Brevet FR2547101A1 — publié le 19841207

La présente invention concerne la désaffectation et le démantèlement des réacteurs nucléaires qu'on considère comme ayant terminé leur durée de fonctionnement et en particulier elle concerne des machines destinées au 5 démantèlement ou au démontage de la structure du réacteur, de manière sûre et contrôlée. Lorsqu'un réacteur nucléaire a atteint la fin de sa durée prévue de fonctionnement, différentes possibilités, après retrait du combustible nucléaire et du fluide de refroidissement du réacteur, sont le recouvrement de l'ensemble de la structure par un blindage convenable, par exemple un tas de terre, et la prise de précautions pour que le réacteur recouvert reste toujours ainsi protégé, en permanence, constituant ainsi un "mémorial", ou le 15 démontage de la structure du réacteur, les matériaux démontés étant traités en petites quantités dans des instalations classiques de stockage de sécurité, si bien que l'emplacement du réacteur peut être remis dans son état antérieur Cette dernière solution est préférable, surtout 20 à cause des doutes qui concernent la préservation en pratique de l'intégrité du blindage de l'ensemble de la structure du réacteur pendant une période de l'ordre de milliers d'années, nécessaire avant que la radioactivité ait suffisamment diminué pour ne plus présenter de risques biologiques. 25 Afin de mieux comprendre l'invention dans son contexte, on considère un réacteur nucléaire classique à refroidissement par un gaz dont le modérateur est du graphite, qui a, à l'intérieur d'une cuve sous pression, un coeur contenant le modérateur et les éléments combustibles, 30 ces derniers pouvant être chargés et déchargés par une machine de renouvellement de combustible, et, autour du coeur, des échangeurs de chaleur sont destinés à retirer la chaleur du fluide de refroidissement chauffé par circulation dans le coeur, la chaleur retirée étant utilisée pour formation d'électricité, par exemple par l'intermédiaire de vapeur d'eau et d'une turbine Lorsqu'un tel réacteur a terminé sa durée prévue de fonctionnement, on suppose qu'une décision de démantèlement du réacteur et de restauration du site a été prise Après l'évacuation normale des éléments combustibles et le soufflage du gaz de refroidissement, on considère qu'il est aceptable, au point de vue de la sécurité, d'utiliser des techniques classiques de démontage pour l'enlèvement des turbines, des échangeurs de chaleur, de la machine de rechargement de combustible et, avec une protection temporaire convenable, du dôme supépérieur de la cuve sous pression, afin que le coeur soit exposé Une machine doit assurer le démontage et l'enlèvement de la cuve sous pression et le déchargement et le transfert jusqu'à une installation de traitement du modérateur formé par le graphite (qui est sous forme de blocs séparés) et d'autres éléments internes à la cuve, la machine exécutant 15 ces opérations d'une manière sûre et rapide, et l'invention concerne la réaction d'une telle machine. Selon l'invention, une machine de démontage, de déchargement et de transfert à une installation de traitement, de la structure d'un réacteur nucléaire et/ou d'éléments d'une telle structure, qui ont subi une irradiation pendant le fonctionnement du réacteur, comporte un portique, un dispositif de montage du portique sur une partie rigide du réacteur qui n'a pas encore été démontée, un chariot mobile sur le portique ou autour de celui-ci, un 25 mât monté sur le chariot, d'une manière mobile ou non, un manipulateur monté sur le mât de manière mobile et capable de supporter et de manoeuvrer divers outils destinés à assurer le démontage de la structure et/ou de ses éléments, et un dispositif de levage séparé du manipulateur et manoeu30 vrable séparément de celui-ci afin que, en coopération avec le manipulateur ou non, il assure le déchargement et le transfert de la structure démontée et/ou d'éléments de celle-ci, toute les fonctions de la machine pouvant être commandées à distance Le dispositif de levage peut être mobile le long d'une poutre montée diamétralement ou radialement et qui peut tourner autour de l'axe central de la cuve du réacteur Le dispositif de levage peut être transporté sur d'autres poutres, fixes ou rotatives. Dans une variante, le dispositif de levage peut être monté sur le mât afin qu'il puisse tourner et qu'il puisse aussi se déplacer radialement par rapport au mât. Ce