Brevet FR2534409A1 — publié le 19840413

I Amortisseur de chocs pour des récipients destinés à contenir du combustible nucléaire et/iu des substances dangereuses. La présente invention concerne un amortisseur de chocs pour des réci- pients destinés à contenir du combustible nucléaire irradié, des produits radioactifs et/ou des substances chimiques dangereuses Son but est de rendre lesdits récipients plus sûrs et mieux adaptés à la fois pour le transport et le stockage Plus particulièrement, la présente invention concerne un amor- tisseur constitué par deux coques convexes fixées aux extrémités du récipient au moyen de rebords tronconiques et de demi-bagues qui sont accouplées l'une à l'autre à l'aide d'écrous et de vis. Les récipients destinés à du combustible nucléaire irradié sont des conteneurs de préférence de forme cylindrique qui sont réalisés en métal, de préférence en acier de forte épaisseur, sont munis d'au moins un couvercle étanche fixé à l'aide de vis, et sont entourés extérieurement par un blindage anti-neutrons. Selon les exigences internationales IAEA, lesdits récipients doivent être soumis à une série d'essais, comprenant spécifiquement: une chute du récipient depuis un point situé à une hauteur de 9 mètres jusqu'à une surface horizontale indéformable; une exposition du récipient pendant une demiheure à un environnement se trouvant à une température de 800 'C; et une chute du récipient sur une hauteur de 1 mètre contre une barre cylindrique en acier de mm de diamètre. L'amortisseur selon la présente invention a passé brillament les essais prescrits par les règles internationales IAEA en protégeant le récipient contre tout incident possible. Les absorbeurs connus dans la technique et utilisés communément avec les récipients pour combustible irradié sont de type se présentant: a) sous la forme d'ailettes soudées directement au récipient ou à un sup- port amovible; b) sous la forme de bois profilé (habituellement du balsa) disposé et fixé de façon appropriée aux deux extrémités du récipient. Les types mentionnés ci-dessus présentent les inconvénients suivants. Le type (a) possède une faible aptitude spécifique à la déformation A ce sujet, la déformation maximale d'un amortisseur du type à ailettes ne dépasse pas habituellement 50 % de la hauteur des ailettes non déformées En outre, -il ne convient pas pour une absorption d'énergie dans le cas d'une chute latérale Ce système est habituellement complété par des absorbeurs d'énergie supplémentaires (par exemple des ailettes circonférentielles) dont le rôle est d'absorber l'énergie cinétique du récipient lors d'une chute latérale De plus, l'absorption d'énergie obtenue à l'aide de tels systèmes n'est guère progressive et induit de fortes contraintes dans le couvercle du récipient lors d'un choc Avec un tel système il n'est pas possible d'obtenir une "double retenue" et l'absorption d'énergie dépend fortement de l'angle de chute De plus, le couvercle du récipient est mal protégé contre les contrain- tes thermiques résultant de l'essai au feu prévu par IAEA et ses soupapes ne sont pas protégées contre les manipulations et/ou les actes de sabotage (qui peuvent comprendre des explosions voisines de "charges creuses"). Le type (b), bien que remédiant partiellement aux défauts typiques des. amortisseurs du type à ailettes, ne convient pas pour absorber l'énergie dans une direction latérale On ne peut remédier à ces lacunes que par un profila- ge compliqué des blocs de bois de manière à disposer les fibres du matériau dans une direction perpendiculaire à la surface soumise aux chocs De plus, il se pose des problèmes en ce qui concerne la constance et l'uniformité des propriétés des matériaux (bois) susceptibles de varier sous l'influence de facteurs de l'environnement tels que la température, l'humidité, etc. On s'est aperçu qu'il était possible de remédier aux inconvénients des procédés précités adoptés d'une façon générale en utilisant une structure anti-chocs sensiblement différente des types connus On va se référer aux figures 1 et 2 du dessin annexé. L'amortisseur de chocs selon la présente invention est