position basse, en l'absence d'autres forces, par un ressort 25 (cf figure 2) qui est plus puis- sant que les ressorts 3 et 19 ensemble Le fourreau 24 de l'outil entoure par son extrémité inférieure 26 le bord supérieur de la barre de support 11 et peut être accouplé à celle-ci, comme indiqué, par les billes 22. Entre l'extrémité inférieure 26 et la tête 27 de l'outil, le fourreau 24 et la partie de commande mobile 21 de l'outil contien- nent entre eux-un joint élastique 28 qui, en raison de son élasticité,. peut participer aux mouvements de commande de la partie mobile par rapport au fourreau Du réfrigérant liquide ne peut pas remonter entre le fourreau 24 et le tube guide 9 parce que l'outil est étanché, en position d'exposition et pendant les opérations de chargement et de déchargement, par un joint annulaire 29 (figure 2). La partie mobile de l'outil se termine en haut, au- dessus du couvercle 4 de la cuve du réacteur, par une poignée 30 qui est voisine d'une poignée 31 solidaire du fourreau 24 de l'outil. Pour préparer un cycle d'irradiation, on dispose la matière à irradier, en l'occurrence les tronçons de tube 10, sur une barre de support 11 - Le canal d'exposition dans lequel cette matière est à insérer est ferme de façon étanche, pendant cette préparation, par un bouchon 16 " qui se maintient lui-même en une position de verrouil- lage, dans la région du couvercle 4 du réacteur dans le tube guide 9, sous l'effet de la pression du ressort 19, par les billes d'encliquetage engagées dans une gorge annulaire correspondante du tube guide 9. A cette position, une surface d'étanchéité 35 du bouchon 16 " s'applique contre un épaulement d'étanchéité correspondant du tube guide 9 dans la région du couvercle 4, de manière à fermer le canal d'exposition de façon étanche Du réfrigérant peut, pendant ce temps, pénétrer sans entraves par les fentes d'admission 7 dans le canal d'exposition *et en ressortir par les orifices 8. Lorsque la capsule à irradier constituée de la matière à irradier, de la barre de support 11 et de la tige de blocage 12 - est posée sur un tel bouchon 16 " verrouillé dans 1 e couvercle 4, la barre de support est seulement accouplée à ce bouchon lorsque l'outil forme de la partie mobile 21 et du fourreau 24 est placé sur la capsule, ce qui demande le bref rapprochement des deux poignées 30 et 31. Lorsqu'on relâche les poignées, le ressort 25 repousse la tige de blocage vers le bas et produit d'abord le verrouillage du bouchon 16 " à la barre de support et le verrouillage de la barre de support à l'outil et ensuite le déverrouillagedu bouchon 16 " dans le tube guide. Dès ce moment, l'étanchéité du canal dans lequel règne la pression du réfrigérant du réacteur n'est plus assurée par la surface d'étan- chéité 35 du bouchon mais par le joint annulaire 39, lequel assure ensuite l'étanchéité pendant l'abaissement de la capsule jusqu'à la position d'exposition, pendant la période d'exposition qui y fait suite et aussi pendant l'extraction de la capsule. Comme déjà mentionné, la figure 1 montre schématiquement trois positions possibles de la capsule d'irradiation dans le canal 2. Une position de chargement (bouchon 16 "),une position d'exposition (bouchon 16) et une position dite de parcage (bouchon 161). Lorsque la capsule occupe la position d'exposition, l'eau de refroidissement, pénétrant par les fentes 7 au-dessus de la plaque supérieure 2 dans le tube guide, s'écoule le long de la partie inférieure de l'outil, de la matière 10 à irradier et du bouchon 16, une partie de l'eau de refroidissement entrant par des fentes 33 à la partie supérieure de l'empilement de tronçons de tube formant la matière 10 à irradier, comme on peut le voir sur la figure 4 à l'intérieur des tronçons de tube, pour en ressortir à l'extrémité inférieure de l'empilement par des ouvertures 32 (figure 5) La matière irradiée est ainsi refroidie de manière efficace et des deux côtés par le réfrigérant du réacteur Cette circulation de réfrigérant n'est pas interrompue, lors du soulèvement de la capsule, tant que celle-ci se trouve au-dessous des fentes 7 Il est par consé- quent possible, par des moyens de verrouillage adéquats sur la tête de l'outil, d'immobiliser la capsule à une position de parcage o elle se trouve déjà au-dessus de la plaque supérieure 2 du coeur mais encore audessous des fentes