Brevet FR2553922A1 — publié le 19850426

L'invention concerne le transport et le stockage d'un chargement radioactif, notamment celui constitué d'assemblages combustibles irradiés dans des réacteurs nucléaires, et est plus précisément re5 lative à un nouveau type de conteneurs conçu pour que chacune de ses parties constitutives concourre, en association avec les autres, à la solution optimale de tous les problèmes sans exception posés par ces opérations de transport et stockage, y compris en cas d'ac10 cidents. Les problèmes à résoudre dans le cadre d'une utilisation normale d'un conteneur blindé transportant ou stockant un chargement radioactif sont les suivants: assurer l'intégrité matérielle du chargement; assurer la protection biologique externe contre le rayonnement y; assurer la protection biologique externe contre le rayonnement neutronique; assurer l'évacuation de la puissance thermique dégagée par le chargement. En outre, un tel conteneur chargé doit aussi permettre de résoudre les problèmes suivants, correspondant à des conditions d'utilisation accidentel25 les: assurer en toute sécurité un amortissement des chocs, non seulement incidentels, mais aussi accidentels; et assurer en toute sécurité la protection du charge30 ment contre les effets des incendies. Bien entendu, les solutions apportées à ces problèmes doivent rester dans des limites acceptables d'exploitation industrielle et commerciale, notamment en ce qui concerne le poids et le coût. Actuellement, tous les conteneurs de ce type ont subi à coup sûr des tests de comportement au feu 2 2553922 mais dans cette invention, on s'est particulièrement attaché à minimiser l'échauffement de la partie centrale du conteneur en créant une lame d'air isolante, qui s'ajoute à l'absorption partielle du flux thermi5 que dans la partie extérieure. Généralement, l'architecture des conteneurs connus comporte, essentiellement, d'une part, une première partie constitutive cylindrique fermée à ses extrémités, contenant dans sa cavité centrale longitu10 dinale le chargement radioactif, assurant l'essentiel de la protection contre le rayonnement y et l'évacuation de la puissance thermique dégagée par le chargement et, d'autre part et entourant cette première partie, une seconde partie constitutive cylindrique mixte 15 comprenant, intérieurement, des moyens assurant à la fois la protection contre le rayonnement neutronique et le transfert de puissance thermique vers l'extérieur et, extérieurement, des moyens de dissipation de cette puissance thermique, tels que des ailettes. Selon les types particuliers proposés de ces conteneurs connus, l'accent a été mis prioritairement sur un aspect particulier fonctionnel d'une telle structure d'ensemble. Par exemple, on a proposé de réaliser de 25 façons distinctes et séparables les deux parties constitutives du conteneur pour en faciliter l'exploitation normale et la maintenance de l'ensemble, ou la réparation éventuelle de la seule partie externe en cas d'accident. De plus, l'invention est relative à un conteneur du genre ci-dessus mais présentant en outre des caractéristiques supplémentaires et associées lui permettant à la fois d'améliorer toutes les performances de ces conteneurs connus et d'avoir en plus une résistance spécifique aux effets d'incendie et aux chocs. A ces effets, et selon une première originalité fonctionnelle d'un conteneur selon l'invention, celui-ci présente des caractéristiques de conduction thermique entre ses deux parties constitutives qui 5 sont maximales lorsque le flux thermique est centrifuge (conditions normales, lorsque le chargement radioactif dégage de la puissance thermique) et minimales lorsque ce flux est centripète (conditions anormales, lorsque le conteneur est accidentellement localisé au 10 sein d'un incendie). L'invention a donc pour objet principal un conteneur blindé pour le transport et le stockage d'un chargement radioactif, du genre comportant essentiellement: une première partie comprenant une enveloppe 15 constitutive cylindrique épaisse, renfermant le chargement dans une cavité centrale longitudinale,et réalisée en un matériau absorbant le rayonnement Y et évacuant vers l'extérieur la puissance thermique dégagée par le chargement, et une seconde partie constitu20 tive comprenant deux