Brevet FR2534408A1 — publié le 19840413

L'invention a pour objet un réacteur à neu- trons rapides comportant un sommier de stockage indé- pendant du sommier du coeur. Elle s'applique plus particulièrement à un réacteur à neutrons rapides refroidi au moyen d'un mé- tal liquide, comme par exemple le sodium Un tel réac- teur comporte une cuve principale à axe vertical conte- nant le métal liquide de refroidissement dans lequel est immergé le coeur du réacteur. Le coeur est constitué par un ensemble de bottiers allongés contenant chacun un faisceau d'ai- guilles gainées enfermant de la matière fissile et/ou fertile Ces boitiers comportent, à leur extrémité su- périeure, une tête de préhension qui permet de les sou- lever et de les transférer A leur partie inférieure, ils comportent un pied permettant de les positionner dans un sommier de support horizontal, qui repose sur un platelage fixé au fond de la cuve. Au cours de la vie du réacteur, il est néces- saire de remplacer périodiquement les assemblages arri- vés enfin de vie par des assemblages neufs Cette ma- nutention est généralement effectuée au moyen d'un bras ou d'un grappin qui transfère les assemblages dans un pot de chargement et de déchargement qui permet d 'éva- cuer les assemblages hors de la cuve du réacteur. -Dans les solutions déjà connues, l'extrac- tion hors du coeur des assemblages irradiés en vue de leur remplacement par des assemblages neufs, est suivie d'une mise en stockage à l'intérieur de la cuve, en dehors du coeur, dans une zone o l'assemblage considé- ré peut se refroidir partiellement et perdre une partie de son activité résiduelle avant d'être sorti de la cuve principale, jusqu'à un stockage externe o son ac- tivité continue à diminuer. Toutefois, dans l'état actuel de la techni- que, la zone de stockage fait partie intégrante du som- mier de coeur Il en résulte une augmentation des di- mensions de ce sommier, et en particulier de son diamè- tre Entre autres inconvénients, cela oblige à prévoir, dans la dalle qui ferme la cuve, un orifice suffisam- ment grand pour permettre le passage du sommier. La présente invention a pour objet un réac- teur nucléaire à neutrons rapides qui résout ces pro- blèmes grâce à la présence d'un sommier de stockage indépendant du sommier de coeur. De façon plus précise, le réacteur nucléaire à neutrons rapides de l'invention, qui comprend une cu- ve contenant un métal liquide de refroidissement, un coeur immergé dans ledit métal, la cuve comportant un platelage sur lequel repose un sommier pour le coeur, ledit coeur étant constitué par une juxtaposition d'as- semblages fichés dans le sommier, le métal liquide de refroidissement circulant de manière ascendante dans le coeur, le métal liquide étant appelé "métal liquide froid" avant sa circulation dans le coeur et "métal liquide chaud" après son passage dans ce dernier, se caractérise en ce qu'il comporte un sommier de stockage des éléments combustibles, ce sommier étant indépendant du sommier de coeur, disposé concentriquement à ce der- nier et reposant sur le platelage, une circulation de métal liquide froid étant assurée dans les assemblages par récupération des fuites du sommier de coeur. De nombreux avantages résultent de cette dis- position Le sommier de coeur et le sommier de stockage sont deux pièces distinctes qui peuvent être mises en place séparément dans le réacteur Les dimensions du sommier de coeur, et en particulier son diamètre, sont réduites. Le sommier de coeur étant de préférence in- troduit par l'orifice du bouchon tournant, cela permet de réduire d'autant la butée sur le diamètre minimum du bouchon tournant Par ailleurs, le sommier de stockage ne nécessite pas un usinage aussi précis que le sommier de coeur. Le sommier de stockage qui est raccordé hy- drauliquement au platelage, peut être constitué par une couronne d'une seule pièce, ou être formé de deux ou plusieurs modules Ce sommier de stockage peut être po- se et fixé au platelage ou constitue une structure mo- nolithique avec le platelage dans la variante d'une couronne d'une seule pièce. De préférence, le sommier de stockage compor- te un espace libre dans lequel est disposé un poste de chargement et de déchargement du réacteur Cette dispo- sition permet de rapprocher ce poste du coeur et donc de réduire le diamètre de la cuve principale, ce qui est un avantage très important en raison des économies qu'elle permet-de réaliser. