Brevet FR2680272A1 — publié le 19930212

i PROCEDE DE RECHARGEMENT DE REACTEUR NUCLEAIRE La présente invention concerne une amélioration dans un procédé de remplacement d'un combustible dans un réac- teur nucléaire sous un bouchon sans ouvrir le bouchon qui scelle le haut d'une cuve d'un réacteur surgénérateur ra- pide, et, plus particulièrement, un procédé de rechargement d'un réacteur nucléaire permettant de réduire le diamètre de la cuve de réacteur. Les figures 9 et 10 illustrent un exemple d'une cons- truction interne d'une cuve de réacteur durant le fonction- nement d'un surgénérateur rapide classique Un coeur 3 con- sistant en barres de combustible, barres de commande, ré- flecteurs, etc, pour produire une réaction thermonucléaire est disposé dans du sodium liquide 2 servant de réfrigérant stocké dans une cuve de réacteur 1, et une structure de coeur supérieure cylindrique 4 (appelée ci-après "SCS") est suspendue juste au-dessus du coeur 3 Le sommet de la cuve de réacteur 1 est fermé par un couvercle, lequel couvercle consiste en un bouchon fixe 5 et un bouchon rotatif 6 qui par rapport au bouchon fixe est disposé excentriquement et de manière à tourner La SCS 4 est disposée excentriquement sur le bouchon rotatif 6 Un bouchon 7 d'un trou pour une machine à orifices de transfert dans cuve est disposé en tant que partie du bouchon fixe 5 et un bouchon 8 d'un trou pour une machine de rechargement est disposé en tant que partie du bouchon rotatif 6 La SCS 4 loge en son sein un grand nombre de mécanismes d'actionnement de barres de com- mande et d'instruments de mesure de coeur supérieurs et la puissance du coeur peut être commandée par réglage des po- sitions des barres de commande dans le coeur 3 au moyen des mécanismes d'actionnement de barres de commande Selon la construction décrite ci-dessus, la chaleur de la réaction nucléaire peut être extraite par le sodium circulant 2 par des conduits (non représentés) reliés à la cuve 1. Dans le surgénérateur rapide, les combustibles dans le coeur doivent être remplacés périodiquement, mais le sodium liquide en tant que réfrigérant a une activité chimique ex- trêmement grande et commence à brûler dès qu'il est en con- tact avec l'air C'est la raison pour laquelle une opéra- tion de rechargement dans le réacteur doit être effectuée sous le bouchon en ménageant une ouverture nécessaire mini- me tout en isolant l'air atmosphérique sans ouvrir le bou- chon au sommet de la cuve Etant donné que ladite opération de rechargement se fait sous le bouchon, elle est appelée système "sous bouchon". L'opération de rechargement dans le réacteur selon le système décrit cidessus va être expliquée relativement aux figures Il et 12 qui correspondent aux figures 9 et 10, respectivement Pour effectuer l'opération de rechargement, le bouchon 7 du trou pour la machine à orifices de trans- fert dans cuve et le bouchon 8 du trou pour la machine de rechargement illustrés sur la figure 9 sont d'abord ôtés tout en évitant de les mettre en contact avec l'air exté- rieur, et une machine à orifices de transfert dans cuve 9 et une machine de rechargement 10 sont alors enfilées et disposées dans les trous correspondants, respectivement La machine à orifices de transfert dans cuve 9 présente une structure dans laquelle un disque rotatif 11 est disposé à l'extrémité inférieure d'un cylindre, et deux trous pour accrocher des pots de transfert de combustible 12 pour recevoir le combustible neuf et le combustible épuisé sont ménagés dans le disque rotatif 11 La transmission et le transfert du combustible 13 peuvent être effectués par ce disque rotatif 11 entre la machine de rechargement 10 et une machine de chargement-déchargement de combustible (non représentée sur les dessins) La machine de recharge- ment 10 est pourvue d'un bras décalé 14 sur une distance en déport L depuis son corps principal, et ce bras décalé 14 peut tourner ( 0) Une pince 15 pour saisir et libérer le combustible est disposée à l'extrémité du bras décalé 14 Le corps principal de la machine de rechargement 10 peut monter et descendre de manière que le combustible 13 puisse être extrait du coeur 3 et de la machine à ori- fices de transfert dans cuve 9, et inséré dans ce coeur et cette machine Le bras décalé 14 peut être