Brevet FR2561028A1 — publié le 19850913

Réacteur nucléaire à neutrons rapides à cuve posée La présente invention se rapporte à un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi par un métal liquide. De façon plus précise, l'invention concerne un réacteur à neutrons rapides du type comprenant une cuve remplie de métal liquide et contenant le coeur du réacteur, une dalle de fermeture obturant la cuve, cette dernière étant disposée dans un puits de cuve, de telle sorte que le fond de la cuve soit posé sur le fond du puits de cuve. Les réacteurs à neutrons rapides de ce type présentent certains inconvénients tels que ceux énu- mérés ci-après. Tout d'abord, le fond de la cuve est à la température dite "tiède" du sodium relativement froid qui doit être réinjecté dans le coeur du réacteur par les pompes du circuit primaire. Au contraire, le fond du puits de cuve est à une température dite "froide" voisine de l'ambiante. Il en résulte qu'il se produit entre le fond de la cuve et le fond du puits de cuve des dilatations différentielles qui nécessitent de faire reposer la cuve sur le fond du puits de cuve par l'in- termédiaire de supports autorisant des mouvements ra- diaux de dilatations différentielles. Par ailleurs, le fond de la cuve assure le transfert vers le fond du puits de cuve de la masse de la cuve elle-même, augmentée des masses du sodium li- quide et des différents composants logés à l'intérieur de la cuve. Parmi ces composants se trouve notamment le coeur du réacteur. Dans les réacteurs connus de ce type, étant donné que le fond de la cuve est en appui sur le fond du puits de cuve par l'intermédiaire de supports définis- sant des contacts quasi ponctuels, la bonne tenue méca- nique de la cuve impose de faire reposer le coeur du réacteur sur le fond de la cuve par l'intermédiaire d'une structure de supportage généralement appelée pla- telage. Les hauteurs de la cuve du réacteur et, par conséquent, du puits de cuve, se trouvent ainsi accrues d'une valeur correspondant à la hauteur du platelage qui ne participe en rien au fonctionnement du réacteur. Le coût du réacteur est donc pénalisé de façon très sensible par cette conception. La présente invention a précisément pour ob- jet un réacteur nucléaire à neutrons rapides et à cuve posée dans lequel le fond de la cuve est renforcé de façon à permettre un appui direct du sommier d'alimen- tation du coeur sur le fond de la cuve. Une réduction sensible de la hauteur du bloc réacteur et, par consé- quent, du coût du réacteur est ainsi rendue possible. A cet effet, il est proposé conformément à l'invention un réacteur nucléaire à neutrons rapides comprenant une cuve remplie de métal liquide et conte- nant le coeur du réacteur, une dalle de fermeture obtu- rant la cuve et un puits de cuve dans lequel est dispo- sée ladite cuve, le fond de la cuve reposant sur le fond du puits de cuve, caractérisé en ce que des pou- dres radiales sont soudées au fond de la cuve à l'inté- rieur de celle-ci, et reliées entre elles par des rai- disseurs circonférentiels, de façon à former une struc- ture de raidissement, dénommée sole, intégrée au fond de la cuve, ce dernier reposant sur le fond du puits de cuve par l'intermédiaire de dispositifs d'appui placés à la verticale des intersections des poutres et des raidisseurs. Le coeur du réacteur reposant de façon connue sur un sommier d'alimentation assurant également son supportage, la structure du fond de cuve selon l'inven- tion permet d'utiliser un sommier non autoporteur s'ap- puyant sur ladite sole par l'intermédiaire de patins. Généralement, la cuve d'un réacteur à neu- trons rapides comprend un certain nombre de composants du circuit primaire tels que des pompes et des échan- geurs. Conformément à un autre aspect de l'invention, ces composants sont en appui sur ladite sole, à la ver- ticale des intersections des poutres et des raidis- seurs. De préférence, les dispositifs d'appui par lesquels la cuve repose sur le fond du puits de cuve comprennent un dispositif central rigide, disposé selon l'axe vertical de la cuve et des dispositifs d'appui périphériques comportant des moyens pour permettre un déplacement radial relatif entre le fond de la cuve et le fond du puits de cuve et des moyens pour interdire un déplacement