constitué par a) deux coques convexes (une pour chaque extrémité du récipient), lesdites coques convexes étant formées par assemblage mutuel d'une première structure métallique convexe ouverte (non fermée) ( 1) et d'une seconde structure métal- lique convexe annulaire ( 2) dont la convexité est égale ou différente de celle de la structure précédente, ladite seconde structure métallique annu- laire étant soudée, à l'endroit de sa circonférence maximale, à la structure métallique convexe ouverte, à un endroit qui correpond à l'ouverture de cette dernière dont le diamètre est égal au diamètre de la circonférence maximale de la structure métallique annulaire; la structure métallique convexe annu- laire ( 2) étant soudée, à un endroit qui correspond à sa circonférence mini- male, à un moyen d'accouplement annulaire qui permet de l'accoupler au réci- pient; le moyen d'accouplement étant de préférence pourvu, dans sa zone terminale en contact avec le récipient, d'une saillie annulaire dirigée vers l'extérieur, ladite saillie annulaire ayant de préférence une forme tronconi- que; la saillie annulaire (rebord) peut être utilisée pour accoupler la coque aux récipients qui est pourvu lui-même d'une saillie annulaire opposée (rebord d'appui) ayant la même forme, par serrage l'une contre l'autre des deux saillies au moyen de boulons, de vis ou de préférence de demi-bagues que l'on assemble l'une à l'autre à l'aide de boulons et qui s'ajustent sur lesdites saillies; b) des bagues d'étanchéité ( 10) et ( 11) en élastomère; c) une ouverture ( 12) qui permet de contrôler le degré de fuite de tout gaz radioactif à partir du récipient à travers les joints ( 10) et ( 11); d) un blindage solide supplémentaire éventuel ( 14) anti-neutrons dont le r 8 le est de réduire les valeurs de doses Y et de neutrons en dessous des valeurs maximales permises par les règles internationales IAEA. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les coques convexes sont munies d'une ouverture ( 8) qui permet d'augmenter (pressurisation) ou de diminuer (dépressurisation) la pression de l'espace intermédiaire compris entre l'amortisseur etle récipient On peut augmenter ou diminuer la pression régnant dans ledit espace intermédiaire compris entre l'amortisseur et le récipient par rapport à la pression de l'environnement ambiant afin que, pour des périodes de temps déterminées, les fuites dans l'environnement des substances radioactives dangereuses contenues dans le récipient soient à coup sûr nulles On peut remplir l'espace intermédiaire avec des fluides d'un type autre que l'air, sous une pression positive ou négative On peut également le remplir complètement ou partiellement avec des substances qui excercent une action de neutralisation, de supression ou d'absorption sur toutes fuites des fluides dangereux présents dans le récipient. Les bagues d'étanchéité ( 10) et ( 11) en élastomère, conjointement avec les joints ( 16) du récipient, assurent une double retenue vis-à-vis, de tous fluides liquides ou gazeux présents à l'intérieur du récipient et qui peuvent s'être échappés à travers l'espace ( 15) et les joints principaux ( 16). Des moyens d'accouplement filetés ( 6) et ( 7) sont également prévus pour que l'on puisse déplacer l'amortisseur (le soulever, le déplacer horizonta- lement) par rapport à son axe vertical ou horizontal. On peut réaliser les coques anti-chocs selon la présente invention en acier, en titane ou en toute matière ayant une capacité spécifique élevée d'absorption d'énergie (aluminium, fer, etc). Ces coques peuvent également être réalisées en matière plastique dure, résistante aux chocs, si on doit transporter ou emmagasiner des substances chimiques dangereuses. Ces coques convexes ont une épaisseur de l'ordre de 0,5-6 cm, de préfé- rence 3 cm, et sont caractérisées par le fait que le diamètre extérieur des coques convexes dépasse de 20-40 cm le diamètre hors-tout maximal du réci- pient en permettant ainsi une déformation élevée (forte absorption d'énergie avec une faible accélération) sans que le choc affecte le système de réci- pient principal. L'amortisseur à coques convexes selon la présente invention présente donc les avantages suivants sur l'amortisseur de la technique antérieure 1 ) Un très forte pourcentage de capacité de déformation A ce sujet, à la suite d'une choc axial ou latéral, l'amortisseur peut se déformer jusqu'à ce qu'il atteigne une dimension limite (dans la direction de l'impact) qui n'est que légèrement supérieure à l'épaisseur du matériau en plaque à partir-duquel il est réalisé, cela sans donner naissance à des crêtes d'accélération dangereuses. 