Brevet FR2684789A1 — publié le 19930611

REACTEUR NUCLEAIRE REFROIDI PAR METAL LIQUIDE La présente invention se rapporte a un réacteur nucléaire utilisé pour la production de courant électrique, pour des recherches, et analogue, et en particulier à un réacteur nucléaire refroidi par métal liquide utilisant un agent refroidisseur métal liquide comme du sodium dans lequel l'intégrité, ou la sécurité, à la limite de pression de son agent refroidisseur est améliorée et maintenue. Un réacteur surrégénérateur rapide utilisant du sodium liquide comme agent refroidisseur va être présenté comme un exemple typique de réacteur refroidi par métal liquide La figure 2 est un schéma représentant le réacteur surrégénérateur rapide "Monjuu", dans lequel de la chaleur produite dans une cuve de réacteur 1, contenant un coeur de réacteur 2, est transférée à un agent refroidisseur primaire à base de sodium, contenu dans la cuve de réacteur 1 La chaleur est ensuite transférée a un agent refroidisseur secondaire à base de sodium via un échangeur de chaleur intermédiaire 3, et ultérieurement à de l'eau dans un évaporateur 4 pour y produire de la vapeur La vapeur est délivrée, par l'intermédiaire d'un surchauffeur , à une turbine 6 pour entraner une génératrice 7, en produisant ainsi de l'électricité La vapeur sortie de la turbine 6 est condensée en eau dans un condenseur 8. Le système primaire à sodium (entouré par des traits mixtes à un seul point à la figure 2) est composé d'une pompe 9 du système primaire à sodium et d'une conduite principale 10 du système primaire à sodium qui, en combinaison, font circuler l'agent refroidisseur primaire à base de sodium dans la cuve de réacteur 1 et dans l'échangeur de chaleur intermédiaire 3. Un système secondaire à sodium est composé d'une pompe 11 de système secondaire à sodium et d'une tuyauterie principale 12 de système secondaire à sodium qui, en combinaison, font circuler un agent refroidisseur secondaire à base de sodium à travers l'échangeur de chaleur intermédiaire 3, l'évaporateur 4, et le surchauffeur 5 De plus, un système eau/vapeur est composé d'une pompe d'alimentation en eau 13 et d'une tuyauterie principale eau/vapeur 14 qui, en combinaison, font circuler l'eau/vapeur à travers l'évaporateur 4, le surchauffeur 5, la turbine 6 et le condenseur 8 Le système primaire à sodium est habituellement installé dans une cuve contenant un réacteur nucléaire, tandis que le système secondaire à sodium et le système eau/vapeur sont installés à l'extérieur de l'installation contenant le réacteur. La limite de pression de l'agent refroidisseur, c'est-a-dire la limite entre les cuves et tuyauteries, contenant l'agent refroidisseur à base de sodium primaire ou secondaire, et l'extérieur par rapport à celles-ci est extrêmement importante du point de vue sécurité Par conséquent, dans la conception et la fabrication d'un réacteur nucléaire tel que décrit ci-dessus, il est impératif de prendre le plus grand soin de ne pas permettre au sodium de fuir des cuves et des tuyauteries, et les matériaux de ces cuves et tuyauteries doivent être de l'acier ayant une grande résistance mécanique à haute température et ayant d'excellentes résistances à la corrosion par le sodium, à l'irradiation par les neutrons, aux chocs thermiques, et analogues. En outre, afin de tenir compte du risque que la limite de pression de l'agent refroidisseur soit brisée, différentes mesures de précaution sont prévues, comme l'installation de la tuyauterie principale 10 à des emplacements plus élevés, la mise en place de cuves de protection 15 autour de la cuve de réacteur 1, de l'échangeur de chaleur intermédiaire 3 et de la pompe de système primaire à sodium 9, et en outre le remplacement de l'air ambiant par de l'azote Cependant, ces mesures de précaution, empêchent plus ou moins l'amélioration de l'efficacité économique du réacteur refroidi au sodium. Compte tenu de ce précède, c'est un objectif de la présente invention que de proposer un réacteur nucléaire refroidi par métal liquide qui soit capable d'alléger l'exigence de sécurité de la limite de pression de l'agent refroidisseur, imposée aux parois en acier des cuves et tuyauteries contenant le sodium. La présente invention propose à cet effet un réacteur nucléaire refroidi par métal liquide, amélioré, utilisant un métal liquide comme agent refroidisseur et ayant une limite d'agent refroidisseur sous pression qui est une limite entre des cuves et tuyauteries pour contenir l'agent refroidisseur métal liquide et l'extérieur par rapport à celles-ci L'amélioration selon la présente invention est caractérisée en ce que tout ou partie d'une région entourant la limite de pression de l'agent refroidisseur est incorporé et enfermé hermétiquement dans une masse d'un métal liquide solidifié. Dans la structure de la présente invention telle qu'elle est décrite cidessus, les cuves et tuyauteries contenant à l'intérieur le métal liquide sont enfermées dans une masse solide de métal liquide solidifié, ce par quoi cette masse solide de métal liquide solidifié forme une limite de pression Ce dont il résulte que la difficulté d'assurer la sécurité de la limite de pression imposée aux parois des cuves et des tuyauteries peut etre sensiblement réduite. