Brevet FR2585585A1 — publié le 19870206

- 1.- L'invention concerne un procédé de séparation de constituants radio-actifs à partir de gaz et/ ou de va- peurs d'un réacteur nucléaire qui, en cas d'incident, doivent être évacués dans l'atmosphère, dans lequel les gaz ou les vapeurs traversent, avant leur évacuation, un cyclone de séchage. Elle concerne également un dis- positif pour l'application du procédé. Dans un procédé de ce type décrit par le brevet DE- C 29 31 140, un appareil à liquide formant soupape de surpression pour les vapeurs et/ ou les gaz radio- actifs est intercalé entre, d'une part, le réservoir sous pression du réacteur et/ou le réservoir de protection du réacteur (containment) et, d'autre part, un disposi- tif de décharge de la pression comportant un cyclone de lavage et un cyclone de séchage. Le dispositif de déchar- ge de la pression ne doit normalement intervenir qu'en cas d'incident, par exemple si, dans le réservoir de protection du réacteur, par suite de fuites dans le cir- cuit de refroidissement, il s'échappe une assez grande quantité de milieu réfrigérant pollué par des substan- ces radio-actives. Par contre, pendant le fonctionnement normal de la centrale nucléaire,une légère dépression est maintenue dans le réservoir de protection, de pré- ftrence pour empêcher toute sortie de gaz et de vapeurs radio-actifs au niveau des sas destinés au personnel et au matériel. Le dispositif de décharge de la pression à travers lequel un milieu réfrigérant propre, c'est-à- dire débarrassé de constituants radio-actifsdoit être évacué dans l'atmosphère est donc, tant que le réacteur fonctionne sans incident, isolé par un appareil à eau formant soupape de surpression de l'atmosphère du réser- voir sous pression du réacteur ou de la canalisation d'évacuation des gaz d'une soupape de surpression clas- sique du réservoir sous pression du réacteur.Le procédé décrit par le brevet DE- C 29 31 140 permet de séparer -2- aussi bien des produits de fission pouvant être séparés par lavage>comme par exemple le césium, le strontium et le baryum, que des substances radio-actives ne pouvant pas ou ne pouvant être que difficilement séparées par lavagecomme l'iode gazeux, le xénon et le krypton, mais ne permet pas de séparer le tritium. Le tritium (1H3= T), le plus lourd isotope de l'hy- drogène, est un corps radio-actif émetteur de rayons b6ta qui se forme dans les réacteurs nucléaires au cours de différents processus radioactifs. Il se désintègre,avec une période de 12.346 anscen 2He3. L'énergie de désinté- gration est d'environ 0,02 MeV. Le tritium peut poser des problèmes lorsqu'il est libéré en grandes quantités. Le cas peut se produire dans les réacteurs refroidis au gaz modérés au graphite. Dans un réacteur de ce type, l'in- ventaire en graphite des éléments combustibles estpar exemple,de 120 tonnes avec, pour une surface intérieure spécifique de 6m2/g,une surface intérieure de graphite totale de 720 Km2. Sur une pareille surface, il peut se déposer de grandes quantités de tritium qui, après une entrée d'eau, par exemple par suite d'une rupture de tu- be au niveau du générateur de vapeur, sont absorbées par des molécules d'eau légère, de sorte que, par suite d'une réaction d'échange de H20 avec T ou T2, il y a formation de molécules d'eau HTO ou T20. Le but de l'invention est la séparation du tritium à partir des gaz et/ ou des vapeurs qui, en cas d'incidents doivent être évacués dans l'atmosphère. Ce but est atteint, suivant l'invention, du fait que le tritium contenu dans les gaz ou les vapeurs sous la forme de HTO ou de T20 est enrichi par introduction par soufflage des gaz ou des vapeurs dans un appareil à dé- ionats maintenu à la température d'ébulition de l'eau lé- gère et par condensation de molécules de vapeurs de HTO ou de TO2 provenant de l'appareil à déionats dans des 2%85585 - 3 - condensateurs à surfaces réglés sur la température d'é- bulition de l'eau légère dans l'appareil à déionats et que les molécules de HTO ou de T02 qui ne sont pas ras- semblées dans l'appareil à déionats sont séparées dans le cyclone de séchage. L'invention permet, d'une manière surprenante de séparer.par lavage avec de l'eau normale (H20),T20 