Brevet FR2691572A1 — publié le 19931126

DISPOSITIF DE RECUPERATION D'UN COEUR FONDU DE REACTEUR NUCLEAIRE DESCRIPTION L'invention concerne un dispositif de récupération d'un coeur fondu de réacteur nucléaire, appelé également corium. Certains accidents du passé proche ont montré que le coeur fondu tombant sur le radier était capable IP de l'attaquer au point de le percer, et que sa matière risquait alors de se répandre dans le sol voisin avec des conséquences difficilement prévisibles et peu de possibilitésde réagir C'est pourquoi on propose ici un dispositif de récupération, situé sous le coeur, et qui est conçu de manière à le refroidir énergiquement quand il a fondu par suite d'un accident et qu'il est tombé, tout en contrariant sa progression vers le radier Ce dispositif comprend sous sa forme la plus générale des cloisons verticales délimitant des volumes séparés, certains des volumes étant vides et les autres volumes étant remplis de réfrigérant Ces derniers volumes sont surmontés par une couche de matériau réfractaire. La masse de matière fondue est donc destinée à s'écouler dans les volumes vides, mais qui sont suffisamment nombreux et étroits afin de freiner cet écoulement, dont la viscosité est d'ailleurs réduite rapidement par le réfrigérant qui environne les volumes vides; la matière fondue est largement en relation d'échange de chaleur avec le réfrigérant, dont elle n'est séparée que par les cloisons, qui sont conductrices de la chaleur et normalement assez minces. On peut ainsi espérer ralentir fortement la chute du coeur fondu jusqu'à le forcer à se solidifier avant qu'il n'ait atteint le radier lui-même. Il est avantageux que les cloisons soient parallèles pour que les volumes remplis de réfrigérant forment des canaux dans lesquels le réfrigérant peut circuler efficacement dans une direction sensiblement horizontale Dans de telles conditions, les canaux peuvent s'étendre entre une source légèrement surélevée de réfrigérant et un exutoire de réfrigérant vaporisé. Le renouvellement du réfrigérant est alors automatique et causé par la pression hydrostatique dès que la vaporisation diminue la hauteur de réfrigérant d'un côté des canaux. Les canaux peuvent cependant être séparés de la source par une vanne ou tout autre dispositif d'isolement, mais on peut prévoir une vanne ou un dispositif à ouverture automatique quand le réfrigérant est chauffé. Il est encore avantageux que les volumes vides et remplis de réfrigérant soient surmontés par une couche continue de matériau d'absorption de La chaleur qui surmonte la couche des matériaux réfractaires afin d'amortir Le choc tant mécanique que thermique si L'accident survient On évite ainsi de risquer La destruction de la couche de matériau réfractaire et des cloisons par un coeur dont La température serait excessive Il faut remarquer à ce sujet que seule la destruction de grandes portions des cloisons pourrait modifier le processus, mais que des destructions de petite taille pendant le fonctionnement normal du dispositif ne devraient pas avoir de conséquences dangereuses, car la matière qui pénétrerait dans Les canaux remplis de réfrigérant serait soumise à un refroidissement encore plus énergique et se solidifierait rapidement. L'invention va maintenant être décrite plus en détail à l'aide des figures suivantes annexées à titre illustratif et non limitatif: la figure 1 est une vue générale de l'invention, Les canaux étant vus en coupe transversale; et la figure 2 est une vue partielle du dispositif en perspective et présentant des coupes. Le coeur du réacteur nucléaire est situé dans une cuve 1 logée dans un puits 2 à parois de béton Le radier 3 s'étend sous le puits 2 et sous le reste de la centrale Le dispositif de récupération est en fait inclus dans le radier 3 et comprend des cloisons 4 constituées normalement de plaques d'acier parallèles et qui délimitent Les volumes vides 5 étroits et allongés qui alternent avec des canaux de réfrigérant 6 Le réfrigérant est normalement de l'eau Les canaux de réfrigérant 6 sont surmontés chacun d'une couche de béton réfractaire 7 et une couche continue de béton siliceux 8 surmonte les couches de béton réfractaire 7 ainsi que les volumes vides 5; un tel matériau est susceptible d'amortir suffisamment le choc de la matière fondue tombant tout en absorbant une partie de sa chaleur afin que le reste du dispositif de récupération ne soit pas soumis à des températures excessives. Une enceinte de béton réfractaire 9 est disposée au fond du puits 2 et est jointive aux couches de béton réfractaire 7 à leurs extrémités: elle permet de confiner la masse fondue en l'empêchant d'attaquer les parois moins résistantes du puits 2. Les canaux de réfrigérant 6 sont reliés par au moins une conduite 