Brevet FR2743663A1 — publié le 19970718

Système de suppression de pression et d'épuration d'aérosol pour un réacteur nucléaire. La présente invention concerne, d'une façon générale, les réacteurs refroidis par métal liquide et elle a trait, en particulier, à un système passif de suppression de pression pour de tels réacteurs. Bien que les systèmes de refroidissement des réacteurs refroidis par métal liquide (LMR) fonctionnent à la pression atmosphérique, les systèmes de confinement des LMR sont, de façon typique, configurés de manière à résister à des défits importants en ce qui concerne la température et la pression pour faire face à des accidents très sévères sur lesquels est basée la conception. Les plus sévères des accidents dont on tient compte lors de la conception de l'enceinte de confinement suppose que l'accident hypothétique avec rupture du coeur et fort dégagement d'énergie thermique ("HDCA") s'est produit et qu'une brèche s'est formée dans l'enveloppe du réacteur.Dans un tel accident sévère sur lequel et basée la conception, les incendies des projections de sodium et/ou de la piscine de sodium qui ont lieu subséquement chauffent alors l'atmosphère intérieur du confinement et y augmentent la pression et la température. En utilisant comme exemple le réacteur évolué à métal liquide (ALMR), une analyse a révélé que pour faire face avec succès de tels incendies de piscine et/ou de projections de sodium considérés comme possibles, le dôme supérieur du confinement doit être apte à résister à une pression interne manométrique de 172,4 KPa (25 psig) et à une température de 371"C (700 "F). Pour satisfaire aux exigences de pression et de température mentionnées ci-dessus tout en évitant que les coûts de confinement ne dépassent une valeur raisonnable dans la pratique, le dôme supérieur de confinement est configuré, de façon typique, de manière à être le plus petit possible et à être en acier d'une épaisseur de 25,4 mm (1 inch). Bien qu'un tel dôme de confinement satisfasse aux exigences de pression et de température, un inconvénient important que présente un tel confinement supérieur aussi petit réside dans le faible espace de travail qu'il offre pour les opérations de rechargement de combustible et pour la plupart des opérations d'entretien.Par suite de cet espace limité à l'intérieur de l'enceinte de confinement, les opérations de rechargement de combustible et autres opérations d'entretien principales ne peuvent pas être effectuées sans l'ouverture de trappes d'entretien se trouvant dans le dôme de confinement supérieur (c'est-à-dire l'ouverture de l'enceinte de confinement). Plus spécifiquement, on effectue le rechargement de combustible et l'entretien des composants principaux, comprenant les systèmes d'entraînement des barres de commande, les pompes primaires et les échangeurs de chaleurs intermédiaires ainsi que les parties du système de rechargement de combustible et l'instrumentation se trouvant à l'intérieur du coeur, en utilisant des adaptateurs spéciaux et des outils "à long manche" à partir de la salle d'accès au couvercle ou partie supérieure du réacteur, située directement au-dessus du dôme de confinement.La salle d'accés au couvercle, laquelle se trouve au-dessus du dôme de confinement, procure l'espace nécessaire à la dépose de l'éqliipment et fournit les moyens de soulèvement de composants comprenant un pont roulant monté à demeure. I1 serait souhaitable de réduire les exigences de pression et de température de l'enceinte de confinement supérieure de manière à pouvoir réduire les quantités d'acier et de béton du batiment de confinement tout en améliorant l'accessibilité pour les opérations de rechargement et d'entretien. I1 serait aussi souhaitable de réaliser une enceinte de confinement présentant de plus grandes tolérances vis-àvis des évènements considérés comme susceptibles de se produire, et comprenant la présence d'un piège efficace pour les produits de fission ainsi que pour Na-22 et Na-24 qui sont considérés comme susceptibles de pénétrer dans la région de confinement en cas d'un accident envisagé comme possible. On atteint ces objectifs ainsi que d'autres objectifs de la présente invention à l'aide d'un système de suppression de pression et d'épuration d'aérosol configuré de manière à être placé entre des enceintes de confinement supérieures à basse pression associées à des réacteurs modulaires. Dans un mode de réalisation, le système de suppression de pression et d'épuration comprend un réservoir d'eau comportant des chambres d'eau