cylindres coaxiaux espacés, renfermant entre eux un matériau absorbant le rayonnement neutronique, reliés entre eux par des moyens de conduction thermique, et munis vers l'extérieur de moyens de dissipation thermique, et caractérisé en ce que le 25 cylindre intérieur de la seconde partie constitutive du conteneur est monté sans jeu mécanique autour de la surface cylindrique extérieure de la première partie constitutive Afin de constituer une lame d'air entre les deux parties en cas d'incendie extérieur, la se30 conde partie peut être réalisée en plusieurs tronçons raboutés avec un réalésage du cylindre interne avant le montage. Selon une première réalisation, les deux parties cylindriques sont ajustées entre elles afin 35 d'effectuer sans problème le montage de la partie cy- lindrique externe à l'extérieur de la partie cylindrique interne. Selon une seconde réalisation, les deux parties cylindriques à ajuster entre elles ont une coni5 cité minime, de l'ordre de 1 % facilitant ce montage. De la sorte, avant l'introduction d'un chargement radioactif dégageant de la chaleur dans le conteneur, le montage des deux parties essentielles constitutives du conteneur forme un ensemble mécanique 10 compact. Après introduction du chargement radioactif dégageant de la chaleur, la partie interne du conteneur, plus massive et plus chaude, augmente de diamètre externe plus que ne le fait la seconde partie co15 axiale externe, de sorte que l'on obtient un effet d'auto-frettage renforçant la cohésion mécanique de l'ensemble des deux parties ce qui la reind plus résistante aux chocs, et accroît ainsi par là-même les caractéristiques de transmission du flux thermique de 20 façon centrifuge. Par contre, en cas d'incendie, c'est la partie cylindrique externe, soumise à une élévation anormale de température, qui se dilate plus que la partie cylindrique interne L'effet d'auto-frettage est 25 alors annihilé et, m 6 me, un interstice d'air peut s'établir entre les deux parties diminuant de la sorte les possibilités de transmission du flux thermique de façon centripète, garantissant ainsi au mieux la protection thermique du chargement interne. Selon une seconde originalité fonctionnelle d'un conteneur selon l'invention, sa seconde partie constitutive est conçue spécialement pour avoir une raideur longitudinale maximale et une souplesse transversale optimale. A cet effet, un conteneur selon l'invention est en outre caractérisé en ce que, en combinaison, d'une part, le matériau choisi pour réaliser les éléments métalliques de la seconde partie constitutive du conteneur est de la fonte à graphite sphéroidal ductile mécaniquement, et d'autre part, les deux cylindres 5 coaxiaux de ladite seconde partie sont reliés entre eux par des entretoises longitudinales ayant en coupe un profil d'arc de cercle se raccordant tangentiellement aux surfaces en regard des deux dits cylindres coaxiaux. Ces deux caractéristiques combinées font que, en cas de chocs mécaniques incidentels ou accidentels, la partie externe du conteneur a une grande possibilité de déformation mécanique par rapport à la partie interne, du conteneur La partie externe défor15 mable est conçue pour absorber la majeure partie de l'énergie cinétique développée de façon à limiter la décélération subie à une valeur telle que son intégrité soit assurée En outre, les cavités fermées limitées par lesdites entretoises longitudinales et ren20 fermant, comme connu en soi, un matériau absorbant les neutrons, du fait de leur ductilité mécanique, protègent au mieux ce matériau neutrophage en cas d'accidents dûs à des chocs mécaniques exceptionnels. L'invention porte encore sur d'autres ca25 ractéristiques accessoires intéressantes. Elle sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après d'un mode particulier, mais non exclusif, de mise en oeuvre de l'invention. On se référera aux dessins annexés, sur les30 quels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un conteneur selon l'invention, et la figure 2 est une vue en coupe par la ligne II-II du conteneur représenté sur la figure 1. 35 Le conteneur décrit est destiné à assurer le transport et le stockage d'un chargement radioactif. 