circonférentiel relatif entre ces fonds. Selon un mode de réalisation préféré de i'in- vention, les dispositifs d'appui périphériques com- prennent alors chacun au moins un rouleau placé entre des cages de roulements solidaires respectivement du fond de la cuve et du fond du puits de cuve et dont les flancs interdisent un déplacement circonférentiel re- latif entre ces fonds. Afin d'éviter que le fond de la cuve ne su- bisse des contraintes thermiques trop importantes, no- tamment en raison des jets de fuite qui sont créés ha- bituellement au niveau du pied des assemblages consti- tuant le coeur du réacteur et en raison d'une circula- tion éventuelle de sodium liquide dans la zone annulai- re de la cuve, des tôles de protection thermique se recouvrant partiellement à la façon de tuiles sont dis- posées de préférence sur les poutres de la sole. On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation préféré de l'inven- tion en se référant aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe verticale représentant de façon schématique un réacteur nucléaire à neutrons rapides réalisé conformément aux enseigne- ments de la présente invention, - la figure 2 est une vue en coupe verticale du réacteur de la figure 1 représentant à plus grande échelle le supportage du fond de la cuve sur le fond du puits de cuve conformément à l'invention, et - la figure 3 est une vue en coupe horizonta- le selon la ligne III-III de la figure 2 montrant en vue de dessus la sole renforçant le fond de la cuve conformément à l'invention. Le réacteur nucléaire à neutrons rapides selon l'invention représenté sur la figure -1 comprend de façon connue une enceinte de béton 10 définissant un puits de cuve 12 dans lequel est posée la cuve princi- pale 14 du réacteur. La cuve 14 est une cuve cylindri- que d'axe vertical. Elle est obturée à son extrémité supérieure par une dalle de fermeture 16 en béton. La cuve 14 renferme un métal liquide 18 généralement cons- titué par du sodium. La cuve 14 contient de plus le coeur 20 du réacteur, disposé sensiblement selon l'axe vertical de la cuve, et un certain nombre de composants parmi les- quels les plus importants sont les échangeurs de cha- leur 22 et les pompes primaires 24, qui sont régulière- ment répartis dans la zone périphérique de la cuve 14 entourant le coeur 20. Une cuve interne 25 sépare l'in- térieur de la cuve 14 en un collecteur chaud 26 situé principalement audessus du coeur 20 et un collecteur froid 28 situé dans la partie inférieure de la cuve 14. Comme on l'a représenté par des flèches sur la figure 1, le cheminement du métal liquide à l'inté- rieur de la cuve 14 s'effectue de la façon suivante. Le sodium chaud sortant du coeur 20 à la par- tie supérieure de celui-ci est admis dans le collecteur chaud 26. Il pénètre alors par des orifices d'entrée 22a dans les échangeurs 22. A ce stade, la chaleur vé- hiculée par le métal liquide primaire est transférée au fluide secondaire circulant dans chacune des boucles du circuit secondaire (non représenté). Le fluide secon- daire est généralement constitué par un métal liquide tel que du sodium. Le métal liquide primaire ainsi refroidi sort des échangeurs 22 par des orifices de sortie 22b débou- chant dans le collecteur froid 28. Il est alors repris par les orifices d'aspiration 24a des pompes 24. Celles-ci refoulent le métal liquide par des conduites 30 dans un sommier 32 assurant simultanément l'alimen- tation en métal liquide et le supportage du coeur 20 du réacteur. Pour plus de détails concernant les caracté- ristiques générales du réacteur qui vient d'être décrit en se référant à la figure 1, on se reportera aux dif- férentes publications qui ont été faites à propos des réacteurs français PHENIX et SUPER-PHENIX dont le prin- cipe est voisin de celui du réacteur de la figure 1. Le réacteur représenté sur la figure 1 se distingue toutefois des réacteurs PHENIX et SUPER-PHENIX par le fait que la cuve 14 est posée sur le fond du puits de cuve 12. De façon plus précise, on voit sur la figure 1 que le fond horizontal plat 14a de la cuve 14 repose sur le fond horizontal plat 12a du puits de cuve 12 par l'intermédiaire d'un certain nom- bre de dispositifs d'appui 34. Comme l'illustre plus précisément la figure 2, les