Brevet FR2541811A1 — publié le 19840831

Cuve de réacteur nucléaire à neutrons rapides L'invention concerne une cuve de réacteur nucléaire à neutrons ra- pides. Dans les réacteurs nucléaires à neutrons rapides, la cuve princi- pale du réacteur contient le fluide de refroidissement du réacteur qui est généralement du sodium liquide Le coeur du réacteur est plongé dans le so- dium liquide remplissant la cuve jusqu'à un certain niveau, ce sodium liqui- de étant surmonté par une atmosphère de gaz neutre La cuve principale est symétrique de révolution autour d'un axe vertical et comporte une partie su- périeure constituée par une virole cylindrique à axe vertical fixée à sa partie supérieure à la dalle horizontale fermant la cuve et reposant sur la structure du réacteur. La partie inférieure de la cuve est constituée par un fond bombé se raccordant à la partie inférieure de la virole cylindrique. Le coeur du réacteur est supporté par un platelage qui repose sur le fond de cuve suivant une zone correspondant sensiblement à un cercle ho- rizontal centré sur l'axe de la cuve. La cuve principale est également doublée par une seconde cuve ap- pelée cuve de sécurité,-un espace étant ménagé entre la cuve principale et la cuve de sécurité, Cette cuve de sécurité peut être liée directement à la protection biologique en béton qui entoure l'ensemble des deux cuves. La cuve principale est réalisée en acier inoxydable et la cuve de sécurité peut être réalisée soit dans une nuance d'acier inoxydable identi- que soit dans une nuance différente moins coûteuse, voire acier noir. Le fond bombé de la cuve principale ainsi que le fond bombé de la cuve de sécurité présente une méridienne en, forme d'anse de panier, c'est-à- dire une courbe constituée par des portions de cercle se raccordant sans point anguleux. La partie supérieure du fond bombé est constituée par une portion de tore dont la partie supérieure se raccorde à la virole cylindrique de la cuve et dont la partie inférieure se raccorde à une calotte sphérique fer- mant la partie torique et constituant la partie inférieure du fond bombé. Cette forme classique de fond bombé utilisée en chaudronnerie est appelée "fond avec rayon de carre". Le fond de la cuve principale est soumis d'une part à la pression hydrostatique du sodium liquide remplissant cette cuve et d'autre part à la 25418 1 1- charge correspondant au coeur et au platelage qui repose sur le fond de cuve Le platelage repose sur le fond de cuve au voisinage de la zone de raccordement entre la partie torique et la partie sphérique du fond de cuve. Les fonds de cuve avec rayon de carre construits actuellement ne sont pas parfaitement adaptés aux deux types de chargement qu'ils doivent supporter, c'est-à-dire le chargement à pression répartie du sodium liquide et le chargement à effort concentré du platelage. Il est donc nécessaire d'augmenter l'épaisseur moyenne de la cuve principale et de renforcer localement cette cuve principale, au niveau du cercle d'appui du platelage sur le fond de cuve. Dans le cas d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides construit actuellement dont le diamètre de la cuve principale est voisin de vingt mè- tres, la cuve principale a une épaisseur de quarante millimètres avec loca- lement une épaisseur de soixante millimètres pour le supportage du platela- ge. La réalisation d'une telle cuve demande donc l'utilisation d'une grande masse d'acier inoxydable, ce qui augmente son coût de construction. Le but de l'invention est donc de proposer une cuve de réacteur nucléaire à neutrons rapides renfermant un métal liquide dans lequel est plongé le coeur du réacteur, symétrique de révolution autour d'un axe verti- cal et constituée par une virole cylindrique à axe vertical se raccordant à sa partie inférieure à un fond bombé, le coeur du réacteur étant supporté par un platelage reposant lui-même sur le fond de cuve, suivant un cercle horizontal centré sur l'axe de la cuve, cette cuve étant d'une épaisseur ré- duite et supportant des contraintes plus faibles que les cuves suivant l'art antérieur, ce qui permet à la fois de diminuer les coûts de construc- tion et d'augmenter la sécurité du réacteur nucléaire. Dans ce but, le fond bombé est constitué par un secteur sphérique de même axe et de même rayon que la virole cylindrique de la cuve et se rac- cordant à la partie inférieure de cette virole et par une calotte sphérique de rayon sensiblement supérieur au rayon du secteur sphérique se raccordant à la partie inférieure de ce secteur suivant un cercle horizontal voisin du cercle d'appui du platelage, le point correspondant de la méridienne de la cuve étant un point anguleux. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décri- re à titre d'exemple non limitatif une cuve d'un réacteur nucléaire à neu- trons rapides suivant l'art antérieur et une cuve pour un réacteur nucléai- re à neutrons rapides suivant l'invention. La figure 1 est une coupe par un plan vertical de symétrie du bloc réacteur d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides suivant l'art anté- rieur. La figure 2 est une vue en coupe par un plan vertical de symétrie d'une cuve principale suivant l'invention destinée à un réacteur nucléaire à neutrons rapides. Sur la figure 1, on voit un réacteur nucléaire à neutrons rapides de type intégré comportant une structure en béton 1 supportant une dalle 2 sur laquelle sont fixées par leur partie supérieure la cuve principale 3 et la cuve de sécurité 4. La cuve de sécurité 3 renferme du sodium liquide jusqu'au niveau Le coeur 6 du réacteur plonge entièrement dans le sodium liquide et repo- se sur un platelage 7 Le platelage 7 est lui-même en appui par une virole 8 sur le fond de la cuve 3. Des ouvertures sont prévues dans la dalle pour le passage du bou- chon couvercle coeur 10 des échangeurs intermédiaires 11 et des pompes 12 plongeant sous le niveau du sodium'liquide. La cuve principale 3 et la cuve de sécurité 4 ont la même forme et sont disposées avec un certain espacement. Chacune de cescuves comporte une partie cylindrique à axe verti- cal 3 a (ou 4 a) et un fond bombé 3 b (ou 4 b). Le fond bombé des cuves 3 et 4 comporte lui-même une partie tori- que se raccordant à sa partie supérieure, à la virole cylindrique et à sa partie inférieure, au voisinage de la zone d'appui de la virole 8 du plate- lage, à une calotte sphérique fermant la cuve vers le bas. On voit sur la figure 1 que la partie torique du fond bombé de la cuve principale a pour méridienne une portion de cercle de centre non situé sur l'axe vertical de la cuve La calotte sphérique constituant la partie inférieure du fond bombé a pour méridienne une portion de cercle de centre situé sur l'axre de la cuve, On voit également que les méridiennes de la par- tie torique et de la partie sphérique de la cuve se raccordent sans point anguleux au voisinage du point de contact de la virole d'appui 8 du platela- ge. La cuve de sécurité 4 a une forme identique à la cuve principale 3. Cette forme de cuve n'est pas optimale pour résister à la fois à la pression d'appui due au sodium liquide remplissant la cuve répartie sur 54 811 toute la surface du fond bombé et la pression d'appui localisée de la viro- le 8 du platelage sur le fond de cuve. Il est donc nécessaire d'augmenter l'épaisseur moyenne de la cuve et de disposer localement, au voisinage de la zone d'appui du piatelage, d'une surépaisseur de métal. En se reportant à la figure 2, on voit une cuve principale 15 d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides de type intégré renfermant du so- dium liquide jusqu'à un niveau 16 dans lequel est plongé le coeur 18 du réacteur nucléaire reposant sur un platelage 19 lui-même en appui sur le fond de la cuve 15 par l'intermédiaire d'une virole cylindrique 20. La cuve principale 15 est doublée par une cuve de sécurité 17 nquidistante -en tous ses points de la cuve 150 La cuve principale 15 et la cuve de sécurité 17 ont donc des formes identiques. La cuve 15 comporte une partie supérieure constituée par une viro- le cylindrique 15 a de rayon R 1 et une partie inférieure constituée par un fond bombé 15 b se raccordant à la partie inférieure de la virole cylindri- que 15 a et fermant la cuve vers le bas. - Le fond bombé 15 b comporte lui-m Time deux parties, à savoir un sec- teur sphérique 21 constituant sa partie supérieure et une calotte sphérique 22 constituant sa partie inférieure se raccordant au niveau de la zone drap- pui de la virole 20 du platelage sur le fond de cuve 15 bo Le secteur sphéri- que 21, centré sur l'axe de la cuve, a un rayon R 1 égal au rayon de la viro- le cylindrique 15 a de la cuve, La calotte sphérique 22, également centrée sur l'axe de la cuve, a un rayon R 2 sensiblement plus grand que R 1, Ainsi qu'il est visible sur la figure 2, les méridiennes du secteur sphérique 21 et de la calotte sphé- rique 22 constituées par des portions de cercle centrées sur l'axe ZZ' de la cuve se raccordent en A et B en constituant des points anguleux Ces points A et B correspondent au cercle d'appui-de la virole 20 du platelage, sur le fond de cuve 15 bo Aux points A et B, les tangentes aux cercles méridiens du secteur sphérique 21 et de la calotte sphérique 22 respectivement font un angle de l'ordre de 15 Le rayon du cercle d'appui de la virole 20 sur le fond de cuve est égal aux deux-tiers du rayon R 1 