distinctes accouplées. Un écran vertical comportant des trous horizontaux est placé près du fond du réservoir. Chaque chambre d'eau est raccordée par une canalisation d'évacuation/détente à l'une des enceintes de confinement supérieures respectives. Pendant le fonctionnement, le réservoir d'eau est partiellement rempli avec de l'eau pour qu'à coup sûr les enceintes de confinement supérieures respectives soitent isolées l'une de l'autre dans des conditions de fonctionnement normales en raison du piège d'eau inhérent au système. Dans le cas où un accident se produit dans un des réacteurs modulaires, l'enceinte de confinement affectée est chauffée par l'incendie des projections et/ou de la piscine de sodium et un tel volume de confinement chauffé se fraie un passage à travers le système d'évacuation vers l'atmosphère et d'épuration de l'enceinte de confinement jusqu'à l'enceinte de confinement de réacteur intact. Cette évacuation vers l'atmosphère à pour effet de refouler le niveau d'eau dans la chambre à pression plus élevée jusqu'à un niveau situé en dessous des trous d'évacuation horizontaux de l'écran vertical.Après que ce niveau a été atteint, le sodium très chaud et sous haute pression ainsi que les gaz chargés de produits de fission sont refoulés à travers les trous d'évacuation horizontaux et peuvent barboter à travers le volume d'eau se trouvant sur l'autre côté de l'écran vertical, c'est-àdire à travers la chambre sous pression plus faible. Un tel agencement se traduit par une action d'épuration qui refroidit les gaz et élimine le sodium et les produits de fission de sorte que relativement peu de produits de fission radioactifs pénètrent dans l'enceinte de confinement supérieure associée au réacteur non affecté et on peut réduire la température et la pression quand on conçoit l'enceinte de confinement. Le système de suppression de pression et d'épuration d'aéro sol décrit ci-dessus permet de réduire les exigences de pression et de température des enceintes de confinement supérieures. n en résulte qu'un dôme de confinement en métal n'est pas nécessaire et que l'accessibilité pour des opérations de rechargement de combustible et d'entretien se trouve améliorée. Ce système asure aussi la présence d'un piège efficace pour les produits de fission ainsi que pour Na-22 et Na-24 que l'on considère comme étant susceptibles de pénétrer dans la région de confinement lors d'un accident estimé possible. L'invention permet de réaliser un système de suppression de pression et d'épuration d'aérosol destiné à être utilisé en liaison avec un réacteur nucléaire refroidi par métal liquide, ce réacteur comprenant au moins deux cuves de réacteurs modulaires et des enceintes de confinement supérieures respectives associées à chaque cuve de réacteur, ledit système de suppression de pression et d'épuration d'aérosol comprenant un réservoir d'eau comprenant des première et seconde chambres d'eau, lesdites première et seconde chambres étant en communication d'écoulement, et un écran vertical comportant des trous horizontaux d'évacuation vers l'atmosphère qui se trouvent dans une partie inférieure dudit réservoir d'eau Ce système de suppression de pression et d'épuration d'aérosol présente, en outre, les caractéristiques suivantes prises isolément ou en combinaison: : - lesdites première et seconde chambres sont raccordées à des première et seconde canalisations respectives d'évacuation vers l'atmosphère, lesdites première et seconde canalisations comportant chacune une extrémité ouverte en communication avec l'une des enceintes de confinement supérieures; - lesdites première et seconde chambres d'eau sont remplies partiellement avec de l'eau; - les enceintes de confinement supérieures sont, dans des conditions de fonctionnement normales, isolées l'une de l'autre en raison d'un piège d'eau formé par lesdites première et seconde chambres - si un accident se produit dans l'une des cuves de réacteur, l'enceinte de confinement supérieure associée est chauffée et ce volume de confinement chauffé se fraie un passage à travers ledit système jusqu'à une autre enceinte de confinement supérieure;; - si le niveau de l'eau dans ladite première chambre est refoulé jusqu'à un niveau situé en de sous desdits trous horizontaux d'évacuation vers l'atmosphère présents dans ledit écran vertical, du sodium sous haute pression ainsi que des gaz chargés de produits de fission sont refoulés à travers lesdits trous d'aération horizontaux et barbotent à travers le volume d'eau se trouvant dans ladite seconde chambre; et - le fait de faire barboter lesdits gaz à travers le volume d'eau se trouvant dans ladite seconde chambre se traduit par le refroidissement des gaz ainsi que l'élimination du sodium et des produits de fission de ces gaz. On va maintenant décrire la présente invention en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un réacteur nucléaire refroidi par métal liquide; les figures 2A et 2B sont des vues schématiques de certains composants du réacteur représenté sur la figure 1; et la figure 3 est une vue en coupe schématique d'un réacteur nucléaire refroidi par métal liquide et comprenant un des modes de réalisation de la présente invention. La figure 1 est une vue en coupe schématique d'un réacteur nucléaire connu 10 refroidi par métal liquide. Le réacteur 10 comprend un bâtiment supérieur 12 de réacteur et un silo 14 de réacteur. Le bâtiment supérieur 12 de réacteur est supporté partiellement à l'intérieur du silo 14 par des supports 16. Un coeur 18 de réacteur est positionné à l'intérieur d'une cuve 20 de réacteur dans le silo 14. Des dispositifs 22 d'entraînement de barres de commande, des boucliers 24 et 26, un échangeur de chaleur et une pompe 30 sont aussi placés à l'intérieur de la cuve 20 de réacteur. Un dôme de confinement supérieur 32, comprenant des trappes d'accès 34, 36, 38, est placé au-dessus la cuve 20 du réacteur. Le dôme de confinement 32 a, d'une façon générale, une forme cylindrique avec une partie supérieure hémisphérique 40. Pour satisfaire aux exigences de pression et de température, le dôme de confinement supérieur 32 est configuré, de façon classique, de manière à être aussi petit que possible et est formé en acier d'une épaisseur de 25,4 mm (1 inch). Toutefois, avec une telle configuration, l'espace de travail disponible pour les opérations de rechargement de combustible et la plupart des opérations d'entretien est limité. En raison de cette limitation de l'espace de travail, on effectue le rechargement en combustible et l'entretien des composants principaux, comprenant les mécanismes 22 d'entraînement des barres de commande, les pompes primaires 28 et 29 et les échangeurs de chaleur 24 et 26, en utilisant des adaptateurs spéciaux et des outils à "long manche" depuis la salle 42 d'accès au couvercle du réacteur, cette salle étant située directement au-dessus du dôme de confinement 32. La salle 42 d'accès au couvercle procure les espaces nécessaires pour la dépose des équipements et fournit les moyens de soulèvement de composants comprenant un pont roulant monté à demeure (non représenté). Plus spécifiquement et en se référant aux figures 2A et 2B qui sont des vues schématiques de certains composants du réacteur 10 représentés en figure 1, quand on effectue une opération de réparation ou d'entretien, on a recours à un ensemble de château de transfert et de vannes-portes pour accéder aux composants.. Plus spécifiquement et à titre d'exemple, l'ensemble 50 est placé au-dessus de la trappe 38 et en alignement avec cette dernière. Quand la trappe 38 est ouverte, les outils s'étendent depuis l'ensemble 50 à travers la trappe 38 jusque dans la cuve 20. De tels outils sont utilisés pour effectuer les réparations ou l'entretien nécessaires. Une fois que ces réparations ou cet entretien sont terminés, on extrait les outils de la cuve 20 pour les ramener dans l'ensemble 50 et on referme la trappe. Un système d'échappement 52, comprenant un filtre 54 pour traitement de gaz, placé en attente à l'intérieur de la salle 42 d'accès au dôme. De plus, comme on peut le voir sur la figure 2B, un joint d'étanchéité gonflable 56 est utilisé pour rendre étanche le dôme de confinement 32 vis-à-vis de la salle 42 d'accès au couvercle du réacteur. Bien que la salle 42 ne fasse pas partie de l'enceinte de confinement du réacteur, cette salle 42 doit assurer une protection acceptable contre les accidents de base envisagés lors de la conception et qui pourraient se produire pendant les opérations de rechargement de combustible et d'entretien quand le volume supérieur de l'enceinte de confinement est raccordé avec la salle 42 d'accès au dôme.Pour atténuer les accidents susceptibles de se produire lors de l'entretien et du rechargement de combustible et sur lesquels est basée la conception, la salle 42 d'accès au dôme agit comme une enveloppe à faibles fuites qui est maintenue à une pression négative par le système d'échappement 52 quand une brèche est formée dans le dôme de confinement 32, par exemple quand la trappe 38 est ouverte pour un rechargement de combustible