2 ) Une capacité d'absorption d'énergie pour n'importe quel angle sous lequel le choc est appliqué au récipient Ceci empêche le besoin-de systèmes supplémentaires pour l'absorption de l'énergie dans une direction latérale. ) Une absortpion d'énergie très progressive Les essais expérimentaux et les grandes séries d'évaluation numériques effec- tués ont montré que l'amortisseur selon la présente invention, si ses dimen- sions sont appropriées, absorbe l'énergie cinétique du récipient pendant le choc consécutif à une chute de 9 mètres avec un diagramme forcedéplacement dont la valeur de crgte n'est que de 25 % environ supérieure à sa valeur moyenne. ) Aucune contrainte d'origine extérieure dans le couvercle du récipent, qui n'est pas heurté durant n'importe quel stade du choc. ) Une facilité d'obtention d'une "double retenue" des substances liqui- des ou gazeuses contenues dans le récipient dans des conditions de trans- port normales Cette facilité, obtenue grâce à l'utilisation de bagues d'étanchéité, réduit ou, à la limite, neutralise la fuite de substances liquides ou gazeu- ses qui pourrait se produire par infiltration à travers les joints ou soupa- pes du récipient A ce sujet, on peut "pressuriser" ou "dépressuriser" l'es- pace compris entre l'amortisseur et le récipient en neutralisant ainsi toute fuite dans l'environnement, la pression dans ledit espace intermédiaire restant supérieure à la pression à l'intérieur du récipient ("si on pressu- rise" l'espace intermédiaire) ou restant inférieure à la pression atmosphé- rique (si l'on "dépressurise" l'espace intermédiaire). is 60) Une protection du couvercle du récipient vis-à-vis des contraintes thermiques pendant les essais au feu ( 8000 C pendant 30 minutes). 7 ) Une protection des soupapes et du couvercle (qui sont les composants les moins résistants du récipient) contre une manipulation involontaire ou une manipulation volontaire (sabotage), car-il faut démonter les amor- tisseurs pour avoir accès à ces éléments En outre, l'épaisseur du matériau en plaque dont est formé l'amortisseur constitue une protection efficace pour les soupapes et le couvercle contre les explosions par charges creuses qui ne peuvent pas être appliquées à des points voisins de la surface du couvercle. Une protection supplémentaire contre ce risque est offerte par un blindage anti-neutrons incorporé. 8 ) Démontage rapide de l'amortisseur. L'amortisseur est représenté avec ses diverses parties sur les figures 1 et 2 à titre d'exemple non limitatif. La figure 1 montre l'assemblage complet comprenant le récipient et l'amortisseur Les bagues de serrage 22 assemblent le récipient 23 à l'amor- tisseur 21. La figure 2 montre les deux coques convexes ( 1) et ( 2) assemblées mu- tuellement par la soudure circonférentielle ( 4) ainsi qu'au rebord tron- conique ( 3) par la soudure circonférentielle ( 5). La référence ( 9) désigne des paires de demi-bagues de serrage; les références ( 10) et ( 11) désignent les bagues d'étanchéité en élastomère, la référence ( 15) les soupapes, la référence ( 16) les joints principaux du récipient ( 13), la référence ( 8) le raccord pour la pressurisation (ou la dépressurisation) et la référence ( 14) le blindage supplémentaire anti- neutrons. Les références ( 6) et ( 7) désignent les moyens d'accouplement néces- saires pour déplacer l'amortisseur et la référence ( 12) l'ouverture à travers laquelle on contrôle le débit des fuites se produisant aux joints ( 10) et 1 0 ( 11). REVENDICATIONS 1 Amortisseur de chocs pour des récipients destinés à contenir des combustible nucléaires irradiés, des produits radioactifs et/ou des