ou HTO à partir de vapeur de H20. On utilise,dans ce cas, le fait que les températures d'ébullition des types d'eau lourde HTO et T20 sont,à la pression atmosphériquejsu- périeures de 1, 5 à 20C à celle de l'eau légère. A la température d'ébullition de l'eau légère, c'est-à-dire dans le cas de la vapeur d'eau légère saturée sèche, les molécules de vapeur de HTO ou de T20 se condensent déjà et se déposent sur les molécules de H20 pour for- mer des noyaux de condensation. Ces gouttelettes de con- densation peuvent 4tre retenues au moyen d'un appareil à eau légère à la température d'ébullition et/ ou être expulsées par centrifugation à partir de la vapeur au moyen d'un cyclone de séchage. Le dispositif permettant l'application du procédé suivant l'invention est constitué par un réservoir pour la séparation du tritium à partir des gaz et/ ou des vapeurs qui comprend un puisard qui contient un appareil à déionatsqui doit être réglé sur la température d'é- bulition de l'eau légère> et qui doit être alimenté au- dessous de sa surface, et un d8me à vapeur situé au-des- sus du puisard, muni de condensateurs de surface à la température d'ébullition de l'eau légère et comportant un orifice de sortie à sa partie supérieure. Le cyclone de séchage est monté de préférence à la suite de l'orifi- ce de sortie du dôme à vapeur. Le réservoir doit, autant que possible, comporter une paroi isolée. Il est.par ail- leursavantageux que l'appareil à déionats comporte un orifice d'arrivée pour les déionats réglés à la tempéra- -4- ture d'ébullition et un orifice de sortie pour le liqui- de enrichi en HTO ou en T20, donc soit constitué comme un puisard de passage. L'invention permet la réalisation d'un dispositif qui demande relativement peu d'installations techniques pour le lavage des gaz et/ ou des vapeurs qui doivent tre évacués,mais dont l'avantage consiste, en plus, en ce que le bâtiment des machines du réacteur doit être relié à la même installation de lavage des gaz et des vapeurs. Comme la séparation des différentes unités de générateurs de vapeur, avec les dispositifs de commuta- tion sélective et les dispositifs destinés à atténuer les conséquences des avaries dues à des ruptures de tu- bes, de même que la subdivision des réservoirs d'eau d'alimentation peuvent être supprimés, les frais néces- saires à la réalisation de l'installation de lavage sont tout à fait négligeables par rapport aux économies réa- lisées sur les seule générateurs de vapeur. Lorsque tou- tes les autres impuretés radio-actives ont été séparées, par exemple d'après le procédé décrit par le brevet DE- C 29 31 140, le circuit secondaire du réacteur nucléai- re peut être associé d'une manière classique aux généra- teurs de vapeur et le réservoir sous pression du réac- teur peut, comme d'habitude, être associé à une instal- lation qui, en cas d'incident, assure l'évacuation par 26 soufflage par une installation de lavage. L'invention est décrite ci-dessous d'une manière plus détaillée au moyen d'un exemple de réalisation en se référant au dessin. La figure représente un réservoir isolé désigné dans son ensemble par la référence 1. Ce réservoir 1, comprend de préférence une double paroi remplie par un milieu isolant, comporte une canalisation 2 amenant les déionats jusqu'à un puisard 3 muni d'un orifice de sortie 4 et une canalisation 5 amenant de la vapeur 2 ô85585 - 5 - pour l'introduction de vapeur de H20, HTO et T20. L'ori- fice 6 de la canalisation de vapeur 5 se trouve au-des- sous du niveau d'eau 7 du puisard 3. Au-dessus du ni- veau d'eau 7, des séparateurs d'humidité ou condensa- teurs de surface 8 sont montés dans le réservoir 1 qui, dans cette zone, a la forme d'un d8me à vapeur 9. Ces condensateurs ou séparateurs d'humidité sont de préféren- ce des plaques disposées suivant un certain angle, notam- ment suivant un angle droit, par rapport à la direction d'écoulement. Le dÈme à vapeur 9 comporte, à son extré- mité supérieure, un orifice de sortie 10 pour la vapeur. Le puisard 3 est alimenté, par la canalisation d'amenée 2>en déionats déjà chauffés à la température d'ébullition. De plus, le puisard peut comporter un dispositif de chauf- fage 11 pour son maintien à la température