Brevet FR2546657A1 — publié le 19841130

La présente invention se rapporte aux réac- teurs nucléaires, notamment à neutrons rapides, re- froidis par métal liquide Dans de tels réacteurs, le coeur est monté à l'intérieur d'un système de cuves à axe vertical assurant le confinement du volume appro- prié de métal, généralement du sodium liquide Ce vo- lume est surmonté d'une atmosphère de gaz neutre et l'ensemble des cuves est fermé par une dalle munie d'orifices de passage permettant l'accès au coeur à l'intérieur de la cuve Ces orifices sont fermés par des bouchons tournants Le plus petit des bouchons tournants (P B T) est lui-même percé d'un orifice fermé par un bouchon destiné à supporter les moyens permettant de surveiller et de contrôler le coeur du réacteur, ainsi que de dévier le jet de sodium chaud sortant du coeur Ces moyens, et la structure qui les maintient, forment un ensemble appelé "couvercle- coeur" Ce couvercle-coeur est suspendu audit bouchon, inclus dans le P B T, par une structure de suspen- sion; l'ensemble de ces trois structures: bouchon, éléments de suspension et couvercle-coeur, est appelé "bouchon-couvercle-coeur", La présente invention concerne de façon plus particulière un tel bouchon couvercle-coeur. A titre d'illustration de l'art antérieur, on décrira ci-après en se référant à la figure 1, un mode particulier de réalisation de bouchon couvercle- coeur de réacteur nucléaire tel qu'il figure dans le BF 74 29 543 déposé le 29 août 1974 par le Commissa- riat à l'Energie Atomique et publié sous le n O A-FR-2 289 031. Sur la figure 1, la référence 1 désigne le coeur d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides, re- présenté immergé dans une masse de métal liquide, no- tamment du sodium, assurant le refroidissement du réacteur Le coeur 1 est monté à l'intérieur d'une cuve interne 2, entourée d'une deuxième cuve, la cuve principale 3, fermée en sa partie supérieure par la dalle 9, confinant le sodium liquide, jusqu'au niveau schématisé dans 4, celui-ci étant surmonté d'une at- mosphère 5 de gaz neutre de couverture, généralement de l'argon La cuve 3 est elle-même entourée d'une autre cuve, dite cuve de sécurité 6, l'ensemble de ces cuves avec leur axe vertical commun, étant disposé à l'intérieur d'une enceinte de protection en béton 7. Cette dernière présente une large ouverture 8 en sa partie supérieure dans laquelle est montée une dalle de fermeture 9 Cette dalle comporte une ouverture centrale 10 pour la mise en place d'un système à deux bouchons 11 et 12 permettant, par leur rotation mu- tuelle, l'accès en tous points du coeur 1 La dalle 9 comporte en plus, des passages pour le montage des appareils qu'elle supporte tels que des pompes et échangeurs nécessaires à la circulation du sodium; un de chaque type a été représenté schématiquement sur la figure 1 o la référence 13 désigne une pompe, et la référence 14 un échangeur Enfin, l'instrumentation du coeur est supportée par une structure indépendantes le bouchon-couvercle coeur 15-, lui-même suspendu au petit bouchon tournant 12. Ce bouchon couvercle coeur se compose d'une plaque de tête 16 située au niveau du P B T 12; cet- te plaque supporte un tube cylindrique ou virole 17 présentant sur les faces latérales des orifices tels que 18 régulièrement espacés Des entretoises intermé- diaires 19 et 20 s'appuient à leurs extrémités sur la virole 17 Ladite virole 17 est obturée en sa partie inférieure par une plaque épaisse constituant le bou- clier thermique 23 Intérieurement à la virole 17, cheminent verticalement des tubes-fourreaux 26 ser- vant au passage des barres de commande ou de l'instru- mentation Les structures de bouchons couvercles-coeur connues à ce jour pour les réacteurs refroidis par métal liquide, et notamment celle qui vient d'être rappelée en détail, possèdent un certain nombre d'in- convénients En particulier, leur grande rigidité, né- cessaire pour résister aux séismes, est obtenue en utilisant des structures de forte épaisseur, ce qui leur confère une inertie thermique élevée Celle-ci rend difficile l'absorption des phénomènes transitoi- res très importants consécutifs à des variations de régime de puissance engendrant des modifications de température brutales dans le métal chaud sortant du coeur du réacteur. La présente invention a précisément pour objet un bouchon couvercle-coeur pour réacteur nu- cléaire refroidi par métal liquide dont la conception permet