Brevet FR2650113A2 — publié le 19910125

FR 2650113 A2 19910125 FR 8910114 A 19890721 PERFECTIONNEMBNT A UN CASIER DE RANGEMENT D'ELEMENTS COMBUSTIBLES NUCLEAIRES DOMAINE TECHNIQUE La présente invention est une addition à la demande de brevet principal FR 88-02506 et est relative à un perfectionnement d'un casier de rangement d'éléments (ou assemblages) combustibles nucléaires constitué d'un empilement ordonné d'éléments de structure allongés, du type profilés, disposés en couches successives. Ces casiers, ou paniers, de rangement servent à stocker en piscine ou à sec et/ou à transporter en enceinte blindée, éventuellement asséchée après chargement, les éléments combustibles. ETAT DE LA TECHNIQUE Les casiers de rangement des éléments combustibles nucléaires sont habituellement constitués d'alvéoles prismatiques adjacentes, le plus souvent à section carrée, de forme allongée selon un grand axe. La forme de la section des alvéoles est identique en général à celle des éléments combustibles à ranger, leur hauteur est au moins égale à celle desdits éléments. Les casiers selon l'invention conviennent pour le rangement d'éléments combustibles nucléaires non irradiés, nécessitant des conditions sous critiques, le combustible pouvant être à base d'oxyde d'uranium exclusivement ou de tous mélanges d'oxydes combustibles, mais ils sont surtout adaptés au rangement et au transport des éléments combustibles irradiés en enceinte blindée. Dans ce cas tout casier, également appelé panier de rangement, doit remplir simultanément plusieurs fonctions - transfert thermique de la chaleur, générée par les éléments combustibles irradiés rangés, vers la paroi de l'enceinte blindée afin de l'évacuer. Cette fonction est d'autant mieux assurée que le matériau contituant le casier est bon conducteur thermique et que le contact entre le casier et la paroi de l'enceinte est mieux assuré; - absorption neutronique pour garantir un état sous-critique du panier chargé de combustible, soit à sec, soit lorsque celui-ci est immergé dans l'eau lors du stockage en piscine ou lors des opérations de chargement et de déchargement d'enceintes blindées effectuées également en piscine.Cette fonction est remplie par l'emploi de matériaux renfermant des éléments absorbeurs de neutrons ou neutrophages, tels que B,Gd,Hf,Cd,In,Li..., lesdits matériaux étant utilisés directement dans la conception du casier, ou par l'emploi d'absorbeurs de neutrons introduits dans les éléments combustibles, ainsi que par la réalisation d'une bonne modération neutronique obtenue en ménageant des espaces vides au voisinage desdits matériauxs; - résistance mécanique suffisamment élevée pour supporter la charge des éléments combustibles en cours de transport et pour maintenir la géométrie du casier même en cas de choc de manière à conserver des conditions sous critiques et à éviter les risques de détérioration des éléments et des crayons combustibles par suite de leur échauffement et/ou de leur écrasement. Pour remplir ces fonctions, la demande FR 88-02506 décrit un casier de rangement d'éléments combustibles nucléaires, constitué d'une pluralité d'alvéloles prismatiques adjacentes de grande longueur, parallèles entre elles, et destinées à recevoir lesdits éléments combustibles. Dans le but d'utiliser pour sa construction des matériaux connus et fiables, remplissant les fonctions de résistance mécanique et de conductibilité thermique, et d'assurer séparément au moins la fonction d'absorption neutronique, les parois des alvéoles sont constituées d'un empilement entrecroisé et ordonné d'éléments de structure allongés du type profilés, de section constante, disposés en couches successives perpendiculairement à l'axe des alvéoles, lesdites parois assurant le contrôle de la criticité, notamment grâce à leur épaisseur et à des tiges neutrophages disposées à l'intérieur desdites parois parallèlement ou perpendiculairement à l'axe des alvéoles. Ainsi, l'ossature du casier est faite d'un empilement d'éléments de structure qui sont des profilés de type courant, de formes simples et réalisés en matériau connu. L'emploi de ce type d'éléments permet d'avoir des casiers dont les performances mécaniques et thermiques sont facilement calculables et homologables. Cet empilement constitue les parois des alvéoles de stockage des éléments combustibles; dans l'épaisseur desdites parois sont insérées des tiges neutrophages, qui peuvent être des tiges d'alliage d'aluminium au bore peu