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple en référence aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 représente un mode de réalisation de la présente invention; et, la figure 2 représente un schéma d'un réacteur surrégénérateur rapide en tant qu'exemple typique d'un réacteur nucléaire classique refroidi par métal liquide. La figure 1 montre l'état d'un réacteur surrégénérateur rapide en fonctionnement, dans lequel la présente invention est appliquée à la partie système primaire à sodium de la figure 2 Une cuve de réacteur 1, un échangeur de chaleur intermédiaire 3, une pompe de système primaire à sodium 9, et une tuyauterie principale de système primaire à sodium 10, sont tous noyés et enfermés hermétiquement dans une masse de sodium solide 20 solidifié à température ambiante Le sodium liquide à haute température servant d'agent refroidisseur s'écoule dans la cuve de réacteur 1 et les tuyauteries 10 L'agent refroidisseur sodium liquide sortant de la cuve de réacteur 1 retourne à la pompe de système primaire à sodium 9 par l'échangeur de chaleur intermédiaire 3, et il est renvoyé de nouveau dans la cuve de réacteur 1 La tuyauterie sortant de l'échangeur de chaleur intermédiaire 3 vers la pompe de système primaire à sodium 9 n'est pas montrée ici, puisqu'elle est disposée dans une partie de la masse de sodium 20 par laquelle le plan de coupe de la section de la figure 2 ne passe pas. Dans la région 21 entourant la cuve de réacteur 1, la pompe 9 et la tuyauterie 10, dans lesquelles le sodium liquide s'écoule, le sodium demeure à l'état fondu puisque sa température est au-dessus de son point de fusion Tandis que la masse de sodium solidifié 20 est contenue dans un conteneur extérieur 22 avec un couvercle supérieur 23, le conteneur extérieur 22 n'a pas besoin d'avoir une grande résistance mécanique, mais seulement d'avoir une étanchéité aux liquides, puisque la masse de sodium solidifié 20 a elle-même une résistance mécanique suffisante. L'espace entre le couvercle supérieur 23 et la masse de sodium solide 20 est rempli avec une couverture gazeuse d'un gaz inerte Un tuyau d'entrée de gaz inerte 24 et un tuyau d'entrée de sodium liquide 25 traversent le couvercle supérieur 23. Une pluralité de tuyaux de ventilation 26 sont introduits dans la masse de sodium solide 20 à partir de l'extérieur de celle-ci dans des positions appropriées dans le voisinage des cuves (la cuve de réacteur 1, l'échangeur de chaleur intermédiaire 3, et la pompe 9) et des tuyauteries (la tuyauterie principale 10 et les tuyauteries reliant les cuves entre elles) En commandant la température et la vitesse de l'air de ventilation délivré a ces tuyaux de ventilation 26, l'épaisseur de la région de sodium fondu 21, au voisinage de l'extérieur des cuves et tuyauteries, peut être maintenue à une valeur constante, même pendant la variation transitoire de température de l'écoulement de sodium liquide dans les cuves et tuyauteries dans le système primaire à sodium. Une disposition telle que décrite ci-dessus permet à la masse de sodium solide 20 de servir de limite de pression de l'agent refroidisseur, de sorte que les parois des cuves et tuyauteries n'ont plus à être considérées comme une partie de la limite de pression de l'agent refroidisseur Ainsi, il est possible de réaliser des cuves, pour la cuve de réacteur 1, pour l'échangeur de chaleur intermédiaire 3, pour la pompe de système primaire à sodium 9, et analogues, avec des orifices d'introduction de sodium 27 par lesquels le sodium liquide peut s'écouler. En prévoyant de tels orifices d'introduction de sodium 27, à la fois l'intérieur et l'extérieur du système primaire à sodium peut être rempli en même temps de sodium liquide. C'est-à-dire qu'en remplissant de sodium liquide le conteneur extérieur 22 par le tuyau d'entré de sodium liquide 25, celui-ci est rempli de sodium liquide, et ensuite la cuve de réacteur 1, l'échangeur de chaleur intermédiaire 3, la pompe de système primaire à sodium 9, et au delà la tuyauterie 10 les reliant entre eux, sont remplis avec du sodium liquide par les orifices d'introduction 27 respectifs Après la fin du remplissage de sodium, en commandant la température et la vitesse de l'air de ventilation à délivrer à partir des tuyaux de ventilation 26, le sodium liquide dans la région extérieure au système de sodium primaire peut être solidifié pour créer un état tel que celui montré