d'ébullition Le mélange de vapeur de H20, HTO et T20 qui doit être purifié est introduit par soufflage, par la canali- sation d'amenée 5 de la vapeur, dans l'appareil à H20 bouillante qui forme le puisard 3. Il n'y adans ce cas, aucun risque de coup d'eau, car H20 n'est pas condensée, mais seulement, dans certains cas, HTO et T20. Ce qui est important, c'est que les déionats qui se trouvent dans le puisard 3 soient maintenus, par exemple, par un chauf- fage électrique réglé 11, à la température d'ébullition de l'eau légère. Une partie du HTO ou T20 est déjà rete- nue dans le puisard 3. Les molécules de HTO et T20 qui, par suite de ce que l'on appelle la pré-évaporation, s'évaporent déjà au-des- sous de leur point d'ébulition à partir du puisard 3, sont séparées par condensation dans le dôme à vapeur 9 muni de séparateurs d'humidité ou condensateurs de surface 8 à la température d'ébullition de l'eau légère après qu'el- les aient agi comme noyaux de condensation pour les mo- lécules de H20. Un résidu possible de molécules de HTO ou T20 peut être amené, avec des gouttelettes d'eau, en pas- -6- sant par l'orifice de sortie 10 du dôme 9, Jusqu'à un cy- clone de séchage monté à la suite et y sont expulsées par centrifugation. La vapeur d'eau légère débarrassée de ses constituants radioactifs peut être évacuée dans l'at- mosphère. Dans le dispositif suivant l'invention, la radioac- tivité provenant du tritium est enrichie dans le puisard du réservoir et, de cette manière, empêche, d'une manière relativement simple et économique, toute libération dans l'atmosphère. Il y a lieu de remarquer que la principale rétention du tritium n'a pas lieu lors que l'évaporation du déionat, mais lors de la condensation dans le dôme à vapeur et, le cas échéant, lors de la centrifugation de l'humidité dans le cyclone ou le dispositif analogue mon- té à la suite. -7- REVENDICATIONS 1. Procédé de séparation de constituants radio-actifs de gaz et/ou de vapeurs d'un réacteur nucléaire qui doi- vent être évacués par soufflage en cas d'incident, dans lequel les gaz ou les vapeurs traversent, avant leur évacuation, un cyclone de séchage, caractérisé en ce que le tritium (T) contenu dans les gaz ou les vapeurs sous la forme de HTO et/ou de T20 est enrichi par introduc- tion par soufflage des gaz ou des vapeurs dans un ap- pareil à déionats maintenu à la température d'ébulli- tion de l'eau légère et par condensation de molécules de vapeur de HTO ou de T20 venant de l'appareil à dUionats dans les séparateurs d'humidité ou condensateurs à sur- face réglée sur la température d'ébullition de l'eau lé- gère ainsi que par séparation de H20/HTO ou de goutte- lettes d'eau H20/HTO dans l'appareil à déionats et en ce que les molécules de HTO ou de T20 qui ne sont pas collectées dans l'appareil à déionats sont séparées dans le cyclone de séchage. 2. Dispositif pour la séparation de constituants radio-ac- tifs de gaz et/ou de vapeurs d'un réacteur nucléaire qui doivent être évacués par soufflage dans l'atmosphère en cas d'incident, qui comporte un cyclone de séchage monté en amont du dispositif d'évacuation par soufflage, notamment pour l'application du procédé selon la reven- dication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un réser- voir (1) pour la séparation du tritium a partir des gaz et/ou des vapeurs et un puisard (3) contenant un appa- reil à déionats qui doit être réglé sur la température d'ébullition de l'eau légère et rempli par dessous sa surface et un dôme à vapeur (9) situé au-dessus du pui- sard, comportant de séparateurs d'humidité ou condensa- teurs de surface (8) et un orifice de sortie à sa partie supérieure. 2'85585 -8- 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le cyclone de séchage est monté en aval de l'orifice de sortie du d8me à vapeur 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, carac- térisé en ce que le réservoir comporte une paroi isolée. 5. Dispositif selon une ou plusieurs des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'appareil à déionats compor- te une canalisation d'amenée (2) pour les déionats ré- glés à la température d'ébullition et un orifice de sor- tie (4) pour le liquide enrichi en HTO ou T20o