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la des- cription qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre indicatif et nullement limitatif La description se réfère aux figures annexées, sur lesquelles: - la figure 1 représente une vue schématique en coupe d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides comportant un sommier de stockage indépendant réalisé conformé- ment à l'invention, la figure 2 représente une vue à échelle agrandie du sommier de stockage du réacteur de la figure 1, com- prenant une vue de détail a qui montre en particulier la section elliptique des canalisations qui relient les pompes de circulation au sommier de stockage, la figure 3 représente schématiquement une vue en section transversale selon la ligne IV de la figure 1 du réacteur équipé d'un sommier de stockage en deux parties, la figure 4 représente une vue montrant un exemple de fixation d'un assemblage dans le sommier, les figures 5 et 6 représentent deux variantes d'exé- cution d'un sommier de stockage réalisé conformément à l'invention. On a représenté sur la figure 1 une vue en coupe d'un réacteur nucléaire 1 à neutrons rapides com- portant un sommier de stockage réalisé conformément à la présente invention Le réacteur nucléaire 1 se com- pose d'une cuve 2 à axe vertical suspendue à une dalle horizontale 4 et remplie d'un métal liquide de refroi- dissement 5, généralement du sodium Le niveau de so- dium liquide est surmonté par une couche d'un gaz iner- te,habituellement de l'argon La dalle horizontale 4 repose sur une enceinte de béton 6 à parois épaisses. Le coeur 8 du réacteur disposé à l'intérieur d'une cuve supplémentaire, ou cuve interne 9, qui délimite dans la cuve principale 2 deux régions séparées, est immergé dans le sodium liquide 5 Il est constitué essentielle- ment par des assemblages combustibles et des assembla- ges fertiles. Sur la demi-vue de droite, on a représenté une réalisation particulière de la cuve du réacteur nu- cléaire Cette réalisation se caractérise par le fait qu'elle comporte une virole cylindrique 11 appelée éga- lement baffle ménageant entre elle-même et la cuve 2 un premier espace annulaire Intérieurement à la virole 11, on trouve une deuxième virole 13 appelée également contre-baffle ménageant entre elle-même et la virole 11 un deuxième espace annulaire L'espace annulaire com- pris entre la cuve 2 et la virole 11 sert à l'alimenta- tion en métal liquide froid L'espace annulaire compris entre les viroles 11 et 13 sert à son évacuation Un réacteur nucléaire de ce type est décrit dans le brevet français N O 75 36 226 déposé le 26 novembre 1975 au nom du Commissariat à l'Energie Atomique pour "réacteur nu- cléaire". Quelle que soit la réalisation de la cuve du réacteur, c'est-à-dire qu'elle comporte ou non un baf- fle et un contre-baffle, les assemblages 10 sont fichés dans un sommier 21 solidaire d'un platelage 27, repo- sant lui-même sur le fond de la cuve 2. Le réacteur nucléaire comporte des moyens qui permettent d'assurer la circulation du métal liquide de refroidissement Ces moyens sont constitués par des pompes de circulation 24 (figures 1 et 2) et des échan- geurs 25 disposés à la périphérie de la cuve 2 A la sortie d'une pompe 23, le sodium est introduit sous haute pression à la base des assemblages et traverse ceux-ci de bas en haut pour ressortir à la partie supé- rieure du coeur La cuve interne 9 délimite ainsi un collecteur froid 14 situé à la partie inférieure de la cuve et un collecteur chaud 15 situé à la partie supé- rieure A l'entrée du coeur, le sodium a une températu- re de l'ordre de 4000 C et une température de l'ordre de 5500 C à la sortie de celui-ci La chaleur accumulée au cours du passage dans le coeur est abandonnée dans les échangeurs de chaleur 25, le sodium parcourant ces échangeurs de haut en bas et ressortant à la partie inférieure de ces derniers dans le collecteur froid o il est aspiré à nouveau par les pompes de circulation pour être réintroduit dans le sommier. Le réacteur nucléaire 1 comporte un sommier de stockage 31 pour les assemblages indépendants du sommier du coeur 21 Le sommier 31 repose directement sur le platelage 27 par lequel il est alimenté hydrau- liquement en métal liquide froid Il constitue donc une structure autonome indépendante du sommier 21 Il est disposé concentriquement à ce dernier Comme on peut le voir sur la figure 2, le métal liquide froid est aspiré dans le collecteur 14, c'est-à-dire sous la cloison de séparation 9, comme le montre la flèche 33, puis refou- lé selon la flèche 35 dans le sommier de coeur pour être introduit dans les pieds des assemblages combusti- bles 10 comme le montre la flèche 37. Entre les assemblages 10 du coeur et ceux du sommier de stockage 31 on trouve les assemblages cons- tituant la protection neutronique latérale (PNL) qui repose sur le sommier de coeur 21 par l'intermédiaire d'un faux sommier 22. Les canalisations 39 qui relient les pompes 24 au sommier 21 traversent le platelage 27 Pour que ces canalisations puissent tenir dans la hauteur res- tant disponible du sommier de stockage 31, leur section peut être aplatie de manière à présenter une forme el- liptique, comme