Brevet FR2583205A1 — publié le 19861212

La présente invention concerne les opérations liées au déclassement de réacteurs nucléaires, ou résultant d'un tel déclassement de réacteurs qui sont considérés comme ayant achevé leur durée de service utile et, en particulier, l'in- vention concerne des machines pour effectuer, de manière réglée et sûre, le désassemblage et/ou démontage de la struc- ture du réacteur. Quand un réacteur nucléaire a atteint la fin de sa durée prévue de service; le choix existe, après enlèvement du combustible nucléaire et du fluide de refroidissement de ce réacteur, entre recouvrir la totalité de la stucture par un blindage adéquat, comme un monticule de terre, et prendre des précautions pour que le réacteur ainsi recouvert soit conservé ainsi blindé tout le temps à titre de "mémorial" permanent, et désassembler ou démonter la structure du réac- teur et placer le matériel démonté en de petites quantités dans des installations classiques de stockage sûr et, par suite, faire revenir le site du réacteur à l'état qu'il présentait avant la construction du réacteur. Cette dernière façon d'opérer est à préférer, en particulier en raison des doutes concernant la possibilité de préserver l'intégrité du blindage de la totalité de la structure du réacteur sur la période des milliers d'années nécessaires avant que les quantités biologiquement non sûres de radioactivité aient décru suffisamment. Un réacteur nucléaire classique, à refroidissement par gaz et modération par du graphite comporte, dans un réci- pient capable de supporter la pression, un coeur comprenant le modérateur et les éléments combustibles, ces derniers pouvant être chargés et déchargés par une machine de rechar- gement et, entourant le coeur, des échangeurs de chaleur qui enlèvent la chaleur du fluide réfrigérant chauffé par la circulation à travers le coeur et utilisent la chaleur ainsi enlevée pour engendrer de l'électricité, par exemple en utilisant de la vapeur d'eau et une turbine. Quand un tel réacteur a achevé sa durée de service utile, il peut être décidé que le réacteur soit démonté et le site remis dans son état antérieur. Après décharge normale des éléments combustibles et purge du gaz de refroidissement, il est con- sidéré comme acceptable, d'un point de vue de sécurité, d'utiliser des techniques classiques de désassemblage pour enlever les turbines, les échangeurs de chaleur, la machine de rechargement et, avec un blindage temporaire adéquat, le dôme supérieur du récipient pouvant supporter la pression, de façon à mettre en évidence le coeur. Pour démonter et enlever le récipient pouvant supporter la pression et pour décharger et transférer vers une installation d'évacuation ou de destruction le modérateur en graphite (qui est sous forme de blocs séparés et autres parties internes du réci- pient, il faut une machine qui va effectuer ces opérations de manière sûre et rapide, et la présente invention a notam- ment pour objet de fournir une telle machine. Selon l'invention, celle-ci fournit une machine pour démonter,décharger et transférer vers une installation de stockage, d'évacuation et/ou de desctruction une structure de réacteur nucléaire et/ou des composants qui ont été irra- diés pendant le fonctionnement du réacteur, ladite machine comprenant un bouclier rotatif de protection contre le rayon- nement, bouclier installé au-dessus du récipient pouvant résister à la pression, dans ou sur une partie rigide du réacteur qui n'a pas encore été désassemblée, ledit bouclier comportant une ouverture décalée et au moins un tronçon mobile pour faire varier la dimension de l'ouverture, un dispositif d'entraînement pour effectuer la rotation du bou- clier, une structure montée sur le bouclier rotatif pour supporter un mât, de façon générale vertical, qui peut traverser le bouclier et s'étendre dans le-récipient capable de supporter la pression, ce mât étant rétractable au point de pouvoir venir entièrement au-dessus du bouclier, et un manipulateur portant des outils, monté sur le mât pour pou- voir être en extension ou être contracté latéralement par rapport à ce mât, l'étendue latérale du manipulateur, une fois contractée, étant telle qu'il puisse être retiré vers le haut à travers ladite ouverture ménagée dans le bouclier quand la dimension de cette ouverture est rendue maximale par un positionnement convenable du ou des tronçons mobiles du bouclier. La machine comprend de préférence en outre une poutre, de manière générale horizontale, montée au-dessous dudit bouclier pour pouvoir effectuer un mouvement angulaire autour d'un axe de façon générale vertical (qui peut coincider