replié lorsque la machine de rechargement 10 est chargée dans la cuve de réacteur 1 et déchargée de la cuve. Ensuite, pour positionner la machine de rechargement au-dessus du coeur 3, le bouchon rotatif 6 supportant la machine de rechargement est tourné (O') Ainsi, la SCS 4 est obligatoirement éloignée de sa position au-dessus du coeur D'autre part, un angle de rotation d'un rayon R est donné au corps principal de la machine de rechargement 10 par rapport au centre de rotation du bouchon rotatif 6 En conséquence, la pince 15 de la machine de rechargement 10 peut avoir accès, en combinant e et 9 ', au combustible à une position arbitraire (adresse) du coeur 3 au sein d'une zone d'accès qui est déterminée par L, R, e et O' Le fonctionnement de chacun des appareils décrits ci- dessus durant l'opération de rechargement va être expliqué successivement. 1) La pince 15 de la machine de rechargement 10 est posi- tionnée juste au-dessus du combustible épuisé à remplacer par la rotation du bouchon rotatif 6 et du bras décalé 14 de la machine de rechargement (La SCS 4 est éloignée de sa position au-dessus du coeur 3 par la rotation du bouchon rotatif 6) 2) Le corps principal de la machine de rechargement 10 est abaissé et le combustible épuisé est saisi par des griffes à l'extrémité de la pince 15 de la machine de re- chargement. 3) Le corps principal de la machine de rechargement 10 est levé, et le combustible épuisé saisi est extrait du coeur 3. 4) Le combustible épuisé 13 est transféré jusqu'au dessus du pot de transfert de combustible 12 positionné dans un des trous du disque rotatif 11 de la machine à orifices de transfert dans cuve 9 en tournant le bouchon rotatif 6 et le bras décalé 14 de la machine de rechargement Le corps principal de la machine de rechargement 10 est alors abais- sé et, une fois le combustible épuisé 13 libéré, est levé et maintenu en attente à cette position. ) A ce moment là, la pince de la machine de chargement- déchargement de combustible (non représentée) saisit le pot de transfert de combustible 12 contenant un combustible neuf et demeure en attente dans la portion de cylindre de la machine à orifices de transfert dans cuve 9. 6) Le disque rotatif 11 est tourné de manière que le trou vide du disque rotatif 11 de la machine à orifices de transfert dans cuve 9 soit positionné juste au-dessous de la pince de la machine de chargement-déchargement de com- bustible, et le pot de transfert de combustible 12 conte- nant le combustible neuf est inséré dans le trou vide du disque rotatif 11 La pince de la machine de chargement- déchargement de combustible est légèrement levée. 7) Le disque rotatif Il est alors tourné de manière que le pot de transfert de combustible 12 de la machine à ori- fices de transfert dans cuve 9, qui contient le combustible neuf, se positionne immédiatement sous la pince 15 de la machine de rechargement 10. 8) Le combustible neuf est saisi par la pince 15 de la machine de rechargement 10, et est chargé jusqu'à une adresse prédéterminée du coeur 3 en une séquence inverse de celle ci-dessus. 9) Le disque rotatif Il est tourné de manière que le com- bustible épuisé précité se positionne immédiatement sous la pince de la machine de chargement-déchargement de combusti- ble, et le pot de transfert de combustible 12 contenant le combustible épuisé est levé par la pince de la machine de chargement-déchargement de combustible et est transféré à l'extérieur de la cuve de réacteur 1. Pour rationaliser davantage un surgénérateur rapide, la manière dont la cuve de réacteur est rendue compacte par rapport à la taille du coeur est très importante Deux principaux facteurs, déterminants, entrent en jeu lors- qu'est déterminé le diamètre de la cuve de réacteur Le premier facteur est la dimension qui est déterminée par la somme de la taille du coeur et la taille des structures dans la cuve (pour des raisons de commodité, cette dimen- sion sera appelée "dimension relative au coeur statique"), et le second facteur est la dimension qui est limitée par le système de rechargement utilisant le système sous bou- chon dans lequel la SCS ayant sensiblement la même taille que celle de la zone de combustible du coeur doit être éloignée de sa position au- dessus du coeur (cette dimension sera