dernier peut être une structure rigide unique et le 5 chariot peut être mobile afin qu'il soulève et abaisse le mât, ou, dans une variante, le mât peut être constitué de plusieurs tronçons si bien que sa hauteur peut être modifiéepar addition ou soustraction de tronçons ou par déplacement télescopique ou dépliage. D'autres caractéristiques et avantages d'une machine selon l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une élévation latérale, en coupe, 15 d'un réacteur nucléaire destiné à être démonté à l'aide d'une machine représentée sur les figures 3 à 10 la figure 2 est une vue en plan du réacteur nucléaire de la figure 1 la figure 3 est une élévation latérale d'un 20 exemple de machine en position de travail la figure 4 est une vue en plan de la machine de la figure 3; la figure 5 est une perspective de la machine de la figure 3; la figure 6 est une élévation latérale d'un autre mode de réalisation de machine en position de travail les figures 7 et 8 sont respectivement une vue en plan et une perspective de la machine de la figure 6 la figure 9 est une élévation latérale d'une 30 variante; et la figure 10 est une vue en plan de la variante de la figure 9. Sur les diverses figures, des références identiques désignent des éléments analogues. On se réfère d'abord aux figures 1 et 2 qui représentent schématiquement le réacteur nucléaire du type à refroidissement par gaz, comprenant du graphite comme 2547 i O n modérateur, constituant un réacteur à refroidissement par gaz du type perfectionné de Windscale (WAGR) qui a maintenant terminé sa durée utile et qui doit être démantelé Le coeur du réacteur (non représenté) qui contient des canaux pour le modérateur de graphite et les éléments combustibles, et d'autres éléments internes, tels que le support du noyau (non représenté), la bo te chaude 1 et des tuyauteries 2 de rechargement de combustible, sont logés dans une cuve 3 sous pression dont le dôme supérieur et les parties supérieures des tuyauteries 2 ne sont pas représentés Le volume occupé par le dôme supérieur est destiné à être utilisé par une machine de démontage, de déchargement et de transfert, tel que du type décrit dans le présent mémoire, et appelé "machinede manipulation" dans la suite du présent 15 mémoire Le réacteur a aussi quatre bottiers 4 pour échangeur de chaleur dont les échangeurs de chaleur ont été démontés et retirés par des dispositifs classiques avec des précautions convenables de protections puisque le niveau de radio'activité de ces structures est tel qu'il permet de telles 20 opérations L'un des bâtiments 4 (lorsqu'il est vidé) est utilisé comme dépôt temporaire 5 des matériaux démontés, dans lequel le tri et la désignation pour l'emballage sont réalisés dans un bâtiment communicant 6, les matériaux de petites dimensions qui peuvent être évacués en vrac tombant dans un récipient 7 à déchets placé sous le dépôt temporaire 5 Le confinement externe 8 du réacteur est conservé et facilite le maintien de l'intégrité pendant les opérations de démontage et autres Le bâtiment 6 de conditionnement se trouve en dehors du confinement 8 et 30 communique avec un sas à air (non représenté). Le niveau du plancher de rechargement de combustible est désigné par la référence 9 sur la figure l, et il comporte des rails 10 destinés à la machine de rechargement du réacteur (maintenant enlevée). Les figures 3 à 5 représentent le réacteur avec une machine 11 de manipulation en position La machine 11 comprend un portique 12 ayant des roues 13 se déplaçant sur les rails 10, et un chariot 14 qui peut se déplacer angulairement par rapport au portique 12 sur un rail 15 placé sur le portique 12 (voir en particulier les figures 4 et 5). Le chariot 14 porte, sur une plate-forme 14 ' mobile liné5 airement sur le chariot 14, un mât 16 qui peut être allongé et raccourci par rapport au chariot 14 en direction parallèle à l'axe de la cuve 3 sous pression du réacteur Un manipulateur 17 est monté à l'extrémité inférieure du mât 16 et est mobile en rotation et en translation par rapport à lui, le manipulateur 17 pouvant assurer le support d'outils de coupe et analogues 18, permettant le démontage de la cuve sous pression 3 et des éléments placés à l'intérieur avant leur transfert en vue du conditionnement Le mât 16 peut être allongé ou raccourci par addition ou enlèvement de tronçons séparés ayant des dispositifs de fixation sûrs convenables (non représentés) de type