avec l'axe de rotation du bouclier), indépendamment du bou- clier, la poutre servant de piste pour monter un dispositif du type treuil destiné à servir à soulever la structure et/ou des composants du réacteur désassemblé, la poutre pouvant être déplacée pour parvenir à au moins une position angulaire dans laquelle elle est alignée sur une ou des poutres fixes formant continuation(s) de ladite piste, de sorte que le treuil peut être transféré vers un ou des postes de décharge, pour en décharger la charge. Des dispositifs peuvent être prévus pour commander le dispositif d'entraînement associé au bouclier et à la poutre mobile de façon qu'aucun de ces éléments ne puisse gêner ou heurter l'autre à un moment quelconque. Une particularité de l'invention est que le mât peut être fixé en étant décalé par rapport au bouclier et que l'on peut obtenir, au moyen du manipulateur extensible, tout simplement en faisant tourner le bouclier pour mettre le mât en une position dans laquelle le manipulateur peut être étendu pour atteindre n'importe quel point voulu, un accès vers tous les points situés à l'intérieur du récipient pouvant supporter la pression. Cela évite la nécessité de la complication d'un montage destiné à permettre au mât d'exé- cuter un déplacement transversal. En outre, puisque le bou- clier supporte le mât et est lui-même monté sur la structure du réacteur, on peut facilement démonter du bouclier le mât et sa structure de support et de guidage, et l'on peut laisser cette dernière en place, à titre de bouclier permanent, si on le désire. Une forme de réalisation de l'invention sera main- tenant décrite à titre d'exemple, illustratif et non limita- titif, en référence aux dessins d'accompagnement sur lesquels la figure 1 est une coupe verticale le long de l'axe de rotation d'un bouclier faisant partie d'une machine de démontage selon l'invention, les moteurs d'entrainement du bouclier et de la poutre de support de treuil étant montrés décalés de 90 de leur position réelle afin de faciliter la compréhension de leur fonctionnement; la figure 2 est une coupe dans la direction A-A de la figure 1; la figure 3 est une vue en plan; la figure 4 est une vue semblable à la figure 1, mais qui montre des détails supplémentaires; la figure 5 est une vue en bout dans la direction de la flèche 5 de la figure 4; la figure 6 est une vue en plan dans la direction de la flèche 6 de la figure 5; la figure 7 est une coupe schématique en élévation d'un réacteur nucléaire à refroidissement par gaz, destiné à être démonté par la machine des figures 1 à 3; et la figure 8 est une vue en plan du réacteur. En se référant tout d'abord aux figures 7 et 8, on voit qu'elles montrent sous forme schématique le réacteur nucléaire refroidi par gaz, modéré par graphite, connu sous le nom de "Windscale Advanced Gas-Cooled Reactor" (WAGR; réacteur perfectionné de Windscale à refroidissement par gaz), qui a maintenant achevé sa vie utile et doit être démonté. Le coeur du réacteur (non représenté), qui comprend le modérateur au graphite et les canaux d'éléments combus- tibles et d'autres parties internes comme le support du coeur (non représenté), la boîte chaude 1 et les tuyaux verticaux 2 pour recharge en combustible, sont contenus dans un réci- pient 3 pouvant supporter la pression, les figures montrant que le dôme supérieur et les parties supérieures des tubes verticaux 2 ont été enlevés. Le volume que le dôme supérieur avait occupé est destiné à servir à loger une machine pour démonter, décharger et transférer, telle que l'une des machi- nes que l'on va décrire dans la suite du présent exposé. Le réacteur comporte également quatre enceintes 4 logeant des échangeurs de chaleur, d'o des échangeurs de chaleur ont été démontés et enlevés par des moyens classi- ques avec les précautions voulues de blindage, puisque le niveau de radioactivité de ces structures est tel qu'il per- met de telles opérations. L'une des enceintes 4 sert (une fois vidée) d'entrepôt 5 temporaire pour du matériel démonté, dans lequel on effectue le classement et la désignation en vue de l'emballage dans un bâtiment 6 qui communique avec l'enceinte 5, le matériel de petites dimensions dont on peut se débarrasser en vrac étant jeté dans un conteneur 7 de déchets disposé au-dessous de l'entrepôt 5 temporaire. L'enveloppe externe 8 du réacteur est conservée et sert à maintenir l'intégrité générale du réacteur pendant les opéra- tions de désassemblage, de démontage et les opérations appa- rentées. Le bâtiment 6 d'emballage est à l'extérieur de l'en- veloppe 8 et communique avec elle par un sas à air (non repré- senté). Le niveau