appelée "dimension relative à la rotation du bou- chon"). La "dimension relative à la rotation du bouchon" va être brièvement expliquée Lorsque le diamètre de la zone de combustible du coeur est d et le diamètre de la SCS est également d (voir figure 11), le diamètre de la cuve de ré- acteur, qui présente une structure cylindrique asymétrique, doit, bien évidemment, être au moins de 2 à 3 fois d parce que le centre du coeur est placé au centre de la cuve En pratique, la "dimension relative à la rotation du bouchon" est déterminée en ajoutant la largeur d'un support du bou- chon rotatif, l'épaisseur de chaque structure, une marge de fixation d'un boulon, une épaisseur nécessaire pour l'iso- lation thermique, etc, outre la limite de dimension théori- que décrite ci-dessus. Lorsqu'un surgénérateur rapide du type en boucle pour la production d'énergie est conçu, la "dimension relative au coeur statique" décrite ci-dessus peut être prévue comme étant inférieure à la "dimension relative à la rotation du bouchon" En effet, la "dimension relative à la rotation du bouchon" est aujourd'hui le facteur décisif pour le diamè- tre de la cuve de réacteur Par exemple, dans le cas d'un surgénérateur rapide du type en boucle en cours de réalisa- tion par le demandeur de la présente invention, c'est-à- dire Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan (Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corporation), et dans lequel le diamètre de la SCS est de 3 360 mm, la "dimension rela- tive au coeur statique" est d'environ 8,4 m, tandis que la "dimension relative à la rotation du bouchon" est comprise entre 9,2 et 12,6 m lorsqu'elle est calculée pour diverses variations du système de rechargement sous bouchon. En conséquence, la présente invention a pour objet de proposer un nouveau système de rechargement de réacteur qui permet d'exclure la "dimension relative à la rotation du bouchon" des facteurs pour déterminer le diamètre de la cu- ve de réacteur et permet donc de réduire le diamètre de la cuve. Les inventeurs de la présente invention ont constaté qu'il n'était pas nécessaire que toute la SCS soit éloignée de se, position juste au-dessus du coeur au moment du re- chargement lorsque la SCS est divisée en une pluralité d'éléments structurels dans une direction longitudinale, au moins un de ces éléments structurels étant tiré au moment du rechargement du réacteur, une machine de rechargement pourvue d'un bras décalé étant insérée dans la portion ti- rée et l'opération de rechargement étant effectuée La pré- sente invention est donc basée sur les connaissances préci- tées. Un procédé de rechargement d'un réacteur nucléaire se- lon la présente invention est caractérisé en ce qu'une structure de coeur supérieure (SCS) comportant en son sein un grand nombre de mécanismes d'actionnement de barres de commande est divisée en une pluralité d'éléments structu- rels dans une direction longitudinale selon la disposition des barres de commande dans un coeur, une fonction de rota- tion est donnée aux éléments structurels divisés de la SCS de manière qu'ils puissent tourner d'un seul tenant et for- mer un bouchon de SCS rotatif, le bouchon de SCS rotatif est monté à rotation sur un bouchon fixe disposé au sommet d'une cuve de réacteur, au moins un des éléments structu- rels divisés de la SCS est tiré du bouchon de SCS rotatif au moment du rechargement du réacteur, une machine de re- chargement pourvue d'un bras décalé rotatif est emboîtée dans la portion tirée, et une opération de rechargement d'un combustible à une opération arbitraire dans le coeur est effectuée par la rotation du bouchon de SCS rotatif et la rotation du bras décalé de la machine de rechargement. Selon le procédé de la présente invention comme décrit ci-dessus, la SCS n'a pas à être éloignée de sa position juste au-dessus du coeur dans une direction radiale de la cuve de réacteur au moment du rechargement du réacteur, et l'opération de rechargement peut être effectuée au sein du réacteur tandis que la portion résiduelle de la SCS est laissée juste au-dessus du coeur En conséquence, la "di- mension relative à la rotation du bouchon" décrite ci- dessus peut être exclue des facteurs pour déterminer le diamètre de la cuve de réacteur, et le diamètre de la cuve peut être calculé sensiblement par la "dimension relative au coeur statique" seule Le diamètre de la cuve peut donc être diminué. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description sui- vante d'un mode de réalisation préféré, avec référence aux dessins annexés, sur lesquels: La figure 1 est une illustration d'un exemple d'une matrice de coeur et d'un diamètre de SCS. La figure 2 est une illustration d'un exemple du mode de division de la SCS et de la disposition de la machine de rechargement. La figure 3 est une vue en perspective d'un bouchon de SCS rotatif selon le mode de division de la SCS de la figu- re 2. La figure 4 est une vue en perspective partiellement écorchée illustrant la condition dans laquelle le bouchon de SCS rotatif représenté sur la figure 3 est monté sur une cuve de réacteur et un procédé de rechargement de la pré- sente invention a lieu. La figure 5 est une illustration d'un autre exemple du mode de division de la SCS et de la disposition de la machine de rechargement. La figure 6 est une vue en perspective du bouchon de SCS rotatif selon le mode de division de la SCS illustré sur la figure 5. La figure 7 est une illustration d'un autre exemple encore du mode de division de la SCS et de la disposition de la machine de rechargement. La figure 8 est une vue en perspective du bouchon de SCS rotatif selon le mode de division de la SCS illustré sur la figure 7. La figure 9 est une illustration de la position rela- tive de la SCS dans un réacteur durant le fonctionnement d'un surgénérateur rapide classique. La figure 10 est une vue en coupe prise le long d'une ligne A-A sur la figure 9. La figure 11 est une illustration de la position rela- tive de la SCS, etc, dans un réacteur au moment du rechar- gement d'un surgénérateur rapide classique. La figure 12 est une vue en coupe prise le long d'une ligne B-B sur la figure 11. La présente invention va à présent être décrite en dé- tail avec référence à un mode de réalisation préféré il- lustré sur les dessins. La figure 1 illustre une matrice de coeur de béton. Des barres de combustible, des boucliers et des barres de commande, présentant tous une section hexagonale, sont dis- posés en des positions prédéterminées Sur le dessin, les hexagones en traits épais représentent les positions des barres de commande (barres de commande du système d'arrêt d'urgence principal et barres de commande du système d'ar- rêt d'urgence de secours) 20, et un cercle dessiné sur la matrice de coeur représente le diamètre d'une SCS 30. Les figures 2 et 3 illustrent la condition dans la- quelle la SCS 30 est divisée en sept éléments structurels cylindriques 31 A à 31 G en fonction de l'agencement des bar- res de commande 20 dans la matrice de coeur représentée sur la figure 1 Ainsi, l'élément structurel divisé 31 A est positionné au centre de la SCS 30, et est divisé de manière à entourer sept mécanismes d'actionnement de barres de com- mande Les éléments structurels divisés 31 B à 31 G sont dis- posés autour de l'élément structurel divisé 31 A et sont di- visés de manière à entourer trois mécanismes d'actionnement de barres de commande, respectivement Une pluralité de ces éléments structurels divisés cylindriques 31 A à 31 G sont placés à leur partie supérieure sur un bouchon 32 et as- semblés avec celui-ci en une structure unitaire comme re- présenté sur la figure 3 pour former un bouchon de SCS ro- tatif 33 L'épaisseur du bouchon 32 est égale à l'épaisseur d'un bouchon fixe disposé au sommet de la cuve de réacteur. Lors du rechargement du réacteur, les éléments struc- turels divisés 31 A, 31 F et 31 G sont tirés au moyen d'une machine de manipulation spécifique (non représentée) et des bouchons pleins de la même épaisseur que la portion de bou- chon 32 du bouchon de SCS rotatif 33 sont ajustés dans les portions tirées des éléments structurels divisés 31 A et 31 G Un bouchon spécifique comportant une machine de re- chargement 40 montée sur lui avec son bras décalé replié est ajusté dans la portion tirée de l'élément structurel divisé 31 F Lorsque le bras décalé 41 est déployé une fois la machine de rechargement 40 ajustée, une pince 42 de la machine de rechargement est placée dans une position sur une distance en déport relativement au