classique. Un support annulaire 19 porté par la structure 20 de béton du réacteur forme une voie destinée à une poutre tournante 21 qui peut tourner autour de l'axe centralde 20 la cuve pour prendre une position angulaire alignée sur des poutres fixes 22, 23 La poutre 22 est placée entre la poutre 21 et une autre poutre tournante 24 qui peut tourner autour de l'axe central du boîtier 4 de l'échangeur de chaleur qui est utilisé comme dépôt temporaire 5 La 25 poutre 23 est une poutre fixe qui pénètre dans un autre boîtier 4 d'échangeur de chaleur, portant la référence 25 et utilisée comme cellule d'entretien Par exemple, deux dispositifs de levage 25, 27 sont mobiles le long des poutres 21, 22, 23, 24, le dispositif 26 de levage travail30 lant normalement au-dessus de la cuve 3 et étant mobile dans la cellule 25 alors que le dispositif 27 de levage est normalement placé au-dessus du dépôt 5 et sur la poutre tournante 24 mais étant mobile de la poutre 24 à la poutre 21 par l'intermédiaire de la poutre 22 et inversement 35 lors du transport des matériaux entre la région de la cuve 3 et le dépôt 5 Une autre poutre fixe 28 peut être alignée sur la poutre 24 et elle est disposée entre le dépôt 5 et un autre bo tier vide 4 d'échangeur de chaleur, comme indiqué par la référence 29, utilisé pour >>stockage temporaire des déchets Le treuil 27 peut se déplacer de la poutre 24 à la poutre 28 et inversement Un mécanisme commandé à distance (non représenté) assure la commande et la rotation des poutres ainsi que le déplacement et la manoeuvre des dispositifs 26, 27 de levage. Le manipulateur 17 et les outils 18 sont destinés à être utilisés pour la découpe du matériau de la cuve sous 10 pression en morceaux de dimension manipulable, et le dispositif 26 de levage, muni de dispositifs classiques de serrage et éventuellement de levage de type magnétique placés à l'extrémité du câble de levage (non représenté) est destiné à être utilisé pour le transport des morceaux 15 découpés vers le dépôt 5 puis vers le bâtiment 6 de conditionnement ou vers la zone 29 de stockage temporaire En outre, le treuil 26 est utilisé pour le soulèvement et le transport des blocs démontés de modérateur, morceau par morceau, vers les zones 5, 6 ou 29. Un blindage rotatif 30, ayant un cercle amovible 31 de blindage monté excentriquement est destiné à recouvrir le support annulaire 20 (voir figures 3 et 4), le mât 16 pouvant être allongé et le treuil 26 pouvant être manoeuvré par l'intermédiaire du trou formé dans le blindage 30 lors25 qu'il a convenablement tourné, lorsque le cercle 31 est supprimé, afin que l'accès au portique 12, au chariot 14 et à la région supérieure occupée par ces éléments soit possible à court terme et que les éléments précités ne soient pas exposes excessivement au rayonnement de la cuve 3 et des éléments placés à l'intérieur La figure 5 représente le mât 16 en position allongée, le manipulateur 17 et l'outi 1118 étant en position d'attaque du matériau de la cuve 3, alors que la figure 3 représente le mât 16, le manipulateur 17 et l'outil 18 en position en retrait. 35 Dans une variante de construction représentée sur les figures 6, 7 et 8, la machine 11 ' de manutention a un portique 12 analogue à celui des figures 3 à 5, avec des roues 13 qui peuvent rouler sur les rails existants 10 de la face 9 de chara, I'rnt du réacteur Un chariot 32 est monté sur le portique 12 afin qu'il puisse se déplacer transversalement Un mât 16 analogue à celui des figures 3 à 5 est monté sur le chariot 32 et il porte un manipulateur 17 qui peut porter un outil 18, comme dans la construction des figures 3 à 5. La différence principale avec la construction des figures 3 à 5 est qu'une poutre 33 est montée radialement 10 sur un collier 34 qui peut tourner sur le mât 160 La poutre 33 peut tourner par commande à distance du collier 34 et peut venir s'aligner en face de la poutre intermédiaire 22 ou de la poutre fixe 23, comme pouvait le faire la poutre 21 dans la construction des figures 3 à 5, mais, dans ce cas, l'alignement n'est possible qu'en alternance et non simultanément Un poutre tournante 24 et une poutre fixe 28 sont utilisées dans le mode de réalisation des figures 3 à 5, et un treuil 27 est placé entre l'espace de la cuve 3 et le dépôt 5 ou l'aire de stockage 29. 