du plancher de recharge en combustible est désigné par 9 sur la figure 1, et il est équipé de rails 10 destinés à permettre le roulement de la machine (déjà enlevée au stade de la description actuelle) de recharge en combustible du réacteur. Les figures 1 à 3 montrent le réacteur dans lequel une machine 11 de démontage est en place. La machine 11 com- prend un bouclier 12 de protection contre le rayonnement, qui est monté de façon à pouvoir tourner dans le plancher 9 à l'aide d'une structure annulaire fixe 13 de support du bouclier (qui peut être segmentée pour la commodité de la manutention), et d'un agencement annulaire 14 de support. Le bouclier tournant 12 est agencé de manière que son axe de rotation soit de façon générale vertical et essentielle- ment coaxial avec l'axe du récipient 3 pouvant supporter une pression. Un moteur 15 d'entraînement sert à réaliser la rotation du bouclier 12 à l'aide d'un entraînement 16 à crémaillère et pignon, la crémaillère étant incurvée et s'étendant la totalité du périmètre du bouclier 12. Le bou- clier 12 comporte une ouverture 17 disposée excentriquement et un certain nombre de tronçons coulissants 18, 19, 20 de bouclier, montés sur des roues 21 et des rails 22 prévus pour un mouve- ment de coulissement entre les positions en trait plein et les positions en traits mixtes représentées sur la figure 3. Dans cette dernière position, les tronçons de bouclier dégagent l'ouverture 17 alors que, dans la première position, ils limitent l'ouverture à une aire de surface transversale correspondant à celle d'un mât vertical 23 en ménageant des intervalles 24 permettant le passage d'une série de câbles. Une poutre tournante 25 est montée au-dessous du bouclier 12 et elle est supportée de manière à pouvoir tour- ner autour d'un axe vertical (qui peut coïncider avec l'axe de rotation du bouclier 12) par l'intermédiaire d'une char- pente comprenant une poutrelle annulaire 26 et des montants 27 montés à leur tour, par l'intermédiaire d'un agencement annulaire 28 de support, sur un support annulaire 29 installé dans le bouclier biologique 30. La rotation de la poutre tournante 25 est effectuée à l'aide d'un moteur 31 d'entrai- nement par l'intermédiaire d'une transmission verticale 32 s'étendant à travers le bouclier 13 fixe et d'un engrenage 33 à crémaillère et pignon, la crémaillère s'étendant sur la totalité de la circonférence de la poutrelle annulaire 26. Comme on le voit sur la figure 1, la poutre tournante peut être tournée pour parvenir à une position dans laquelle elle est alignée sur une ou plusieurs poutres fixes 34, 35 qui peuvent s'étendre jusqu'à des enceintes 4 respectives d'échangeurs de chaleur jouant le rôle d'entrepôts pour le matériel désassemblé. Un treuil 36 motorisé, destiné à soule- ver le matériel et les composants désassemblés, est suspendu aux rebords inférieurs de la poutre tournante 25 de manière à exécuter un mouvement le long de la poutre 25, et ce treuil peut être transféré de la poutre 25 à une poutre 34, 35 choi- sie (lors de l'alignement) pour transporter le matériel désas- semblé vers l'entrepôt voulu. Des câbles 37 pour le fonc- tionnement du treuil (par exemple des câbles d'alimentation en énergie et de transmission des signaux de commande) passent d'une bobine 38 d'alimentation en câble, disposée sur le bouclier tournant 12 en empruntant un trou débouchant 39 équipé d'un coussinet, un agencement 40 de poulie à dispo- sition centrale et un guide 41. Le mât 23 est constitué de tronçons boulonnés ou fixés autrement ensemble bout'à bout et il constitue un guide pour la plate-forme 43 d'un manipulateur 42 que l'on peut déplacer le long du mat depuis une position inférieure (voir la figure 1) et une position supérieure (voir les figures 1 et 4) à l'aide de treuils 44 montés sur une plate-forme 45 fixée sur des piliers 46 au-dessus de l'ouverture 17. La plate-forme sert aussi au montage d'un certain nombre de tambours 47 d'enroulement pour dévider et reprendre divers câbles 48 de service pour le fonctionnement du manipulateur 42 et des outils portés par celui-ci. Des guides, comme des groupes de galets 49, servent à positionner et guider le mat 23 pendant qu'il est abaissé tronçon par tronçon à l'aide d'une grue disposée en tête (non représentée). Le manipulateur comprend un bras ayant de multiples degrés de liberté et, comme représenté sur la figure 4, il peut être plié en une structure compacte pour permettre de le retirer à travers l'ouverture 17 quand les tronçons 18, 19 et 20 du bouclier sont retirés. Quand il n'est pas en service, le manipulateur est soulevé jusqu'à la position représentée aux