Brevet FR2558636A1 — publié le 19850726

Réacteur nucléaire à neutrons rapides muni d'une cellu- le de manutention et d'une dalle caissonnée. La présente invention est relative à un réac- teur nucléaire à neutrons rapides refroidi par un métal liquide, du type intégré, comprenant une cuve remplie de métal liquide et obturée en sa partie supérieure par une dalle caissonnée en béton armé servant au supporta- ge des échangeurs et des pompes du circuit primaire. Dans ce type de réacteurs, les assemblages constituant le coeur reposent sur le fond de la cuve ou sur sa périphérie par l'intermédiaire d'un sommier d'alimentation en métal liquide (généralement du so- dium) et d'un platelage. Le sodium liquide est chauffé dans le coeur par la réaction de fission du combustible nucléaire avant de pénétrer dans un collecteur chaud placé au-dessus du coeur et dans des échangeurs de cha- leur o il transfère ses calories au fluide (générale- ment du sodium) circulant dans des circuits secondai- res. Le sodium primaire refroidi sortant du collecteur froid situé dans la partie inférieure des échangeurs est aspiré par des pompes primaires qui le réinjectent dans le sommier. Dans ce type de réacteur, les échan- geurs et les pompes primaires sont généralement suspen- dus à la dalle obturant la cuve du réacteur. Il en est de même d'un certain nombre d'autres organes nécessai- res au fonctionnement ou à la sûreté du réacteur. Dans les réacteurs tels que Phénix ou Super- Phénix, les assemblages sont retirés périodiquement du coeur par un bras de transfert ou des ringards montés sur bouchons tournants, puis déchargés par un système de rampe et sas dans une enceinte de stockage voisine o ils dégagent leur puissance résiduelle pendant une durée suffisante à leur désactivation au moins partiel- le; ils subissent ultérieurement un traitement visant à séparer le matériau de gainage du matériau combusti- ble pour la récupération de ce dernier. Ce système de manutention est assez complexe. Sa mise en oeuvre est, en particulier, rendue délicate, pour les assemblages fissiles, par la présence de l'instrumentation qui est suspendue au Bouchon-Couver- cle-Coeur (B.C.C.). Le brevet français déposé le 26.01.71, sous le n EN 71 31036, par le Commissariat à l'Energie Atomique et la Société Creusot Loire, proposait de sim- plifier le système de manutention et de faciliter sa mise en oeuvre pour les assemblages fissiles, en munis- sant le réacteur d'une cellule étanche à l'intérieur de laquelle le B.C.C. pourrait être escamoté libérant ainsi le dessus du coeur pour le passage d'un bras de manutention. Ce concept de cellule étanche pour escamoter le B.C.C. avait d'ailleurs déjà été envisagé par le brevet GB 1 026 559 déposé par 1'U.K.A.E.A., et avait été étudié sur une maquette du réacteur SEFOR aux USA (GEAP 5701, AEC Research and Development Report, March 1969). Mais l'implantation d'une cellule de manu- tention sur la dalle mécano-soudée d'un réacteur du type Phénix ou SuperPhénix n'a jamais été envisagé car sa réalisation conduirait à un surdimensionnement de cette dalle et donc à un surcoat du réacteur. La réali- sation de cette solution n'est possible que sur une dalle suffisamment rigide et résistante. Or, le brevet français déposé de 20.01.81 sous le n 81 00963 par le Commissariat à l'Energie Atomique, propose une dalle très rigide et très résistante sans augmentation nota- ble du coût. La présente invention propose un réacteur nu- cléaire du type intégré muni d'une dalle caissonnée comportant un fût central dans lequel est implantée une cellule de manutention. Ce réacteur nucléaire, comprenant une cuve remplie de métal liquide obturée en sa partie supérieu- re par une dalle caissonnée présentant une ouverture centrale dans laquelle vient se loger un bouchon cou- vercle-coeur surplombant le coeur du réacteur et des ouvertures périphériques, disposées en couronne autour de l'ouverture centrale, traversées par les pompes et les échangeurs de chaleur dont les têtes sont contenues dans des logements pratiqués dans la dalle, se caracté- rise notamment en ce que l'ouverture centrale est sur- montée d'une cellule de manutention étanche comprenant des moyens de manutention et de stockage du bouchon couvercle coeur et des moyens de manutention des assem- blages associés à des moyens d'évacuation desdits as- semblages vers un poste de transfert, et en ce que les moyens de stockage et de manutention du bouchon couver- cle-coeur sont situés dans la partie supérieure de la cellule au-dessus des moyens de manutention et d'éva- cuation des assemblages, les susdits moyens étant esca- motables pour permettre le déplacement vertical du bou- chon couvercle-coeur d'une position haute correspon- dant à son poste de stockage à une position basse au niveau de l'ouverture centrale pratiquée dans la dalle à la verticale du coeur du réacteur. Selon une caractéristique de l'invention, les moyens de manutention du bouchon couvercle-coeur comprennent un système de treuils de levage, à chaîne ou câble, situé au-dessus de la cellule, commandant le déplacement vertical du bouchon couvercle-coeur dans la cellule. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, les moyens de stockage du bouchon couvercle-coeur comprennent un système de verrouillage assuré par au moins trois butées escamotables implantées dans la paroi de la cellule au niveau de la position haute du bouchon couvercle-coeur. Egalement selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de manutention des assemblages du coeur comprennent un bras animé en rotation autour d'un axe vertical par des moyens de commande, portant en son extrémité inférieure un ringard, ce bras étant monté sur un chariot coulissant sur une poutre potence verticale, elle-même pivotant autour de son axe propre par des moyens de commande, et guidée en ses extrémités sur au moins un rail. Enfin, selon une dernière caractéristique de l'invention, ces moyens de manutention peuvent s'effa- cer contre la paroi de la cellule par rotation de la poutre potence verticale autour de son axe de pivote- ment et, si nécessaire par rotation du bras autour de son axe propre. Dans une première variante, les moyens d'éva- cuation des assemblages selon l'invention comprennent au moins deux rampes distinctes présentant la même in- clinaison sur la verticale dont l'une pénètre par un premier orifice dans le caisson du réacteur et la se- conde par un second orifice dans une enceinte de stockage voisine du caisson du réacteur; ils compren- nent également un sas étanche logé dans l'épaisseur de la dalle caissonnée venant coiffer les deux orifices comportant un dispositif basculeur permettant le trans- fert de l'assemblage combustible issu du coeur par la première rampe à l'enceinte de stockage par l'autre rampe. Dans une seconde variante, les moyens d'éva- cuation des assemblages selon l'invention comprennent au moins une rampe inclinée par rapport à la verticale reliant, par un passage pratiqué dans la dalle, le caisson du réacteur à un couloir-sas logé dans l'épais- seur de la dalle, ce couloir-sas comprenant au moins une machine de transfert montée sur un chariot guidé sur au moins un rail. Dans une troisième variante, le réacteur nu- cléaire selon l'invention comprend un couloir de trans- fert supplémentaire prolongeant la cellule de manuten- tion, parcouru par la poutre potence, elle-même guidée sur au moins un rail, ce couloir de transfert possédant en son extrémité au moins un orifice d'évacuation des assemblages. De nombreuses autres caractéristiques addi- tionnelles du réacteur nucléaire considéré apparai- tront également au travers de la description qui suit, notamment de plusieurs exemples de réalisation du sys- tème de transfert des assemblages, donnés à titre indi- catif et non limitatif, en référence aux dessins an- nexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe verticale du réacteur nucléaire selon l'invention, c'est-à-dire du réacteur possédant une cellule de manutention inté- grée au fQt central de la dalle caissonnée, - la figure 2 est une vue de dessus du réac- teur nucléaire selon l'invention, - la figure 3 est une vue de détail à grande échelle de la figure 2 représentant la position de tra- vail, respectivement la position correspondant à l'ef- facement contre la paroi de la cellule de manutention, des organes de manutention des assemblages selon l'in- vention, - les figures 4a et 4b sont des vues de dé- tail en coupe élévation illustrant les première et deuxième variantes d'évacuation des assemblages com- bustibles vers un poste de transfert selon l'inven- tion; la figure 4a représente l'évacuation des assem- blages par un système de rampe et sas du type Phénix; la figure 4b représente l'évacuation des assemblages par une rampe avec reprise par une autre machine de transfert suspendue à un rail dans un couloir-sas, - les figures 5a et 5b sont des vues partiel- les en coupe verticale, respectivement de dessus, du réacteur