on peut le voir sur la figure de détail a qui représente une canalisation 39 et sa section en traits mixtes, ainsi que le passage 40 ménagé dans le platelage 27 pour cette canalisation. L'alimentation du sommier de coeur à travers le sommier de stockage peut aussi être réaliséepar dé- doublement de la canalisation d'alimentation en canali- sations de plus faibles diamètres (fig 5). Une autre variante consiste à alimenter le sommier de coeur par le dessous à travers le platelage (fig 6). On a représenté sur la figure 3 une vue sché- matique en section transversale selon la ligne IV-IV de la figure 1, du réacteur nucléaire équipé d'un sommier de stockage 31 réalisé conformément à l'invention Com- me on peut le voir sur cette figure, le sommier de stockage est réalisé en deux parties, chacune de ces parties présentant la forme d'une demi-couronne. Un des deux espaces, en l'occurrence 33, situé entre ces deux demicouronnes, est laissé suffisamment large pour'permettre l'implantation du poste de charge- ment et de déchargement du réacteur. En effet, lors de l'opération de déchargement on extrait les assemblages du coeur 8 puis on les transfère au moyen d'un bras de manutention, comme re- présenté par les flèches 43 (figures 1 et 3), dans un pot de manutention 41 du poste de chargement et de dé- chargement disposé à la périphérie du coeur 8 Le pot 41 est susceptible de se déplacer sur une rampe oblique 46 plongeant à l'intérieur de la cuve 2 et traversant la dalle supérieure 4 - L'espace 33 laissé libre par les deux demi- couronnes qui forment le sommier de stockage 31 permet de rapprocher le poste de chargement et de déchargement 41 de la périphérie du coeur, et donc de réduire les dimensions, en particulier le diamètre externe, de la cuve 2 Ceci permet d'importantes réductions de coût du réacteur. On remarque également sur la figure 3 la dis- position des pompes et des échangeurs concentriquement au coeur Une pompe 24 et un échangeur 25 seulement ont été représentés afin de ne pas surcharger la figure On a figuré par des traits mixtes la circulation du métal liquide de refroidissement La flèche 45 (figures 1 et 3) schématise l'aspiration du métal liquide chaud sor- tant du coeur dans l'échangeur de chaleur 25 La flè- che 33 (figures 2 et 3) schématise le refoulement sous pression du métal liquide refroidi, après son passage dans les échangeurs, dans le sommier de coeur 21 On peut voir sur la figure 3 une canalisation 39 reliant la pompe 24 au sommier de coeur 210 Afin d'illustrer la manière dont se produi- sent les fuites de métal liquide froid en direction du platelage, on a représenté sur la figure 4 un exemple de réalisation du maintien des assemblages combustibles dans un sommier de coeur Naturellement, il ne s'agit que d'un exemple et bien d'autres modes de fixation de ces assemblages pourraient être envisagés. Le sommier 21 comprend deux plaques 21 a et 21 b perforées, dans lesquelles sont emmanchées des chandelles 19 Dans chaque chandelle est introduit le pied 10 a de l'assemblage 10 Cette chandelle assure le supportage de l'assemblage 10 ainsi que l'alimentation en sodium liquide froid du pied, de l'assemblage à tra- vers les orifices oblongs 16, 17 ménagés, au même ni- veau, à la fois dans la chandelle et le pied de l'as- semblage. Pour assurer -le verrouillage hydraulique de l'assemblage 10, on prévoit sur la face externe de son pied, de part et d'autre des orifices oblongs d'alimen- tation 16, 17, des labyrinthes l Ob, l Oc. Cependant, l'étanchéité au niveau de ces la- byrinthes n'est que relative, de sorte qu'il se produit un débit de fuite vers le platelage, comme on l'a dé- crit précédemment En outre, il faut noter que le so- dium liquide qui franchit le labyrinthe l Ob subit une perte de charge de telle sorte que la pression qui rè- gne dans le platelage 27 et le sommier de stockage 31 est notablement plus faible que celle qui règne dans le sommier de coeur 21 Ce métal liquide -froid, basse pression, alimente les pieds 49 des assemblages stockés. En outre, la pression qui règne à l'intérieur du sommier de stockage est légèrement supérieure à cel- le qui règne dans le collecteur chaud Il se produit donc une circulation forcée de métal liquide froid de bas en haut dans les assemblages stockés Cette circu- lation a été schématisée par la flèche 51 sur la figure 2 Un refroidissement efficace des assemblages stockés garantit ainsi une bonne évacuation de la puissance ré- siduelle. Dans le cas de la variante de réalisation du réacteur décrite et représentée sur la demi-vue de droite de la figure 1, c'est-à-dire la variante qui comporte un baffle 11 et un contre-baffle 13, les fui- tes des pieds d'assemblages servent également à l'ali- mentation en métal liquide froid de l'espace annulaire entre la cuve principale 2 et le baffle