figures 1 à 4 afin de réduire à son minimum sa contamination. Il est également soulevé en cette position, puis subit une extension complète comme représenté en traits mixtes sur la figure 1, quand des changements d'outils sont nécessaires. La zone située sous la plate-forme 45, et la zone dans laquelle le manipulateur fait saillie pour des changements d'outils, sont entourées au sein d'enceintes , 51 démontables comportant des portes 52, 53 d'accès. Une enceinte 54, logeant une boîte à gant et présentant une partie 55 d'accès, est prévue au-dessus de la plate-forme 45. Comme précédemment mentionné, le mât 23 comprend un certain nombre de tronçons (voir 56, 57 sur la figure 4). Le mât est construit un tronçon à la fois par abaissement de chaque tronçon, en utilisant la grue de tête, jusqu'à ce qu'une ouverture ménagée dans ce tronçon s'aligne avec une unité 58 d'introduction d'une cheville de blocage, la cheville 59 étant alors insérée pour retenir le tronçon cependant que le tronçon suivant est assemblé au-dessus de lui; la cheville 59 est enlevée, l'assemblage est abaissé, le tronçon suivant est retenu par cheville et ainsi de suite. En pratique, le mât 23 sera construit par étages sur une période de temps de sorte que, & mesure que le mât descend, la structure et les parties internes du réacteur puissent être démontées à l'aide du manipulateur 42 et du treuil 36. Le mât sera ensuite soulevé, ce qui implique d'enlever les tronçons un par un. Après démontage du mât 23, l'ouverture 17 peut être entièrement bouchée et le bouclier 12 peut être laissé en place. Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'inven- tion, de nombreuses modifications peuvent être apportées à la machine décrite et représentée pour démonter, décharger et transférer une structure et/ou des composants d'un réac- teur nucléaire, qui ont été irradiés pendant le fonctionne- ment de ce réacteur. REVENDICATIONS 1. Machine pour démonter, décharger et transférer, vers une installation de stockage ou d'évacuation et, le cas échéant de destruction, une structure de réacteur nuclé- aire et, le cas échéant, de composants d'un tel réacteur qui ont été irradiés pendant le fonctionnement du réacteur, machine caractérisée en ce qu'elle comprend un bouclier rota- tif (12) de protection contre le rayonnement, bouclier ins- tallé au-dessus du récipient (3) pouvant résister à la pres- sion, dans ou sur une partie rigide du réacteur qui n'a pas encore été demontée, ledit bouclier (12) comportant une ouver- ture (17) excentrée et au moins un tronçon (18, 19, 20) mobile pour faire varier la dimension de l'ouverture (17), des organes d'entraînement (15, 16) pour effectuer la rotation du bouclier (12), une structure (44, 45, 46) montée sur le bouclier rotatif (12) pour supporter un mat (23) de façon générale vertical, qui peut passer a travers le bouclier (12) et s'étendre dans le récipient (3) pouvant supporter la pression, ledit mât (23) étant rétractable de manière à être entièrement amené au-dessus du bouclier (12), et un manipulateur (42) portant des outils, monté sur le mat (23) pour être mis en extension et être contracté latéralement par rapport au mat, l'envergure latérale du manipulateur (42), quand il est contracté, étant telle qu'il peut être retiré vers le haut a travers ladite ouverture (17) ménagée dans le bouclier (12) quand la dimension de cette ouverture (17) est rendue maximale par un positionnement convenable du ou des tronçons (18, 19, 20) mobiles du bouclier. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend une poutre (25) de façon générale horizontale, montée au-dessous dudit bouclier (12) pour pou- voir exécuter un mouvement angulaire autour d'un axe, de façon générale vertical, indépendamment du bouclier (12), la poutre (25) servant de piste pour monter des organes de type treuil (36, 44) destinés a soulever la structure désassemblée du réacteur ou de ses composants ou, le cas échéant, cette structure et ses composants, la poutre pouvant être déplacée pour parvenir en au moins une position angulaire dans laquelle elle est alignée sur une ou des poutres fixes (34, 35) formant le ou les prolongements de ladite piste, ce qui permet de transférer le treuil vers un ou des postes de stockage en vue d'une évacuation, afin de décharger le treuil de sa charge. 3. Machine selon la revendication 1 ou 2, caracté- risée en ce qu'elle comprend des organes destines a commander les organes d'entraînement (15, 16; 21, 22; 31, 32, 33) associés au bouclier (12) et à la poutre (25) mobile de façon qu'aucun de ces éléments ou organes ne puisse gêner ou heurter un autre à n'importe quel moment.