de la partie cylindrique de la cuve. Dans ce cas, la valeur du rayon R 2 de la calotte sphérique 22 est approximativement une fois et demi la valeur du rayon du secteur sphérique 21. Cette nouvelle forme de cuve permet de réduire les contraintes e de les rendre plus uniformes si bien qu'il devient possible d'utiliser un épaisseur de fond de cuve constante pour toutes les parties du fond d cuve. Par exemple, dans le cas d'une cuve dont la partie cylindrique un diamètre R 1 de l'ordre de dix mètres, il est possible d'utiliser un paroi de cuve d'une épaisseur constante égale à trente-cinq millimètres Les contraintes dans cette paroi dues au chargement uniforme par le sodiu et au chargement localisé par le platelage s'appuyant dans une zone circu laire de rayon deux-tiers de RI sont beaucoup plus uniformes et réduite d'environ un-tiers par rapport à une cuve de l'art antérieur comportant u fond avec rayon de carre. Dans ce cas, le rayon RI du secteur sphérique 21 est de dix m tres et le rayon R 2 de la calotte sphérique 22 est de quinze mètres. La cuve de sécurité a un profil sensiblement identique à la cuv principale, pour faciliter les opérations d'inspection des cuves par envo d'un appareillage mobile dans l'espace entre ces deux cuves 15 et 17. On voit que les principaux avantages de la cuve suivant l'inven tion sont de permettre de réduire les contraintes dues au chargement unifor me par le sodium et au chargement local par le platelage, de rendre ces con traintes plus uniformes et de permettre de diminuer l'épaisseur moyenne d la cuve à diamètre égal de celle-ci et enfin d'utiliser une épaisseur de pa roi constante. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été dé crit; elle en comporte au contraire toutes les variantes. C'est ainsi que l'angle des tangentes aux méridiennes du secteu sphérique et de la calotte sphérique peut être différent de 150 Cet angl peut varier entre 15 et 20 ' Pour un appui de la virole 20 du platelage dan une zone circulaire de rayon deux-tiers de R 1, ceci correspond à un rappor R 2/Rl variant approximativement entre 1,5 et 1,8. On peut également utiliser un platelage dont le rayon du cercl d'appui est différent des deux-tiers du rayon de la cuve, par exemple u platelage dont le rayon d'appui est supérieur à cette valeur. Enfin, la structure de cuve suivant l'invention s'applique dan tous les cas o un fond de cuve bombé doit supporter à la fois un charge ment uniforme et un chargement localisé dans une zone circulaire. REVENDICATIONS 1. Cuve de réacteur nucléaire à neutrons rapides renfermant un métal liquide dans lequel est plongé le coeur ( 18) du réacteur, symétrique de révolution autour d'un axe vertical et constitué par une virole cylindri- que ( 15 a) à axe vertical se raccordant à sa partie inférieure à un fond bom- bé ( 15 b), le coeur du réacteur étant supporté par un platelage ( 19) repo- sant lui-même sur le fond de cuve ( 1-5 b), suivant un cercle horizontal centré sur l'a-e de la cuve ( 15), caractérisée par le fait que le fond bombé ( 15 b) est constitué par un sec- teur sphérique ( 21) de même axe et de même rayon que la virole cylindrique ( 15 a) de la cuve ( 15) et se raccordant à la partie inférieure de cette viro- le ( 15 a) et par une calotte sphérique ( 22) de rayon sensiblement supérieur au rayon du secteur sphérique ( 21) se raccordant à la partie inférieure de ce secteur ( 21) suivant un cercle horizontal voisin du cercle d'appui du platelage ( 19), le point correspondant (A ou B) de la méridienne de la cuve ( 15) étant un point anguleux. 2. Cuve de réacteur nucléaire suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que l'angle des tangentes aux méridiennes du sec- teur sphérique ( 21) et de la calotte sphérique ( 22) respectivement, au point anguleux (A) ou (B) est compris entre 15 et 20 '. 3. Cuve de réacteur nucléaire suivant l'une quelconque des reven- dications 1 et 2, caractérisée par le fait que le rayon du cercle d'appui du platelage (IO' est sensiblement égal aux deux-tiers du rayon de la partie cylindrique ( 15 a) de la cuve. 4. Cuve de réacteur nucléaire suivant la revendication 3, caractérisée par le fait que le rayon de la calotte sphérique ( 22) est com- pris entre 1,5 fois et 1,8 fois le rayon de la partie cylindrique de la cu- ve ( 15). 5 Cuve de réacteur nucléaire suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisée par le fait que le fond bombé ( 15 b) a une épaisseur constante. 6. Cuve de réacteur nucléaire suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisée par le fait qu'elle est disposée à l'intérieur d'une cuve de sécurité ( 17) de forme identique, l'espacement entre les cuves ( 15) et ( 17) étant constant.