d'obtenir, avec des parois minces, la rigidité nécessaire pour pouvoir supporter des sollicitations d'ordre sismique; ce bouchon couvercle-coeur présen- te, grâce à l'emploi desdites parois minces un minimum d'inertie thermique lui permettant d'accepter des ré- gimes transitoires qui provoquent des variations im- portantes de la température du métal liquide sortant directement du coeur. Ce bouchon couvercle-coeur d'un réacteur nucléaire refroidi par métal liquide et comportant de façon connue, un système de cuves fermées par une dal- le munie de deux bouchons tournants, ledit bouchon couvercle-coeur étant suspendu au petit bouchon tour- nant, se caractérise en ce qu'il comprend une structu- re constituée, en partie, par des éléments de suspen- sion fixés à la plaque inférieure du petit bouchon tournant, et, en partie, par des éléments de fourreaux 254665 ? de barres de contrôle, ces deux ensembles étant soli- darisés, au moins à un niveau horizontal, par des pla- ques métalliques verticales formant une grille en nid d'abeilles, et, une plaque métallique déflectrice, de forme conique, située directement audessus du coeur, et fixée à certains éléments de fourreaux par une liaison permettant un glissement radial. Dans une première variante de réalisation de l'invention, les éléments de suspension sont des four- reaux de barres de contrôle. Dans une deuxième variante de réalisation de l'invention, les éléments de suspension sont des pro- filés de formes variées, par exemple, ayant une sec- tion en forme de croix ou de carré. Selon une autre caractéristique importante de la présente invention, la plaque déflectrice du bouchon couvercle-coeur de réacteur nucléaire selon l'invention supporte un faisceau de tubes de prélève- ment permettant le prélèvement de métal liquide à la sortie du coeur pour la localisation de ruptures de gaines éventuelles, et le logement de thermocouples, ce faisceau de tubes étant rigidifié par deux autres plaques tronconiques qui, de plus, contribuent avec la plaque déflectrice proprement dite, à dévier le jet de sodium chaud sortant du coeur. Le bouchon couvercle-coeur de réacteur nu- cléaire objet de l'invention, réalise ainsi une struc ture à parois minces qui permet de supporter des régi- mes transitoires thermiques importants et de limiter, du fait de sa rigidité, les réactions aux sollicita- tions d'ordre sismique. De toute façon l'invention sera mieux com- prise à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation, description qui sera faite en se référant aux figures 2 à 6 ci-jointes sur lesquel- les: la figure 2 est une vue en coupe d'un réacteur nu- cléaire à neutrons rapides refroidi au sodium et utilisant le bouchon couvercle-coeur obj-et de la présente invention; la figure 3 est une coupe selon l'axe XX de la figu- re 5 de l'ensemble du bouchon couvercle- coeur objet de l'invention; la figure 4 est une vue en coupe selon le même plan et à plus grande échelle de l'ensemble du couvercle- coeur; la figure 4 a montre le détail de fixation avec jeu de la plaque déflectrice aux éléments de fourreaux; la figure 5 est une coupe transversale à plus petite échelle de la figure 4 selon le plan YY. la figure 6 montre un détail agrandi de la figure 5 dans le cas o le couvercle-coeur est suspendu par des tirants métalliques. Sur la figure 2, qui représente en coupe un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi au so- dium, on retrouve avec les mêmes chiffres de référence les principaux éléments de la figure 1 de l'art anté- rieur qui ne seront donc pas décrits explicitement une nouvelle fois Conformement à l'invention, ce réacteur est équipé d'un bouchon couvercle-coeur 15 qui compor- te essentiellement, au-dessus du coeur 1 du réacteur, une plaque déflectrice 32 suspendue à la partie infé- rieure du petit bouchon tournant interne 12, soit par des tubes fourreaux 26, ce qui est le cas dans l'exem- ple de la figure 2, soit par des tirants métalliques à profilés rigides comme on le verra ultérieurement Ces éléments de suspension 26 sont solidarisés entre eux et avec des éléments de fourreaux 28 pour le passage des barres de contr 8 le, dans au moins un plan horizon- tal, par une grille 30 formée de plaques métalliques verticales entrecroisées 43. Sur la figure 3 on voit, en vue schématique et plus en détail que sur la figure 2, l'organisation de ce bouchon couvercle coeur 15. Selon l'invention, un certain nombre de fourreaux