à la figure 2 Les orifices d'introduction de sodium 27 peuvent être formés à la fois dans les cuves et tuyauteries. De plus, on peut s'attendre à ce que la fonction de piège froid du type à diffusion soit remplie par la réalisation des orifices d'introduction de sodium 27 A savoir, les impuretés, comme de l'oxyde de sodium dans le sodium de refroidissement, sont transférées par les orifices d'introduction de sodium 27 hors du système primaire & sodium dans la région de sodium fondu 21, entourant le système primaire & sodium, et y sont précipitées dans la partie de température la plus basse, c'est-àdire, à l'interface entre la région de sodium fondu 21 et la masse de sodium solidifié 20. Comme on le comprendra à partir de ce qui précède, puisque la masse de sodium solide, entourant toute la partie du système de refroidissement à sodium, forme la limite de pression de l'agent refroidisseur, il n'est plus nécessaire que les parois de cuve ou les parois de tuyauterie garantissent l'intégrité de la limite Ce par quoi, il n'est plus nécessaire non plus d'installer des cuves de protection autour des cuves respectives, ni de disposer la tuyauterie principale à des emplacements plus élevés En outre, il devient possible de fixer des soufflets au système de tuyauterie principal, en fonction des besoins. De plus encore, en ouvrant des orifices d'introduction de sodium dans les parois de cuve et dans les parois de tuyauterie qui constituent la limite de pression de l'agent refroidisseur, non seulement il devient plus facile de noyer le système d'agent refroidisseur à sodium dans la masse de sodium solide, mais il devient également possible de transférer les impuretés se trouvant dans le sodium de refroidissement vers d'autres régions extérieures au système d'agent refroidisseur pour leur permettre d'y précipiter Ceci contribue à réduire les contraintes imposées à un système purificateur d'agent refroidisseur, ou même à éliminer le système de purification. Bien que la description ci-dessus ait été limitée au cas o du sodium est utilisé comme métal liquide, elle est applicable à d'autres cas o sont utilisés des agents refroidisseurs a base de métaux liquides différents, qui sont solides à la température ambiante, tel que le potassium, le Na K, et le lithium. En outre, le métal liquide dans le système de refroidissement et la masse de métal solide a l'extérieur du système de refroidissement peuvent ètre constituées par des sortes de métaux différentes du moment que la compatibilité peut ètre conservée. REVENDICATIONS 1 Réacteur nucléaire refroidi par métal liquide, utilisant un métal liquide comme agent refroidisseur et ayant une limite d'agent refroidisseur sous pression qui est une limite entre des cuves ( 1, 3, 9) et tuyauteries ( 10) pour contenir l'agent refroidisseur métal liquide et l'extérieur par rapport à celles-ci, caractérisé en ce que tout ou partie d'une région ( 21) entourant la limite de pression de l'agent refroidisseur est incorporé et enfermé hermétiquement dans une masse d'un métal liquide solidifié ( 20). 2 Réacteur nucléaire refroidi par métal liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent refroidisseur métal liquide et la masse du métal liquide solidifié ( 20) sont du même type de métal. 3 Réacteur nucléaire refroidi par métal liquide selon la revendication 2, caractérisé en ce que les cuves ( 1, 3, 9), ou à la fois les cuves ( 1, 3, 9) et les tuyauteries ( 10) pour contenir l'agent refroidisseur métal liquide sont pourvues d'une pluralité de petites ouvertures ( 27) par lesquelles l'agent refroidisseur métal liquide peut s'écouler. 4 Réacteur nucléaire refroidi par métal liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une pluralité de tuyaux de ventilation ( 26) sont introduits dans la masse du métal liquide solidifié ( 20), à partir d'extérieur de celle-ci, dans des positions appropriées au voisinage de la limite de pression de l'agent refroidisseur. 5 Réacteur nucléaire refroidi par métal liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent refroidisseur métal liquide et la masse de métal liquide solidifié ( 20) sont des métaux différents. 6 Réacteur nucléaire refroidi par métal liquide utilisant un métal liquide comme agent refroidisseur et comportant un système de refroidissement primaire composé d'une cuve de réacteur ( 1) contenant un coeur de réacteur à l'intérieur, une pompe de système de refroidissement primaire ( 9), une tuyauterie principale ( 10) de système de refroidissement primaire et un échangeur de chaleur intermédiaire ( 3), l'agent refroidisseur étant mis en circulation dans le système de refroidissement primaire, caractérisé en ce que la cuve de réacteur ( 1), la pompe ( 9), l'échangeur de chaleur intermédiaire ( 3) et la tuyauterie ( 10) sont noyés dans une masse d'un métal liquide solidifié ( 20).