dispositifs d'appui 34 comprennent un dispositif d'appui central fixe et rigide 36 disposé selon l'axe vertical de la cuve 14 et un certain nombre de disposi- tifs d'appui périphériques 38 dont la disposition sera précisée ultérieurement. Dans le mode de realisation représenté, les dispositifs d'appui périphériques 38 comprennent chacun deux rouleaux 40 dont les axes sont orthogonaux à l'axe vertical de la cuve 14. Ces rou- leaux 40 sont placés entre des cages 42 et 44 solidai- res respectivement du fond 14a de la cuve et du fond 12a du puits de cuve. Les flancs des cages 42 et 44 interdisent un déplacement circonférentiel relatif du fond de cuve 14a par rapport au fond du puits de cuve. Une bonne tenue aux séismes est ainsi obtenue dans une direction horizontale. Bien entendu, les appuis périphériques 38 pourraient être modifiés sans sortir du cadre de l'in- vention. En particulier, les appuis à rouleaux pour- raient être remplacés par des appuis à billes ou par des appuis glissants. Quelle que soit la solution choi- sie, il est important que les dispositifs d'appui uti- lisés puissent absorber les dilatations différentiel- les entre le fond de la cuve et le fond du puits de cuve. Conformément à l'invention, le fond horizon- tal plat 14a de la cuve 14 est renforcé sur sa face supérieure, c'est-àdire à l'intérieur de la cuve, par une sole 46 intégrée au fond de la cuve. Comme l'illustre la figure 3, la sole 46 est constituée d'un certain nombre de poutres radiales 48 soudées au fond 14a de la cuve. Ces poutres 48 s'éten- dent depuis la zone centrale de la cuve jusqu'à proxi- mité de sa périphérie. Dans l'exemple représenté sur la figure 3, ces poutres radiales sont au nombre de seize. La sole 46 comprend de plus un certain nombre de raidisseurs circonférentiels 50 reliant les poutres 48 au niveau de différents diamètres de la cuve. Les raidisseurs 50 sont soudés sur les poutres radiales 48. De plus, comme ces dernières, elles sont de préférence soudées au fond 14a de la cuve. Pour une raison qui apparaîtra par la suite, les raidisseurs circonférentiels 50 disposés dans la zone annulaire entourant le coeur 20 du réacteur sont de largeur relativement réduite par rapport aux poutres radiales 48. Les raidisseurs de ce type sont au nombre de deux sur la figure 3 et ils ont été désignés par la référence 50a. Au contraire, les raidisseurs circonféren- tiels qui sont situés sous le coeur 20 du réacteur pré- sentent une largeur sensiblement égale à celle des pou- tres 48. Ils ont été désignés par la référence 50b sur la figure 3. Ils sont également au nombre de deux sur cette figure. Pour des raisons d'encombrement évidentes, on voit également sur la figure 3 que seule une sur deux des poutres radiales 48 va jusqu'au centre de la cuve 14. Les autres poutres 48 s'étendent radialement vers l'extérieur à partir du raidisseur circonférentiel b le plus proche du centre de la cuve. Grâce à l'intégration de la sole 46 au fond 14a de la cuve du réacteur, le fond de la cuve se trouve renforcé. Afin de bénéficier au maximum de ce renforce- ment, on voit sur la figure 3 que les dispositifs d'appui périphériques 38 qui sont au nombre de 40 dans le mode de réalisation représenté, sont tous placés à la verticale de certaines des intersections des poutres 48 et des raidisseurs 50. Cette caractéristique consti- tue également un aspect important de l'invention. Grâce au renforcement ainsi réalisé du fond de la cuve du réacteur et grâce au choix judicieux des emplacements pour les dispositifs d'appui 38, la pré- sente invention permet, comme l'illustrent les figures 1 et 2, de faire reposer directement le sommier 32 d'alimentation du coeur 20 sur la sole 46 intégrée au fond de la cuve. Le sommier 32 est donc non autopor- teur. Son supportage par la sole 46 est réalisé à l'aide de cales ou supports rigides glissants désignés par la référence 52 sur la figure 2. Comme l'illustre la figure 3, ces supports 52 prennent appui à la fois sur les poutres radiales 48 et sur les raidisseurs 50b, ce qui justifie la plus grande largeur conférée à ces derniers. Les supports 52 sont très nombreux (environ 120 dans l'exemple représenté). On conçoit aisément que les poids du coeur et du som- mier sont ainsi transférés par la sole 46 aux supports 38 