20 Un treuil 26 travaille sur une poutre 33 et peut se déplacer sur la poutre 23 afin qu'il travaille dans la cellule 25 d'entretien ou sur le poutre 24, par l'intermédiaire de la poutre 22, afin qu'il travaille dans la cellule 5 Comme dans le mode de réalisation des figures 25 3 à 5, le mât 16 peut être allongé et raccourci par addition ou enlèvement de tronçons. La construction des figures 9 et 10 forme une machine de manutention 11 " qui combine la poutre tournante 21 des figures 3 à 5 au portique 12 et au chariot transver30 sal 32 des figures 6 à 8, mais modifiée par montage d'un mât télescopique 35 sur une plate-forme 36 portée par le chariot 32 et ayant un appareillage, schématiquement représenté sous forme d'un treuil 37 et d'un câble 38, destiné à régler le déplacement télescopique des tronçons 35 39 du mât 35, dans un sens et dans l'autre. Dans une variante non représentée, la poutre tournante 21 de la construction des figures 3 à 5 peut être 2-547 O suspendue rigidement au chariot rotatif 14 et peut tourner sur le portique 12, la poutre correspondant à la poutre tournante 21, si bien que sa charge est transférée aux rails 10 par les roues 13 du portique 12, au lieu d'être portée par le support annulaire séparé 20 du bâtiment du réacteur. Dans une autre variante non représentée, le mât peut être une structure rigide, et la hauteur du manipulateur et des outils montés sur lui peut être modifiée à 10 l'aide d'un dispositif, manoeuvré à distance, qui soulève et abaisse le chariot par rapport au portique, la hauteur étant fixée par montage sur les rails. Le cas échéant, le manipulateur peut être monté sur une plate-forme qui peut elle-même être élevée. Il faut noter qu'un blindage biologique convenable peut être installé le cas échéant aux endroits nécessaires. Par exemple, un blindage rétractable peut être monté sur le plancher et sur le portique lui-même ou peut protéger une cellule d'entretien placée sous le portique. REVENDICATIONS 1 Machine de démontage, de déchargement et de transport à une installation de traitement, de la structure d'un réacteur nucléaire ou d'éléments d'une telle structure qui ont été irradiés pendant le fonctionnement du réacteur, caractérisée en ce qu'elle comporte un portique ( 12), un dispositif de montage du portique sur une partie rigide non démontée du réacteur, un chariot ( 14) mobile sur le portique o autour de celui-ci, un mât ( 16) monté 10 sur le chariot, afin qu'il soit mobile ou non, un manipulateur ( 17) monté sur le mât afin qu'il soit mobile et capable de supporter et de manoeuvrer divers outils ( 18) destinés à assurer le démontage de la structure ou de ses éléments, et un dispositif mobile de levage ( 26, 27), séparé du manipulateur et manoeuvrable séparément de celui-ci afin que, en coopération avec le manipulateur ou non, il assure le déchargement et le transport de la structure démontée et/ou de ses éléments, toutes les fonctions de la machine pouvant être commandées à distance. 2 Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de levage ( 26, 27) est mobile le long d'une poutre ( 21) montée diamétralement ou radialement afin qu'elle puisse tourner autour de l'axe central de la cuve ( 3) du réacteur. 3 Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que le dispositif de levage ( 26, 27) peut être transféré à d'autres poutres ( 22, 23, 24) fixes ou rotatives, par prolongement de son déplacement rectiligne. 4 Machine selon l'une quelconque des revendica30 tions précédentes, caractérisée en ce que le dispositif de levage ( 28, 27) comporte plusieurs treuils qui peuvent être manoeuvrés et déplacés séparément. Machine selon l'une des revendications 1 et 4, caractérisée en ce que le dispositif de levage ( 26, 27) est 35 monté sur le mât ( 16) afin qu'il puisse se déplacer en rotation et radialement par rapport au mât. 6 Machine selon l'une quelconque des revendica- tions préc 6 dentes, caractérisée en ce que le mât ( 16) forme une structure rigide, et en ce que le chariot ( 14) est mobile verticalement par rapport au portique afin qu'il soulève ou abaisse le mât. 7 Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le mât ( 16) est formé de plusieurs tronçons, et des tronçons peuvent être ajoutés au mât ou retirés de celui-ci afin que sa hauteur varie. 8 Machine selon l'une quelconque des revendica10 tions 1 à 5, caractérisée en ce que le mât ( 16) est télescopique, et en ce qu'un dispositif qui peut être manoeuvré à distance est destiné à commander l'allongement ou le rétrécissement du mât afin qu'il prenne la hauteur nécessaire.