d'admission 7 A cette position, les isotopes sont désintegrés rapidement sans radiation-nuisible pour l'environnement Le canal d'exposition est également étanche à cette position de parcage contre la sortie d'eau de refroidissement, par le joint annulaire 29. Les figures 1 à 5 représentent seulement un canal d'exposition à l'intérieur du tube enveloppe 6 Ce canal pourrait également remplir toute la section droite du tube enveloppe 6 Cepen- dant, comme on peut le voir sur la figure 6, le dispositif de l'exemple représenté comporte trois canaux d'exposition parallèles, comprenant chacun un empilement de tronçons de tube formant la matière à irradier, une barre de support 11, une tige de blocage 12 et un tube guide 9 Les trois canaux d'exposition sont charges et déchargés chacun à l'aide d'un outil distinct et ils peuvent être déchargés et charges de façon totalement indépendante l'un de l'autre et des cycles de remplacement des éléments combustibles On obtient ainsi une souplesse optimale des cycles d'irradiation, comme cela est nécessaire pour la production des radionuclides les plus divers. Comme il vient d'être décrit, l'invention offre la possibilité, pour la première fois, de produire l'irradiation d'échantillons dans une cuve sous pression avec refroidissement des échantillons par le réfrigérant du réacteur au cours de l'irradiation et avec,-la possibilité de charger les échantillons, de les décharger et de les amener à une position de parcage de façon indépendante du cycle de rechargement du réacteur La cuve sous pression peut se trouver dans une piscine dont l'eau ne peut à aucun moment entrer en contact avec le réfrigérant parcourant le canal d'exposition. s. R E V E N D I C A T I O N S -; 1 Dispositif d'irradiation dit au coeur (in-core) pour un réacteur nucléaire parcouru de haut en bas d'un fluide réfrigérant, comprenant un tube enveloppe ancré fixe dans le coeur du réacteur et -'T 5 -entourant au moins un canal d'exposition destine a recevoir une * capsule d'irradiation cylindrique, caractérisé en ce que le tube enveloppe ( 6) repose en partie sur la grille ou plaque inférieure ( 1) (,i -du coeur, traverse la grille ou plaque supérieure ( 2) du coeur et est guide dans le couvercle ( 4) de la cuve ( 3) du réacteur, que des *::, 10 fentes ( 7) d'admission de réfrigérant sont ménagées dans le tube *-:" -enveloppe entre le couvercle et la plaque supérieure, tandis que le réfrigérant peut sortir ( 8) du tube enveloppe dans la région de la plaque inférieure du coeur, des passages pour le réfrigérant étant prévus entre la capsule d'irradiation ( 10-14) et la paroi du canal d'exposition, que la capsule d'irradiation est accouplable par son extrémité inférieure à un bouchon ( 16) légèrement plus grand en diamètre que la capsule et que le bouchon possède des moyens d'encli- quetage ( 17 à 20) qui coopèrent avec des moyens correspondants dans la region du couvercle ( 4) du réacteur en vue de la fermeture étanche au réfrigérant du canal d'exposition. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure de la capsule d'irradiation ( 10-14) est accouplée à un outil en forme de barre. -" -3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé'en -25 ce que la capsule d'irradiation ( 10-14) est équipée pour des échan- ".u tillons à irradier ( 10) de forme annulaire et présente une barre de support centrale ( 11) qui est traversée par une tige de blocage ( 12) dëplaçable par rapport aux échantillons dans la direction de i l'axe du canal et produisant l'accouplement du bouchon ( 16) à la : 30 capsule. *-4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en -* 'óce que l'outil se compose de deux parties mutuellement déplaçables *:' À,dans le sens de l'axe du-canal, dont l'une est formée par un fourreau 0 t( 24) accouplable à la capsule d'irradiation ( 10-14) et dont 1 lutre ( 21) agit dans le sens axial sur la tige de blocage ( 12) de la barre de support ( 11). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le tube enveloppe ( 6) renferme trois canaux d'exposition mutuellement indépendants. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la capsule d'irradiation est susceptible d'être verrouillée & une position intermédiaire o la capsule ( 10-14) se trouve déj& au-dessus de la plaque supérieure ( 2) du coeur mais est encore au-dessous des fentes d'admission de réfrigérant ( 7).