par lesquels la cuve repose sur le fond du puits de cuve, sans dommage pour le fond de la cuve. De plus, le sommier 32 est centré sur la sole 46 par un clavetage central (non représenté). Grâce à cette disposition, le platelage, par l'intermédiaire duquel le sommier prend appui sur le fond de la cuve selon la technique antérieure, est sup- primé. La suppression du platelage permet une réduction de plusieurs mètres de la hauteur de la cuve 14 et de l'enceinte de béton 10. Il en résulte une réduction sensible du coût du réacteur. Comme l'illustrent les figures 1 et 2, le renforcement du fond 14a de la cuve du réacteur au moyen de la sole 46 permet de réaliser un appui direct des composants primaires tels que les pompes 24 et les échangeurs 22 sur le fond de la cuve par l'intermédiai- re de cette sole. De façon plus précise, et comme l'illustre la figure 2, les axes verticaux des composants passent par des intersections des poutres radiales 48 et du raidis- seur 50a de plus grand diamètre. Ces axes verticaux passent également par certains des dispositifs d'appui périphériques 38. Ainsi, les charges des composants 25610-28 primaires sont transmises directement par l'intermé- diaire de la sole 46, du fond 14a de la cuve et des dispositifs d'appui périphériques 38 vers le fond 12a du puits de cuve. Afin d'autoriser le démontage pour inspec- tion ou réparation de certains des composants primaires tels que les échangeurs 22, l'appui de ceux-ci sur la sole 46 est réalisé de façon démontable. A cet effet, comme l'illustre la figure 2, la face supérieure de la sole 46 porte des pièces d'appui coniques soudées 58. L'extrémité inférieure également conique des échan- geurs 22 se centre ainsi automatiquement par rapport à la pièce 58 correspondante lorsqu'un échangeur est mis en place. Bien entendu, une structure comparable pour- rait être réalisée au niveau de l'appui des pompes 24 sur la sole 46 et au niveau de l'appui d'autres compo- sants tels que des échangeurs de refroidissement du réacteur à l'arrêt (non représentés). Etant donné que la cuve 14 est posée sur le fond du puits de cuve 12, alors que la dalle de ferme- ture 16 repose par sa périphérie sur la partie haute du puits de cuve, il est nécessaire de tenir compte des dilatations thermiques de la cuve. A cet effet, on peut prévoir comme l'illustre la figure 1 de placer entre le bord supérieur de la cuve 14 et la dalle un soufflet de dilatation 60. De même, si les composants tels que les pom- pes et les échangeurs reposent sur le fond de la cuve, des soufflets de dilatation (non représentés) ou tout dispositif analogue peuvent être prévus entre ces com- posants et la dalle. Dans ce cas, la dalle 16 peut être allégée par rapport aux réacteurs dans lesquels celle- ci supporte les composants. Comme on l'a déjà mentionné, l'intégration au fond 14a de la cuve du réacteur d'une sole 46 permet de renforcer ce fond et autorise ainsi un appui direct du coeur et du sommier et, le cas échéant, des composants primaires. De plus, la disposition de la sole 46 à l'intérieur de la cuve 14 permet de diminuer considéra- blement les problèmes de dilatation différentielle entre les poutres et les raidisseurs constituant la sole et le fond de la cuve. En effet, la sole 46, comme le fond de la cuve, sont baignés simultanément par le métal liquide relativement froid qui les entoure, ce qui ne serait évidemment pas le cas si la sole était placée à l'extérieur de la cuve. Malgré le caractère relativement homogène des températures de la sole et du fond de la cuve, il peut être nécessaire de protéger le fond de cuve des jets de fuite qui se produisent au niveau des pieds des assemblages constituant le coeur 20 du réacteur et des circulations éventuelles de métal liquide dans le col- lecteur froid 28. A cet effet, dans un mode de réalisation non représenté, des tôles de protection thermique multiples sont disposées à la façon de tuiles sur les poutres 48 de la sole. Par ailleurs, les poutres 48 et les raidis- seurs 50 constituant la sole 46 définissent au fond de la cuve 14 des alvéoles pouvant servir de réceptacle en cas de fusion accidentelle partielle du coeur 20. A cet effet, des tôles calorifuges peuvent également être associées aux poutres et aux raidisseurs en-dessous du coeur