lle Ceci est obtenu en créant sous le sommier de coeur 21 deux zones indépendantes de récupération des fuites, l'une alimen- tant l'espace annulaire du baffle 11 et l'autre le som- mier de stockage 31, comme le montrent les flèches de la figure 1. Les tolérances de fabrication étant plus grandes et les jeux entre les assemblages stockés et les assemblages de la protection neutronique latérale pouvant également être plus grands pour accepter des arcages importants, la précision de la réalisation du sommier de stockage 31 peut être réduite, ce qui en diminue le coût de fabrication. Un autre avantage du sommier de stockage se- lon l'invention est que ce dernier étant à basse pres- sion, permet d'utiliser des orifices de réglage de dé- bit de grand diamètre et d'éliminer ainsi les risques de bouchage, contrairement au sommier de stockage haute pression de l'art antérieur qui exige, pour obtenir de faibles débits de métal liquide de refroidissement dans les assemblages stockés, des orifices de réglage de dé- bit de faible diamètre. En ce qui concerne la réduction du diamètre du sommier de coeur 21 à l'intérieur duquel règne une haute pression, il faut noter que l'invention permet de le réduire au minimum indispensable A titre d'exemple, pour un réacteur de 1500 M We, le diamètre de ce sommier haute pression, passe de 8,25 m à 6,50 m Ceci permet, comme on l'a déjà mentionné, de faire passer ce sommier par une ouverture de faible diamètre du bouchon tour- nant. L'implantation du poste de chargement et de déchargement sur unrayon égal au rayon du sommier de stockage 31 autorise la réduction du diamètre de la cuve principale, l'accès à la verticale du pot de char- gement et de déchargement avec un grand bouchon tour- nant de 10 m de diamètre, alors que jusqu'à présent il était de 11,2 m pour un réacteur de 1500 M We Enfin, cela permet la réduction de la longueur du bras de ma- nutention des assemblages et du débattement angulaire de ce bras - Le sommier doit pouvoir être introduit par le trou prévu dans la dalle 4 pour loger le grand bouchon tournant La réduction du diamètre du sommier 21 de 8,25 m à 6,50 m abaisse d'autant la limite du diamètre minimum du grand bouchon tournant résultant de cette contrainte Ainsi, le diamètre minimum du grand bouchon tournant passe de 9 m à 7,25 m. Contrairement à l'art antérieur, suivant le- quel le poste de chargement et de déchargement du coeur se trouve à l'intérieur de la PNL, l'invention présente l'avantage de placer ce poste à l'extérieur de la PNL et, par conséquent, assure la continuité de la protec- tion sur toute la périphérie du coeur. il L REVENDICATIONS 1 Réacteur nucléaire à neutrons rapides com- prenant une cuve ( 2) contenant un métal liquide de re- froidissement ( 5), un coeur ( 8) immergé dans ledit mé- tal ( 5), la cuve ( 2) comportant un piatelage ( 27) sur lequel repose un sommier ( 21) pour le coeur, ledit coeur étant constitué par une juxtaposition d'assembla- ges ( 10) fichés dans-le sommier ( 21), le métal liquide de refroidissement circulant de manière ascendante dans le coeur ( 8), le métal liquide étant appelé"métal li- quide froid" avant sa circulation dans le coeur et "mé- tal liquide chaud" après son passage dans ce dernier, caractérisé en ce qu'il comporte un sommier de stockage ( 31) des assemblages ( 10), ce sommier étant indépendant du sommier de coeur ( 21), disposé concentriquement à ce dernier et reposant sur le platelage ( 27), une circula- tion de métal liquide froid étant assurée dans les as- semblages ( 10) par récupération des fuites du sommier ( 21) de coeur. 2 Réacteur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le sommier de stockage ( 31) raccordé hydrauliquement au platelage ( 27) est constitué de plu- sieurs modules. 3 Réacteur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le sommier de stockage ( 31) raccordé hydrauliquement au platelage ( 27) est constitué par une couronne complète d'une seule pièce. 4 Réacteur selon l'une quelconque des reven- dications 2 et 3, caractérisé en ce que le transfert des assemblages hors de la cuve ( 2) du réacteur est assuré au moyen d'un pot de chargement et de décharge- ment, le sommier de stockage ( 31) comporte un espace libre ( 33) dans lequel est situé l'emplacement du poste de chargement et de déchargement des assemblages du réacteur. Réacteur selon la revendication 3, carac- térisé en ce que le sommier de stockage ( 31) est formé d'une seule pièce avec le platelage ( 27). 6 Réacteur selon la revendication 2, carac- térisé en ce que les modules constituant le sommier de stockage ( 31) sont posés et fixés sur le platela- ge ( 27). 7 Réacteur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le sommier de stockage ( 31) raccordé hydrauliquement au platelage ( 27) est constitué de deux demi-couronnes.