nucléaire selon l'invention, illustrant la troisième variante d'évacuation des assemblages vers un poste de transfert secondaire, cette évacuation étant réalisée par la machine de transfert de la cellule elle-même à travers un couloir de transfert la prolon- geant. Conformément à la présente invention et comme l'illustre la figure 1, le réacteur nucléaire comprend une cuve 1 remplie de métal liquide 2 (généralement du sodium liquide) obturée en sa partie supérieure par une dalle caissonnée 3. La dalle caissonnée 3 comporte plu- sieurs ouvertures dont l'une est centrale 4 et les autres 8, 9 sont périphériques et disposées en couronne autour de l'ouverture centrale 4. Les ouvertures péri- phériques 8 et 9 par lesquelles sont respectivement suspendus au moins une pompe 10 et au moins un échan- geur de chaleur 11 sont surmontées de logements 12 et 13 pratiqués dans l'épaisseur de la dalle 3. Ces loge- ments sont conçus de façon à enfermer les têtes des pompes et des échangeurs. L'ouverture centrale 4 sur- plombe le coeur 6 du réacteur formé d'assemblages 7 et est elle-même surmontée d'une cellule de manutention 14 étanche. Selon l'invention, cette dalle caissonnée 3, réalisée en béton armé, ne comporte pas de bouchons tournants, mais seulement un bouchon couvercle-coeur 5 venapt se loger dans l'ouverture centrale 4. La cellule de manutention 14, implantée dans le fût central de la dalle, qui peut être doublé d'une peau métallique 91, est fermée en son sommet par un bouchon amovible 90 qui permet l'accès à un sas 93 permettant les opérations de maintenance du réacteur. A l'intérieur de la cellule 14 on distingue deux niveaux superposés: - un niveau supérieur occupé par les organes de stocka- ge et de manutention du bouchon couvercle-coeur 5, - un niveau inférieur occupé par les organes de manu- tention et éventuellement d'évacuation des assembla- ges 7. La conception de ces niveaux autorise, par effacement des organes de manutention des assemblages, la descente verticale du bouchon couverclecoeur 5 d'une position haute 16 correspondant à son poste de stockage pendant la phase de manutention, jusqu'à une position basse 17 qu'il occupe normalement lors du fonctionnement du réacteur. Parmi les organes de manutention du bouchon- couvercle-coeur 5, on distingue un système de treuils de levage 18a,b, à chaîne ou analogue, fixé en la par- tie supérieure externe de la cellule 14 qui commande le déplacement vertical du bouchon couvercle-coeur 5 dans la cellule 14. Les organes de stockage du bouchon couvercle- coeur comprennent simplement un système de verrouillage assuré par au moins trois butées escamotables 19a, 19b implantées dans la paroi de la cellule 14 au niveau de la position haute 16 du bouchon couvercle-coeur 5. Parmi les organes de manutention des assem- blages 7, on discerne notamment un bras 23, pivotant autour d'un axe 20, et portant en son extrémité infé- rieure un ringard muni lui-même à son extrémité d'un grappin 24 qui appréhende les assemblages 7. Cet axe 20 est monté sur un chariot 25 qui coulisse le long d'une poutre potence verticale 26, laquelle, entraînée par un moteur de commande 27, pivote autour de son axe propre. Cette poutre potence, par ailleurs, avance sur au moins deux rails annulaires 28, 31; le rail 28 est situé sur le plancher de la cellule 14; le rail 31 est symétri- quement disposé au-dessus de lui dans la partie haute de la cellule 14. Sur la figure 2 est représentée une vue de dessus partielle en coupe du réacteur nucléaire selon l'invention. On reconnaît notamment la dalle caissonnée 3 comportant plusieurs logements périphériques disposés en couronne et séparés par des cloisons. Ces logements 12, 13 surplombent des orifices 8,9 par lesquels sont suspendus les pompes 10 et les échangeurs 11. On reconnaît également l'ouverture centrale 4 au-dessus de laquelle est montée intégrée au fût cen- tral de la dalle caissonnée 3, la cellule de manuten- tion 14 dans laquelle on distingue les différents orga- nes de manutention dernièrement décrits, à savoir le bras 23 pivotant autour de l'axe 20 monté lui-même sur un chariot 25 coulissant sur la poutre potence vertica- le 26 pivotant elle-même autour de son axe propre et guidée sur un rail annulaire 28. Sur la figure 3, on observe dans une vue de détail à grande échelle, ces mêmes organes de manuten- tion des assemblages. On distingue notamment l'axe 20, entraîné en rotation par un organe de commande 22, qui porte en son extrémité inférieure un bras 