du réacteur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre d'exemple mais en couvre toutes les variantes. Ainsi, le réacteur décrit est un réacteur de type intégré dans lequel l'ensemble des composants du 5610 2 8 Ii circuit primaire comprenant notamment les pompes 24 et les échangeurs 22 est placé à l'intérieur de la cuve 14 du réacteur. Toutefois, l'invention s'applique égale- ment aux réacteurs nucléaires à neutrons rapides à bou- cles, dans lesquels les échangeurs de chaleur et, éven- tuellement, les pompes sont placés en dehors de la cuve du réacteur. Dans ce cas, il va de soi que la sole intégrée au fond de cuve assure seulement le supportage éventuel des composants placés à l'intérieur de la cuve. Par ailleurs, l'invention s'applique à tous les réacteurs à neutrons rapides, quelle que soit la forme adoptée pour la cuve interne 25. Ainsi, cette cuve peut présenter la forme d'un redan traversé par les pompes et les échangeurs, ou encore présenter une forme cylindrique, les échangeurs étant alors reliés au collecteur chaud par des conduites appropriées. La cuve interne peut également présenter une forme approximati- vement torique et prendre appui directement sur la sole 46. En outre, dans le cas d'un réacteur à boucles dans lequel les pompes et les échangeurs sont placés en dehors de la cuve du réacteur, la cuve interne peut même être supprimée. Enfin, bien que la structure renforcée du fond de la cuve selon l'invention soit particulièrement avantageuse pour réaliser un appui direct des compo- sants internes à la cuve et surtout du coeur et du sommier sur le fond de la cuve, d'autres solutions peu- vent également être envisagées. Ainsi, le supportage des composants internes peut être réalisé de façon con- nue par la dalle 16 obturant la cuve à son extrémité supérieure. De même, dans certains cas particuliers, on peut envisager de réaliser un platelage entre le som- mier et le fond de la cuve de la même manière que dans les réacteurs connus de ce type. REVENDICATIONS 1. Réacteur nucléaire à neutrons rapides com- prenant une cuve (14) remplie de métal liquide (18) et contenant le coeur (20) du réacteur, une dalle de fer- meture (16) obturant la cuve et un puits de cuve (12) dans lequel est disposée ladite cuve, le fond (14a) de la cuve reposant sur le fond (12a) du puits de cuve, caractérisé en ce que des poutres radiales (48) sont soudées au fond de la cuve à l'intérieur de celle-ci, et reliées entre elles par des raidisseurs circonféren- tiels (50), de façon à former une sole (46) intégrée au fond de la cuve, le fond (14a) de la cuve reposant sur le fond (12a) du puits de cuve par l'intermédiaire de dispositifs d'appui (34) placés à la verticale des in- tersections des poutres et des raidisseurs. 2. Réacteur nucléaire selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le coeur (20) du réacteur repose sur un sommier d'alimentation (32) non autopor- teur, ce dernier s'appuyant sur ladite sole (46) par l'intermédiaire de patins (52). 3. Réacteur nucléaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend de plus, à l'intérieur de ladite cuve (14), des composants tels que des pompes (24) et des échan- geurs (22) qui sont en appui sur ladite sole (46), à la verticale des intersections des poutres (48) et des raidisseurs (50). 4. Réacteur nucléaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les dispositifs d'appui (34) comprennent un dispositif d'appui central rigide (36), disposé selon l'axe verti- cal de la cuve, et des dispositifs d'appui périphéri- ques (38) comportant des moyens (40) pour permettre un déplacement radial relatif entre le fond de la cuve et le fond du puits de cuve et des moyens (42, 44) poui interdire un déplacement circonférentiel relatif entre ces fonds. 5. Réacteur nucléaire selon la revendica- tion 4, caractérisé en ce que les dispositifs d'appui périphériques (38) comprennent chacun au moins un rou- leau (40) placé entre des cages de roulements (42, 44) solidaires respectivement du fond (14a) de la cuve et du fond (12a) de puits de cuve et dont les flancs in- terdisent un déplacement circonférentiel relatif entre ces fonds. 6. Réacteur nucléaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fonds (14a, 12a) de la cuve et du puits de cuve sont plats.