6 2553922 Ce chargement est constitué, dans cet exemple, par sept assemblages combustibles 1, irradiés antérieurement dans un réacteur nucléaire, et placés dans un panier 2, connu en soi, réalisé sous forme d'une ma5 trice en alliage-léger maintenant les différents assemblages combustibles parallèles entre eux et espacés radialement de façon régulière. Ce panier 2 vient se placer à l'intérieur d'une cavité centrale longitudinale de la première 10 partie constitutive du conteneur formée par un corps 3. Ce corps 3 est un cylindre épais, creux axialement, réalisé en acier moulé ou forgé, ou encore en fonte à graphite sphéroidal, et comportant un fond 15 4 Les fonctions de ce corps 3 sont les suivantes: assurer l'intégrité des objets transportés, réaliser une barrière de confinement des matières radioactives enfermées; assurer l'essentiel de la protection contre le rayonnement y; et assurer le transfert thermi20 que vers l'extérieur de la puissance thermique dégagée par les matières radioactives placées dans le panier. Le corps 3 est obturé par un système de fermeture comprenant un bouchon 5, fixé par des boulons 6 sur la collerette du corps 3 avec interposition de 25 deux joints 7 Le bouchon 5 a les mêmes fonctions que celles du corps 3. Une tape constituée d'une plaque de fermeture 8, constitue un dispositif de fermeture complémentaire du bouchon 5 pour assurer des fonctions fronta30 les de protections mécanique et biologique, et d'étanchéité Cette plaque 8 enferme la contamination accidentelle lors des opérations d'ouverture ou de fermeture du conteneur Elle est fixée à l'aide de boulons 9 sur la collerette du corps 3 Un joint 10 est inter35 posé entre la plaque 8 et la collerette du corps 3 Un joint 10 est interposé entre la plaque 8 et la collerette du corps 3. La seconde partie constitutive du conteneur ou partie externe 11, qui va être décrite plus en dé5 tail, ci-après a été conçue de façon caractéristique selon l'invention pour remplir simultanément toutes les fonctions suivantes: assurer le complément de protection biologique contre le rayonnement y; assurer l'essentiel de protection biologique contre le 10 rayonnement neutronique; assurer l'évacuation optimale de la puissance thermique dégagée par les matières radioactives du chargement; assurer une capacité d'amortissement de sécurité des chocs mécaniques subis par le conteneur sous conditions d'exploitation norma15 le et également accidentelles; et, enfin, assurer la protection thermique du chargement contre les effets d'incendie. Cette partie externe comprend, essentiellement, entourant radialement les parties actives des 20 combustibles contenues dans les parties centrales des assemblages 1, deux cylindres coaxiaux espacés 12 et 13, renfermant entre eux un matériau 14 tel que du plâtre chargé de matières hydrogénées absorbant le rayonnement neutronique, reliés entre eux par des en25 tretoises 15 assurant le transfert thermique centrifuge, et munis extérieurement d'ailettes longitudinales 16 de dissipation thermique. Selon une première caractéristique principale de l'invention, le cylindre intérieur 12 est mon30 té sans jeu mécanique autour de la surface cylindrique extérieure du corps 3. Selon une première réalisation, les deux parties cylindriques 3 et 12 à ajuster entre elles ont une différence de diamètres permettant d'effectuer 35 sans problème le montage de la partie cylindrique externe 12 à l'extérieur du corps 3. Selon une seconde réalisation, les deux parties cylindriques interne 3 et externe 11 à ajuster entre elles ont une conicité minime, de l'ordre de 1 % facilitant le montage. On obtient de la sorte, par ce montage serré de la partie externe du conteneur autour de sa partie interne, les avantages énumérés ci-dessus lors de l'exposé général de l'invention, concernant la protection contre les chocs mécaniques et thermiques acci10 dentels externes. Selon deux originalités principales de l'invention, le conteneur dont il est l'objet se caractérise en ce que le matériau choisi pour réaliser les éléments métalliques de sa partie externe est de 15 la fonte à graphite sphéroidal et que les deux cylindres coaxiaux 12 et 13 sont reliés entre eux par des entretoises longitudinales 15 ayant en coupe, comme le montre la figure 2, un profil d'arc de cercle se raccordant tangentiellement aux surfaces en regard des 20 cylindres 12 et 13. On obtient ainsi les avantages de sécurité