corps principal de la machine de rechargement 40 Le bras décalé 41 est ajusté de manière à tourner autour de la machine de rechargement , et la pince 42 peut atteindre la position 43 de trans- mission de combustible dans la cuve et le centre du coeur 44 tout en décrivant une courbe représentée par un tireté long La raison pour laquelle les éléments structurels di- visés 31 A et 31 G sont tirés est que, lorsqu'ils existent, la rotation du bras décalé 41 de la machine de rechargement est entravée. La figure 4 illustre la condition dans laquelle le bouchon de SCS rotatif 33 représenté sur la figure 3 est monté à rotation sur le bouchon fixe 51 au sommet de la cu- ve de réacteur 50 via un mécanisme rotatif, par exemple un support Au moment du rechargement du réacteur, un nombre nécessaire d'éléments structurels divisés parmi une plura- lité d'éléments structurels divisés 31 sont tirés du bou- chon de SCS rotatif 33, et le bouchon comportant la machine de rechargement 40 pourvue du bras décalé repliable 41 mon- tée sur lui est inséré dans une des portions dégagées, tandis que les bouchons pleins (non représentés) sont ajustés dans les autres portions dégagées Ensuite, lorsque le bras décalé 41 de la machine de rechargement 40 est déployé sous le bouchon, la pince 42 peut tourner sur une distance en dé- port relativement par rapport au corps principal de la ma- chine de rechargement 40 Sur la figure 4, la référence 35 désigne des mécanismes d'actionnement de barres de commande divisés pour chacun des éléments structurels divisés. De cette façon, la pince 42 de la machine de recharge- -ment peut avoir accès à une position arbitraire entre le centre du coeur 52 et la position de transmission de com- bustible à laquelle un disque rotatif 54 est disposé sous une machine à orifices de transfert dans cuve 53, par la rotation (représentée par la flèche X) du bras décalé 41. La rotation (représentée par la flèche Y) du bouchon de SCS rotatif 33 monté à rotation sur le bouchon fixe 51 s'ajoute à la rotation du bras décalé 41, afin que l'accès soit pos- sible à toutes les adresses dans un cercle dont le rayon correspond à la distance entre le centre 44 du coeur et la il position 43 de transmission de combustible Le combustible auquel il est accédé est saisi par la pince 42 de la ma- chine de rechargement et est transféré jusqu'à la position de transmission de combustible L'opération de chargement et de déchargement de combustible au moyen de la machine à orifices de transfert dans cuve 53 peut être effectuée de la même manière que dans un système de rechargement clas- sique d'un système sous bouchon. Dans le mode de réalisation ci-dessus, illustré sur les dessins, le bouchon de SCS rotatif 33 est disposé de manière que son axe de rotation coîncide avec l'axe central de la cuve de réacteur 50 Cependant, le bouchon de SCS ro- tatif 33 peut également être disposé de manière à être lé- gèrement dévié de l'axe central de la cuve de réacteur 50, si nécessaire. Lorsque la distance en déport du bras décalé 41 de la machine de rechargement devient importante ou lorsqu'une plus grande rigidité du bras décalé 41 est nécessaire en raison de l'augmentation de la force de traction ou de la force d'insertion du combustible depuis le coeur et dans le coeur, une machine de rechargement 40 dotée d'un bras déca- lé 41 non repliable est utilisée Dans ce cas, deux élé- ments structurels divisés 31 F et 31 G sont placés sur un bouchon circulaire allongé 36 (indiqué en pointillé), comme représenté sur la figure 2 Au moment du rechargement du réacteur, les éléments structurels divisés 31 F et 31 G sont tirés avec le bouchon circulaire allongé 36, et un bouchon comportant la machine de rechargement 40 dotée du bras dé- calé non repliable et ayant la même forme que le bouchon circulaire allongé 36 est ajusté dans la portion libérée. Le mode de division de la SCS 30 n'est pas limité au mode illustré sur la figure 2 mais divers modes de division peuvent être employés Dans l'exemple illustré sur les fi- gures 5 et 6, les éléments structurels divisés correspon- dant aux éléments structurels cylindriques 31 A, 31 F et 31 G illustrés sur la figure 2 sont des éléments structurels 51 A, 51 F et 51 G divisés de la même manière et peuvent être tirés