10 commune à une source de réfrigérant 11 qui peut être de nature quelconque comme un cours d'eau, un lac artificiel ou un puisard de la centrale Il est concevable dans ce dernier cas que le puisard soit vide pendant Le fonctionnement normal et ne soit rempli qu'en cours d'accident, auquel cas La conduite 10 est ouverte Mais il est plus sûr d'utiliser des puisards en permanence remplis, et si alors le niveau d'eau est trop élevé, des vannes 12 (ou d'autres dispositifs d'obturation) peuvent fermer la conduite 10 en temps normal Il est alors avantageux que ces vannes 12 ou ces dispositifs soient à ouverture automatique, c'est-à-dire commandées par un dispositif d'asservissement sensible à L'élévation de la température dans La zone des canaux de réfrigérant 6 ou munies de pièces fusibles qui se désagrègent quand la zone proche s'échauffe. Un exutoire 13, formé par au moins une conduite opposée à la conduite 10 précédente, permet le dégagement libre de la vapeur produite par l'échauffement dans l'atmosphère. Le fonctionnement du dispositif de récupération tel qu'il est prévu en cas d'accident comporte tout d'abord la destruction de La couche continue de béton siliceux 8, puis la matière fondue s'infi Ltre dans les volumes vides 5 sans pouvoir attaquer les couches de béton réfractaire 7 Cette matière visqueuse est alors freinée par les cloisons 4 et ne descend que lentement, d'autant plus qu'elle est rapidement soumise à la réfrigération, qui accroit sensiblement sa viscosité Des perçages locaux des cloisons 4 par de la matière très chaude sont possibles mais ne devraient conduire à aucune perturbation notable car la matière qui viendrait à toucher le réfrigérant serait soumise à un refroidissement encore plus vif qui la solidifierait et la transformerait en bouchon obstruant L'ouverture. L'évacuation de la vapeur permet un renouvellement permanent et automatique de réfrigérant froid en provenance de La source 11 à travers les canaux de réfrigérant 6, pour compenser le déséquilibre des pressions hydrostatiques On espère donc figer et solidifier la matière du coeur alors qu'il n'occupe qu'une partie des volumes vides 5 Le fonctionnement peut néanmoins se poursuivre jusqu'à un remplissage presque complet des volumes vides On a également prévu une plaque de béton réfractaire 14 située sous les volumes vides 5 et les canaux de réfrigérant 6 comme ultime protection du radier 3 avant qu'il ne soit attaqué. REVENDICATIONS 1 Dispositif de récupération d'un coeur fondu de réacteur nucléaire, caractérisé en ce qu'il comprend sous le coeur ( 1) des cloisons verticales ( 4) délimitant des volumes séparés ( 5, 6), certains des volumes ( 5) étant vides et les autres volumes ( 6) étant remplis de réfrigérant, les volumes remplis de réfrigérant étant surmontés par une couche de matériau réfractaire ( 7). 2 Dispositif de récupération d'un coeur fondu suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les cloisons ( 4) sont parallèles, les volumes ( 6) remplis de réfrigérant formant des canaux dans lesquels le réfrigérant circule sensiblement horizontalement. t- 5 3 Dispositif de récupération d'un coeur fondu suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les canaux ( 6) s'étendent entre une source surélevée ( 10) de réfrigérant et un exutoire ( 13) de réfrigérant vaporisé. 4 Dispositif de récupération d'un coeur fondu suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la source de réfrigérant ( 10) est séparée des canaux ( 6) par une vanne ( 12) ou un dispositif à ouverture automatique quand le réfrigérant est chauffé. 5 Dispositif de récupération d'un coeur fondu suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les cloisons ( 4) sont métalliques. 6 Dispositif de récupération d'un coeur fondu suivant l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé en ce que les volumes ( 5, 6) vides et remplis de réfrigérant sont surmontés par une couche continue ( 8) de matériau d'absorption de la chaleur, cette couche surmontant la couche de matériau réfractaire. 7 Dispositif de récupération d'un coeur fondu suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le matériau d'absorption de la chaleur est du béton siliceux. 8 Dispositif de récupération d'un coeur fondu suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte ( 9) en matériau réfractaire qui entoure une zone située au- dessus des volumes ( 5, 6) vides et remplis de réfrigérant. 9 Dispositif de récupération d'un coeur fondu suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend une plaque de matériau réfractaire ( 14) sous les volumes vides et remplis de réfrigérant. Dispositif de récupération d'un coeur fondu suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le matériau réfractaire est un béton réfractaire.