23 lui-même terminé par un grappin 24. L'axe 20 est monté sur un chariot 25 qui coulisse par l'intermédiaire d'une vis 39 entraînée en rotation par un moteur de commande 32 sur la poutre potence verticale 26. Un pivot 27, entraîné en rotation par un mo- teur de commande 27a, supportant l'extrémité inférieure de la poutre potence 26, à laquelle on a lié en rota- tion par des moyens 94 connus le chariot 25, et l'ex- trémité de la vis 39 ainsi que son moteur de commande 32 permet au grappin 24 de se positionner au-dessus de n'importe quel assemblage 7 contenu dans le coeur 6; il permet en outre par sa rotation de dégager totale- ment l'accès au coeur et ainsi de rendre possible la manoeuvre du bouchon couvercle-coeur 5. Ce pivot 27 est monté sur un chariot à roues 29, lesquelles, commandées par un organe moteur 29a, s'inscrivent dans un rail annulaire 28. Ces roues pos- sèdent un renvoi d'angle 30. L'extrémité supérieure de la poutre 26 s'appuie sur un rail annulaire 31. Sur la figure 3, sont représentées deux con- figurations distinctes des organes de manutention des assemblages venant à l'instant d'être décrits. La con- figuration A représente l'une des nombreuses configura- tions de travail des organes: il s'agit de la configu- ration pour laquelle le grappin 24 est au centre du coeur 6 du réacteur. La configuration B, dessinée en pointillés, illustre l'effacement de ces mêmes organes contre la paroi de la cellule 14, lequel effacement rend possible le d6placement vertical du bouchon couvercle-coeur 5 le long de la cellule 14. Le passage de la configuration B à la configuration A s'effectue par rotation de la poutre potence 26 autour de son axe de pivotement et par rotation du bras autour de son axe 20. Les figures 4a, 4b, 5a, 5b décrivent l'éva- cuation des assemblages 7 vers un poste de transfert. Selon une première variante de l'invention et comme l'illustre la figure 4a, les assemblages 7 sont retirés du coeur 6 par le grappin 24 (Fig. 1) et amenés dans -un sas 35 logé dans la dalle caissonnée 3 par l'intermédiaire d'une première rampe 33 inclinée par rapport à la verticale reliant au travers d'un premier orifice 70 pratiqué dans la dalle 3, l'intérieur du réacteur au sas 35. Le sas 35 comprend un système basculeur 36 qui permet de basculer les assemblages 7 et de les ame- ner dans une enceinte voisine de stockage 37 par l'in- termédiaire d'une seconde rampe 38 présentant la même inclinaison que la rampe 33 par rapport à la verticale reliant, au travers d'un deuxième orifice 71 pratiqué dans la dalle 3, le sas 35 à l'enceinte 37. Selon une deuxième variante de l'invention et comme l'illustre la figure 4b, les assemblages combus- tibles 7 sont retirés du coeur 6 par le grappin 24' (Fig. 1) et amenés dans un couloir-sas 39 logé dans la dalle caissonnée 3, par l'intermédiaire d'une rampe 33 inclinée par rapport à la verticale, reliant par un orifice 70 pratiqué dans la dalle l'intérieur du réac- teur au couloir-sas 49. Le couloir-sas 49 comprend une machine de transfert 40 montée sur un chariot 41 guidé sur au moins un rail 42, celui-ci étant fixé au plafond dudit couloir-sas 49. Enfin, selon une troisième variante de l'in- vention et comme l'illustrent les figures 5a et 5b, les assemblages 7 sont retirés du coeur 6 par les organes de manutention de la cellule 14 qui se prolonge par un couloir de transfert supplémentaire 43 comportant à son extrémité au moins un orifice d'évacuation 44 des as- semblages 7. Cette dernière variante réalisant le déchar- gement direct du coeur à travers l'orifice central 4 du bouchon couvercle-coeur 5 présente l'avantage de rédui- re notablement la hauteur du réacteur; il n'est pas nécessaire en effet de prévoir une hauteur au moins égale à la longueur d'un assemblage entre le coeur et la dalle comme dans les variantes précédentes. Elle présente également l'avantage en élimi- nant le système de déchargement rampe et sas de réduire de façon appréciable le diamètre du réacteur. Toutefois, cette variante suppose la manu- tention d'un coeur déchargé en totalité après épuise- il ment du combustible et sans désactivation préalable en sodium. REVENDICATIONS 1. Réacteur nucléaire à neutrons rapides com- prenant une cuve (1) remplie de métal liquide (2), ob- turée en sa partie supérieure par une dalle caissonnée (3) en béton armé présentant une ouverture centrale (4) dans laquelle vient se loger un bouchon couvercle-coeur (5) surplombant le coeur (6) du réacteur comprenant des assemblages (7), et des ouvertures périphériques (8, 9), disposées en couronne autour de l'ouverture centra- le (4), traversées par les pompes (10) et les échan- geurs de chaleur (11), dont les têtes sont contenues dans des logements (12,13) pratiqués dans l'épaisseur de la dalle (3), ce réacteur nucléaire étant caractéri- sé en ce que l'ouverture centrale (4) est elle-même surmontée d'une cellule (14) de manutention étanche comprenant des moyens de manutention et de stockage du bouchon couvercle-coeur (5) et des moyens de manuten- tion des assemblages (7) associés à des moyens d'éva- cuation desdits assemblages (7) vers un poste de trans- fert. 2. Réacteur nucléaire selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que les moyens de stockage et de manutention du bouchon couvercle-coeur (5) sont si- tués dans la partie supérieure de la cellule (14) et au-dessus des moyens de manutention et d'évacuation des assemblages (7), lesquels moyens de manutention et d'évacuation des assemblages peuvent s'effacer pour permettre le déplacement vertical du bouchon couvercle- coeur (5) d'une position haute (16) correspondant à son poste de stockage, à une position basse (17) au niveau de l'ouverture centrale (4) pratiquée dans la dalle (3) à la verticale du coeur (5) du réacteur. 3.Réacteur nucléaire selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que les moyens de manutention du bouchon couvercle-coeur (5) comprennent un système de treuils (18a, 18b) de levage, à chaine ou analogue, situé au-dessus de la cellule (14) et commandant le déplacement vertical du bouchon couvercle-coeur (5) dans la cellule (14). 4. Réacteur nucléaire selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que les moyens de stockage du bouchon couvercle-coeur (5) comprennent un système de verrouillage assuré par au moins deux butées escamota- bles (19a, 19b) implantées dans la paroi de la cellule (].4) en sa partie supérieure au niveau de la position haute (16) du bouchon couvercle-coeur (5). 5. Réacteur nucléaire selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que les moyens de manutention des assemblages (7) du coeur (6) comprennent un bras (23) pivotant autour d'un axe (20), cet axe (20) étant monté sur un chariot (25) coulissant sur une poutre potence verticale (26) elle-même pivotant autour de son axe propre par des moyens de commande (27) et guidée en ses extrémités sur au moins un rail annulaire (28). 6. Réacteur nucléaire selon la reven- dication 5, caractérisé en ce que les moyens de manu- tention des assemblages (7) peuvent s'effacer contre la paroi de la cellule (14) par rotation de la poutre po- tence (26) autour de son axe de pivotement et par rota- tion du bras (23) autour de son axe propre (20). 7. Réacteur nucléaire selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens d'évacua- tion des assemblages (7) comprennent au moins deux ram- pes (33, 38) distinctes présentant la même inclinaison sur la verticale dont l'une pénètre par un premier ori- fice (70) à l'intérieur du réacteur et la seconde par un second orifice (71) dans une enceinte de stockage (37) voisine du réacteur, et un sas (35) étanche logé dans l'épaisseur de la dalle caissonnée (3) venant coiffer les deux orifices (70,71) comportant un dispo- B 8090.3 PM sitif basculeur (36) permettant le transfert d'un as- semblage (7) issu du coeur (6) par la rampe (33) à l'enceinte de stockage (37) par la rampe (38). 8. Réacteur nucléaire selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens d'évacua- tion des assemblages (7) comprennent au moins une rampe (33) inclinée par rapport à la verticale reliant par un passage (70) pratiqué dans la dalle (3), l'intérieur du réacteur à un couloir-sas (49) logé dans l'épaisseur de la dalle caissonnée (3), ce couloir-sas comprenant au moins une machine de transfert (40) montée sur un cha- riot (41) guidé sur au moins un rail (42). 9. Réacteur nucléaire selon la revendica- tion 5, caractérisé en ce qu'il comprend un couloir de transfert supplémentaire (43) prolongeant la cellule (14) de manutention, parcouru par la poutre potence (26) elle-même guidée sur au moins un rail (28), ce couloir de transfert possédant en son extrémité au moins un orifice (44) d'évacuation des assemblages (7). 10. Réacteur nucléaire selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la cellule (14) de manu- tention est obturée par un couvercle amovible (90) si- tué au-dessus du poste de stockage du bouchon couver- cle-coeur (5). B 8090.3 PM