et protection également exposés ci-avant. Plus précisément, la série des volumes intérieurs entre les cylindres 12 et 13 et ménagés par les 25 entretoises internes 15 est parfaitement adaptée pour contenir le matériau 14 de protection neutronique nécessaire pour le type de chargement radioactif prévu. La forme de ces volumes, en raison de la forme en arc de cercle des entretoises 15, permet d'avoir une 30 épaisseur quasi-uniforme de protection neutronique. nh ee qui concerne les ailettes extérieures 16, elles peuvent également avoir une direction oblique, hélicoïdale ou perpendiculaire par rapport à l'axe longitudinal du conteneur ou une forme en che35 vrons, pour optimiser leur comportement en flexion. Ces formes (droite, oblique, en hélice, perpendiculaire, en chevrons, etc) des ailettes externes 16, et leurs dimensions, permettent la décontamination facile en cas de contamination accidentelle 5 et, de plus, il n'y a pas de zones de rétention de produits contaminés: les surfaces des ailettes sont accessibles et peuvent être aisément nettoyées. En cas d'utilisation volontaire du conteneur dans un milieu extérieur contaminé, tel que de 10 l'eau de piscine, la structure alvéolée et ailetée est enfermée préalablement à l'intérieur d'une jupe de protection 17 montée sur des supports adéquats 18 de part et d'autre de cette structure qui positionne axialement la partie externe 11 Cette jupe pourra 15 être remplie, préalablement à son immersion en piscine, d'eau non contaminée pour assurer la liaison thermique entre les ailettes 16 du conteneur et le milieu ambiant. Des tourillons 19 dépassant radialement à 20 l'extérieur permettent la manutention et l'arrimage du conteneur tout en assurant un amortissement important en cas de chute. Cet amortissement est complété par celui assuré par des capots 20 disposés aux deux extrémités du 25 conteneur et qui constituent des écrans de protection mécanique contre tout choc axial ou latéral et de protection thermique protégeant les joints 7 et 10 des éléments de fermeture du conteneur en cas d'incendie. Ces capots 20 peuvent être réalisés en balsa. REVENDICATIONS 1 Conteneur blindé pour le transport et le stockage d'un chargement radioactif, du genre compor5 tant, essentiellement: une première partie comprenant une enveloppe constitutive cylindrique épaisse renfermant le chargement dans une cavité centrale longitudinale, et réalisée en un matériau absorbant le rayonnement y et évacuant vers l'extérieur la puissan10 ce thermique dégagée par le chargement, et une seconde partie ( 11) constitutive comprenant deux cylindres coaxiaux espacés, renfermant entre eux un matériau absorbant le rayonnement neutronique, reliés entre eux par des moyens de conduction thermique, et munis vers 15 l'extérieur de moyens de dissipation thermique, et caractérisé en ce que le cylindre intérieur ( 12) de la seconde partie constitutive ( 11) du conteneur est monté sans jeu mécanique autour de la surface cylindrique extérieure de la première partie constitutive ( 3), 20 afin de constituer une lame d'air entre les deux parties constitutives en cas d'incendie extérieur. 2 Conteneur blindé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau choisi pour réaliser les éléments métalliques de la seconde partie 25 constitutive du conteneur est de la fonte à graphite sphéroidal. 3 Conteneur blindé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux cylindres coaxiaux ( 12 et 13) de ladite seconde 30 partie ( 11) sont reliés entre eux par des entretoises longitudinales ( 15) ayant en coupe un profil d'arc de cercle se raccordant tangentiellement aux surfaces en regard des deux dits cylindres coaxiaux ( 12 et 13). 4 Conteneur blindé selon l'une quelconque 35 des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens de dissipation thermique vers l'extérieur sont des ailettes. ill Conteneur blindé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre intérieur ( 12) de la seconde partie constitutive ( 11) du conteneur présente une faible conicité et que la surface 5 extérieure de la première partie constitutive présente la même conicité. 6 Conteneur blindé selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa seconde partie constitutive ( 11) peut être enfermée à l'intérieur d'une 10 jupe de protection ( 17).