métalliques 26 et d'éléments de fourreaux 28 sont en correspondance avec les passages 35 du bouchon 12 et sont utilisés pour 17 introduction dans le coeur des barres absorbantes 40, qui permettent de régler le niveau de réactivité du réacteur. Selon l'invention, certains éléments de fourreaux 28 supportent, sous la grille 30 et au-des- sus du coeur 1 du réacteur, une plaque déflectrice 32 de forme conique qui, comme expliqué précédemment, permet de dévier le jet de sodium chaud sortant des assemblages 36 comme indiqué par les flèches F Cette plaque déflectrice 32 supporte des tubes de prélève- ment 42 qui servent d'une part à prélever du métal liquide à la sortie du coeur pour localiser l'existen- ce d'une rupture de gaine éventuelle dans l'un des assemblages 36, et, d'autre part, à permettre le loge- ment des thermocouples qui mesurent directement la température du sodium chaud sortant du coeur 1 Les informations fournies par les thermocouples sont ache- minées à partir de chacun des tubes de prélèvement 43 par des gaines 44 qui traversent le bouchon tournant 12 dans le conduit 45 Les prélèvements de sodium chaud à la sortie des assemblages 36 sont acheminés par des tubes métalliques 46 vers l'appareillage de localisation des ruptures de gaine 47. Sur la figure 4, on retrouve en détail les éléments du couvercle-coeur: les fourreaux de barres 26, les éléments de fourreaux 28, les plaques 43 for- mant la grille 30, la plaque déflectrice 32 avec sa fixation à certains éléments de fourreaux 28 par un système à jeu radial, mieux visible sur la figure 4 a, les tubes de prélèvement 42 et les plaques 33, 38 qui rigidifient ce faisceau de tubes et contribuent, avec la plaque 32, à dévier le jet de sodium. La figure 5, qui est une vue en coupe hori- zontale selon le plan YY de la figure 4, montre l'im- plantation, dans l'exemple particulier de réalisation décrit, des fourreaux 26 et des éléments de fourreaux 28 entretoises par les plaques planes verticales 43. La figure 6 montre un exemple particulier du cas o le couvercle-coeur est suspendu au petit bou- chon interne 12 par des tirants On voit un certain nombre d'éléments de fourreaux 28 entretoises par les- plaques métalliques 43 et, en profilé en forme dlétoi- le à trois branches, l'extrémité inférieure 50 de l'un des tirants précédents, reliée par les plaques verti- cales d'entretoisement 51 aux plaques 43 précédentes. Il est bien entendu que cette forme de tirant n'est pas limitative, et que la section droite de ces mêmes tirants peut avoir une forme quelconque, compatible avec la rigidité nécessaire, notamment celle de profi- lés en forme de croix ou de carré. REVENDICATIONS 1 Bouchon couvercle-coeur d'un réacteur nucléaire refroidi par métal liquide et comportant, de façon connue, un système de cuves ( 2, 3, 6) fermées par une dalle ( 9) munie de deux bouchons tournants ( 11, 12), ledit bouchon couvercle-coeur étant suspendu au petit bouchon tournant ( 12), caractérisé en ce qu'il comprend une structure constituée, en partie, par des éléments de suspension ( 26) fixés à la plaque inférieure du petit bouchon tournant, et, en partie, par des éléments de fourreaux de barres decontrôle ( 28), ces deux ensembles étant solidarisés, au moins à un niveau horizontal, par des plaques métalliques ver- ticales ( 43) formant une grille en nid d'abeilles ( 30), et, une plaque métallique déflectrice ( 32), de forme conique, située directement audessus du coeur ( 1), et fixée à certains éléments de fourreaux par une liaison permettant un glissement radial. 2 Bouchon couvercle-coeur selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que les éléments de sus- pension ( 26) sont des fourreaux de barres de contrôle. 3 Bouchon couvercle-coeur selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que les éléments de sus- pension ( 26) sont des profilés de formes variées, ayant par exemple, une section en forme de croix ou de carré. 4 Bouchon couvercle-coeur selon la reven- dication 1 et l'une ou l'autre des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la plaque déflectrice ( 32) supporte un faisceau de tubes ( 42) permettant le pré- lèvement de métal liquide à la sortie du coeur pour la localisation d'éventuelles ruptures de gaines, et le logement de thermocouples, ce faisceau étant rigidifié par deux autres plaques tronconiques ( 33, 38) qui con- tribuent, avec la plaque ( 32), à dévier le jet de mé- tal liquide sortant du coeur.