onéreuses et utilisées habituellement pour introduire du bore dans les alliages d'aluminium. Le contenu en bore de ces tiges courantes est limité à 3-4% avec une garantie de +0,5%. Pour améliorer l'économie du casier, par exemple augmenter son taux de remplissage en diminuant l'épaisseur des parois, on a intérêt à utiliser un matériau neutrophage contenant davantage de bore, par exemple plus de 5% ou mieux de 15 à 20%. Par ailleurs, l'utilisation de tiges neutrophages nécessite parfois de percer un grand nombre de trous, dans*les les âmes des profilés, pour mettre en place lesdites tiges dans l'épaisseur des parois, c'est par exemple le cas lorsque les parois des alvéoles sont constituées d'un empilement d'éléments de structure du type profilés en H (voir fig. 2 de la demande déjà citée) contenant des tiges neutrophages parallèles à l'axe des alvéoles. La suppression de l'opération de perçage pour la mise en place de ces tiges permet un gain sur le coût de construction du panier et une amélioration sensible des propriétés mécaniques et thermiques des profilés. DESCRIPTION DE L'INVENTION Dans le but d'éviter ces perçages et d'utiliser un matériau neutrophage de forme simple et pouvant avoir une teneur élevée en élément neutrophage, la demanderesse a mis au point un casier de rangement d'éléments combustibles nucléaires en vue de leur stockage ou de leur transport, comportant une pluralité d'alvéoles prismatiques adjacentes de grande longueur, parallèles entre elles, et destinées à recevoir lesdits éléments combustibles, dont les parois sont constituées d'un empilement entrecroisé et ordonné d'éléments de structure disposés en couches successives, allongés, du type profilés de section constante, dont la grande dimension est disposée perpendiculairement à l'axe des alvéoles et ayant au moins une âme ou une aile dont la petite dimension est parallèle à l'axe des alvéoles, lesdits éléments assurant au moins des fonctions de résistance mécanique et conductibilité thermique, et de pièces neutrophages insérées dans l'épaisseur desdites parois et assurant séparément au moins une fonction d'absorption neutronique, caractérisé en ce que à l'intérieur desdites parois on agence des moyens de fixation mécanique protubérants solidaires des éléments de structure maintenant les pièces en matériau neutrophage de grande longueur en appui contre une âme ou aile parallèle aux axes des alvéoles, ladite grande longueur étant perpendiculaire à l'axe des alvéoles. I1 est intéressant que la pièce en matériau neutrophage contienne un fort pourcentage d'élément neutrophage comme le bore ou ses composés, par exemple plus de 5% ou mieux de 15 à 20% de bore ou autre élément neutrophage, et soit de forme simple. Il est aisé de réaliser des pièces profilées allongées neutrophages, ainsi chargées en élément neutrophage, sous forme de barres, tiges ou mieux de plats,, par exemple directement par frittage-filage ou par filage de billettes obtenues notamment par pulvérisation-condensation. On peut utiliser comme matériau neutrophage, les métaux ou alliages métalliques, tels que Al, Cu ou leurs alliages, chargés en bore ou autres éléments neutrophages comme Gd, Hf, Cd, In, Li, etc... ou en leurs composés, par exemple B4C. Selon l'invention, les pièces neutrophages, par exemple en forme de plats, sont maintenues contre la face intérieure de l3âme ou l'aile verticale (parallèle à l'axe des alvéoles) de l'élément de structure, c'est-à-dire à l'intérieur de la paroi de l'alvéole, à l'aide de moyens mécaniques protubérants fixés à, ou faisant partie intégrante de, l'élément de structure. On voit que ces plats neutrophages ont leur grande longueur dirigée perpendiculairement à l'axe des alvéoles, par contre leur petite dimension, ou largeur, est parallèle audit axe. Une telle disposition a l'avantage de contribuer à l'évacuation des calories vers l'extérieur du casier. Un mode avantageux de réalisation du dispositif selon l'invention consiste à réaliser l'empilement d'éléments de structure à l'aide de profilés ayant au moins une âme ou une aile verticale, parallèle à l'axe des alvéoles, et au moins une âme ou aile horizontale, perpendiculaire à l'axe des alvéoles. Lesdits éléments de structure comportent un ou plusieurs épaulements de retenue obtenus par filage, servant à maintenir les pièces neutrophages, de préférence des plats, contre l'âme ou l'aile verticale de l'élément de structure. Cet épaulement est de préférence situé sur