substances chimiques dangereuses, caractérisé par le fait qu'il comprend a) deux coques convexes, une pour chaque extrémité du récipient, lesdites coques convexes étant formées par assemblage mutuel d'une première structure métallique convexe ouverte (non fermée) et d'une seconde structure métallique convexe annulaire, ladite seconde structure métallique annulaire étant soudée, à l'endroit de sa circonférence maximale, à la structure métal- lique convexe ouverte, à un endroit correspondant à l'ouverture de cette dernière dont le diamètre est égal au diamètre de la circonférence maximale de la structure métallique annulaire; la structure métallique convexe annu- laire étant soudée, à un endroit correspondant à sa circonférence minimale, à un moyen d'accouplement annulaire qui permet de l'accoupler au récipient; b) des bagues d'étanchéité ( 10) et ( 11) en matière élastomère (ou en silicone, etc) pourvues d'un trou interposé pour la surveillance du débit des fuites de tous gaz radioactifs ou fluides dangereux s'échappant du réci- pient à l'endroit desdites bagues; c) une ouverture ( 12) permettant de surveiller le débit des fluides à travers les joints ( 10) et ( 11); d) éventuellement un blindage solide supplémentaire ( 14) anti-neutrons, dont le r 6 le es t de réduire les valeurs de doses Y et de neutrons en dessous des valeurs maximales permises par les règles internationales IAEA, 2 Amortisseur suivant la revendication 1, caractérisé par'le fait que la courbure convexe de la seconde structure métallique annulaire convexe est égale à celle de la première structure métallique convexe ouverte, ou diffé- rente de cette courbure. 3 Amortisseur suivant les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le moyen d'accouplement annulaire qui permet à l'amortisseur d'être accouplé au récipient est pourvu dans sa zone terminale d'une saillie qui est dirigée vers l'extérieur et qui est en contact avec le récipient - 4 Amortisseur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la saillie annulaire a une forme tronconique. Amortisseur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la saillie annulaire est utilisée pour accoupler la coque au récipient qui est pourvu d'une saillie annulaire opposée ayant la nème forme, l'accouplement étant effectué par serrage l'une contre l'autre des deux saillies. 6 Amortisseur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les deux saillies sont serrées l'une contre l'autre à l'aide de boulons ou de vis ou à l'aide de demi-bagues assemblées mutuellement à l'aide de boulons. 7 Amortisseur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que toutes les coques convexes ont une épaisseur comprise entre O et 5 cm et 6 cm, et de préférence une épaisseur de 3 cm. 8 Amortisseur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le diamètre extérieur des coques convexes dépasse de 20-40 cm le diamètre hors-tout maximal du récipient - 9 Amortisseur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le matériau des coques est choisi parmi l'acier, le titane, l'aluminium, le fer, les matières plastiques ou toutes substances ou matières composites ayant une capacité spécifique élevée d'absorption d'énergie. Amortisseur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on peut augmenter ou diminuer, par rapport à la pression de l'environnement, l'espace intermédiaire compris entre l'amor- tisseur et le récipient afin que, pour des périodes de temps prédéterminées, l'échappement dans l'environnement-des substances radioactives et dangereuses contenues dans le récipient soit à coup sûr nul. 11 Absorbeur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on peut remplir ledit espace intermédiaire avec des fluides d'un type autre que l'air sous une pression positive ou une pression négative. 12 Amortisseur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on peut remplir complètement ou partiellement l'espace intermédiaire compris entre cet amortisseur et le récipient avec des substances qui exercent également une action de neutralisation, de suppres- sion ou d'absorption de toutes fuites de fluide dangereux présent dans le récipient.