tandis que l'autre portion de la SCS 30 est consti- tuée par un seul élément structurel divisé 51 H Le rechar- gement du réacteur peut être effectué en tirant les élé- ments structurels divisés cylindriques 51 A, 51 F et 51 G de l'élément structurel de SCS rotatif 53 de la même manière que dans le cas de la figure 2. Dans l'exemple illustré sur les figures 7 et 8, la SCS est divisée en un élément structurel divisé asymétrique en forme d'éventail 61 A et un élément structurel 61 B cor- respondant à l'autre portion de SCS, et l'élément structu- rel divisé en forme d'éventail 61 A peut être tiré Au mo- ment du rechargement du réacteur, l'élément structurel di- visé en éventail 61 A est tiré de la structure de SCS rota- tive 63, et un bouchon de la même forme que l'éventail et comportant la machine de rechargement 40 montée sur lui est ajusté dans la portion dégagée. Dans la présente invention décrite ci-dessus, la SCS n'a pas besoin d'être éloignée de sa position juste au- dessus du coeur au moment du rechargement du réacteur En conséquence, il n'est pas nécessaire que le diamètre de la cuve de réacteur soit de deux ou trois fois le diamètre de la SCS comme c'était le cas dans l'art antérieur Il en ré- sulte que la présente invention peut diminuer la taille de la cuve de réacteur et réduire considérablement le coût de l'installation de la centrale. Ainsi, lorsque la présente invention est appliquée au réacteur du type en boucle précité dans lequel le diamètre de la SCS est de 3 360 mm, la "dimension relative à la ro- tation du bouchon" est d'environ 6,2 m, la dimension de la position de transmission de combustible dans cuve y com- pris, et cette valeur est inférieure à la "dimension rela- tive au coeur statique" de 8,4 m En conséquence, la "di- mension relative à la rotation du bouchon" peut être exclue * des facteurs pour déterminer le diamètre de la cuve de ré- acteur, et ce diamètre peut être déterminé uniquement d'après la "dimension relative au coeur statique". Dans la présente invention, le bouchon de SCS rotatif d'un petit diamètre sensiblement égal à la SCS est monté à rotation sur le bouchon fixe En conséquence, le bouchon rotatif d'un plus grand diamètre, nécessaire dans le systè- me de rechargement classique du système sous bouchon, est inutile Il en résulte également une diminution du coût de l'installation de la centrale. Lorsque le réacteur est rechargé, la SCS peut être ti- rée dans son entier et le bouchon comportant la machine de rechargement montée sur lui peut être inséré dans la por- tion tirée Dans ce cas, cependant, un château de manipula- tion de SCS d'un grand diamètre est nécessaire; une grande quantité de gaz inerte est alors nécessaire pour substituer le gaz du château lorsque la SCS est tirée dans son entier. Selon la présente invention, en revanche, seuls les élé- ments divisés de la SCS doivent être manipulés En consé- quence, les logements de château de manipulation et machi- ne de rechargement peuvent être compacts, et la quantité de gaz inerte consommée est également réduite. REVENDICATIONS 1 Procédé de rechargement d'un réacteur nucléaire carac- térisé en ce qu'une structure de coeur supérieure SCS ( 30) comportant en son sein un grand nombre de mécanismes d'ac- tionnement ( 35) de barres de commande est divisée en une pluralité d'éléments structurels ( 31) dans une direction longitudinale selon la disposition des barres de commande ( 20) dans un coeur, une fonction de rotation est donnée auxdits éléments structurels divisés ( 31) de la SCS de ma- nière qu'ils puissent tourner d'un seul tenant et former un bouchon ( 33) de SCS rotatif, ledit bouchon de SCS rotatif est monté à rotation sur un bouchon fixe ( 51) disposé au sommet d'une cuve de réacteur ( 50), au moins un desdits éléments structurels divisés ( 31) de ladite SCS ( 30) est tiré dudit bouchon ( 33) de SCS rotatif au moment du rechar- gement dudit réacteur, une machine de rechargement ( 40) pourvue d'un bras décalé rotatif ( 41) est emboîtée dans la portion dégagée, et une opération de rechargement d'un com- bustible ( 55) à une position arbitraire dans ledit coeur est effectuée par la rotation dudit bouchon ( 33) de SCS ro- tatif et la rotation dudit bras décalé ( 41) de ladite ma- chine de rechargement ( 40).