l'âme ou l'aile horizontale et forme, en coopérant avec l'âme ou l'aile verticale, une gouttière dans laquelle est insérée la pièce neutrophage. Un tel profilé équipé d'épaulements est facile à obtenir par filage et peu onéreux. La figure 1 montre en éclaté et en perspective un exemple avantageux de réalisation de l'invention utilisant des éléments de structure profilés en forme de H, dont l'âme est horizontale (perpendiculaire à l'axe des alvéoles) et les ailes verticales (parallèles à l'axe des alvéoles), équipés de pièces ngutrophages en forme de plats. La figure 2 est une coupe du même agencement après montage. Sur la figure 1 on voit les profilés en forme de H possédant des ailes (1) verticales, formées chacune de deux demi-ailes inférieure et supérieure et une âme horizontale (2) de laquelle sont solidaires les modes de fixation (3), en forme d'épaulements, des pièces neutrophages (5) en forme de plats, dont l'épaisseur pend place dans la gouttière (4) formée par l'épaulement (3) et l'aile verticale (1). En (6) on voit un tirant qui sert à maintenir en place, serrer et assurer une bonne rigidité à l'empilement des éléments de structure. Le nombre de ces tirants est réduit; on limite ainsi considérablement les problèmes liés au perçage des âmes des profilés.Ils sont parallèles à l'axe des alvéoles, sont en général constitués d'un métal ayant un coefficient de dilatation thermique proche de celui du matériau des profilés et sont disposés soit dans l'épaisseur de la paroi (ce qui est le cas ici), soit dans les régions périphériques du casier ne recevant pas d'éléments combustibles. Sur la fig. 2 on voit de même le profilé en forme de H, avec deux ailes verticales (1), comportant les deux demi-ailes inférieure et supérieure, une âme horizontale (2) et de part et d'autre de l'âme horizontale des épaulements (3) obtenus lors du filage du profilé. Ces épaulements de retenue forment une gouttière (4) grâce à laquelle est maintenue le plat (5) constituant la pièce neutrophage qui se trouve ainsi située à l'intérieur de la paroi des alvéoles. En (6) on voit le tirant de maintien précédemment décrit. Ainsi, le dispositif selon l'invention permet - de supprimer le coût des opérations de perçage des éléments de structure pour y faire passer selon l'art antérieur les tiges neutrophages verticales - de ne pas réduire par ces perçages multiples les caractéristiques mécaniques et thermiques des profilés - de faire participer les pièces neutrophages à l'évacuation de la chaleur produite par les éléments stockés irradiés. Ce dispositif permet le stockage et le transport d'éléments combustibles sous eau ou à sec, mais il est particulièrement adapté au transport à sec desdits éléments. REVENDICATIONS 1. Casier de rangement d'éléments combustibles nucléaires en vue de leur stockage ou de leur transport, selon la revendication 1 de la demande principale FR 88-02506, constitué d'une pluralité d'alvéoles prismatiques adjacentes de grande longueur, parallèles entre elles, et destinées à recevoir lesdits éléments combustibles, dont les parois sont constituées d'un empilement entrecroisé et ordonné d'éléments de struçture disposés en couches successives, allongés, de type profilés de section constante, dont la grande dimension est disposée perpendiculairement à l'axe des alvéoles et ayant au moins une âme ou une aile dont la petite dimension est parallèle à l'axe des alvéoles, lesdits éléments assurant au moins des fonctions de résistance mécanique et conductibilité thermique, et de pièces neutrophages insérées à l'intérieur desdites parois et assurant séparément au moins une fonction d'absorption neutronique, caractérisé en ce que à l'intérieur desdites parois on agence des moyens de fixation mécaniques protubérants solidaires des éléments de structure maintenant les pièces en matériau neutrophage de grande longueur en appui contre une âme ou aile parallèle aux axes des alvéoles, ladite grande longueur étant perpendiculaire à l'axe des alvéoles. 2. Casier selon la revendication 1 caractérisé en ce que les parois des alvéoles sont constituées d'un empilement de profilés en forme de H dont l'âme est perpendiculaire à l'axe des alvéoles et comporte au moins un épaulement de retenue destiné à maintenir une pièce neutrophage en forme de plat, dont la grande dimension est perpendiculaire à l'axe des alvéoles et la petite dimension lui est parallèle, en appui sur les ailes du profilé parallèles à l'axe des alvéoles.