et autres opérations d'entretien Les enceintes de confinement supérieures 102 et 104 répondent à des exigences de pression et de température réduites tout en améliorant l'accessibilité pour des opérations de rechargement et d'entretien par rapport à l'enceinte de confinement 32 représentée sur la figure 3.En comparaison de l'enceinte de confinement 32, les enceintes de confinement 102 et 104 sont aussi supposées présenter une plus grande tolérance vis-à-vis des événements envisagés comme étant possibles, ces enceintes comprenant la présence d'un piège efficace pour les produits de fission ainsi que pour Na-22 et Na-24 que l'on considère comme étant susceptibles de pénétrer dans la région de confmement dans le cas d'un accident envisagé comme étant susceptible de se produire. Plus spécifiquement, la figure 3 représente deux (2) réacteurs nucléaires modulaires 100A et 100B comprenant des cuves 106A et 106B situées à l'intérieur de silos 108A et 108B, respectivement. Les réacteurs 100A et 100B ainsi que leurs enceintes de confinement associées 102 et 104 sont supportés partiellement au-dessus des silos 108A et 108B, respectivement, par des supports 110 qui assurent une isolation sismique horizontale. Bien que cela n'apparaisse pas sur la figure 3, les coeurs de réacteur respectifs sont positionnés à l'intérieur des cuves 106A et 106B de réacteur. Des systèmes d'entraînement de barres de commande, des boucliers, des échangeurs de chaleur et des pompes (non représentées) sont aussi placés à l'intérieur de chacune des cuves 106A et 106B de réacteur. Un système 112 d'épuration d'aérosol et de suppression de pression est placé entre les enceintes de confinement supérieures basse pression 102 et 104 de forme sensiblement rectangulaire et associées aux cuves 106A et 106B de réacteur respectivement. Le système 112 d'épuration et de suppression de pression comprend un réservoir d'eau 118 comportant des chambres d'eau séparées 120 et 122. Les chambres 120 et 122 sont accouplées de manière à se trouver en communication d'écoulement. Un écran vertical (non représenté) comportant des trous horizontaux d'évacuation vers l'atmosphère est disposé dans une partie inférieure ou située près du fond du réservoir 118. Chacune des chambres 120 et 122 est raccordée par une canalisation 124 et 126 d'évacuation/détente à celle correspondante des enceintes de confinements 102 ou 104. Les chambres 120 et 122 partiellement remplies d'eau assurent l'isolement des enceintes de confinements 102 et 104, l'une vis-àvis de l'autre, dans des conditions de fonctionnement normales en raison de la présence du piège d'eau inhérent au système 112. Dans le cas où il se produit un accident dans une des cuves 106A et 106B, l'enceinte de confinement supérieure associée 102 ou 104 est chauffée par l'incendie des projections et/ou de la piscine de sodium et un tel volume de confinement chauffé se fraie un passage à travers le système d'évacuation vers l'atmosphère et d'épuration d'aérosol de l'enceinte de confinement 112 jusqu'à l'enceinte supérieure intacte 102 ou 104. Cette évacuation a pour effet d'abaisser le niveau de l'eau dans la chambre 120 ou 122 à plus haute pression jusqu'à un niveau situé en dessous de celui auquel se trouvent les trous d'évacuation horizontaux de l'écran vertical. Après que ce niveau a été atteint, le sodium très chaud et sous haute pression ainsi que les gaz chargés de produits de fission sont refoulés à travers les trous d'évacuation horizontaux peuvent barboter à travers le volume d'eau se trouvant de l'autre côté de l'écran vertical, c'est-à-dire la chambre 120 ou 122 à pression plus faible. Une telle configuration se traduit par une action d'épuration qui refroidit les gaz et élimine le sodium et les produits de fission de sorte que relativement peu de produits de fission radioactifs pénètrent dans le volume de confinement associé à l'enceinte de confinement intacte 102 ou 104 de réacteur. En utilisant le système 112, on peut réduire d'un facteur de six (6) ou plus la pression prévue lors de la conception. En ce qui concerne un réacteur connu refroidi par métal liquide, on estime que l'on peut réduire la pression manométrique de l'enceinte de confinement supérieure jusqu'à moins de 27,6 kPa (4 psig) par rapport à une pression manométrique de 172,4 kPa (25 psig) dans le réacteur connu. En outre, on peut abaisser dans les enceintes de confinement 102 et 104 la température depuis une valeur de plusieurs centaines de degrés centigrades au-dessus de la température ambiante jusqu'à une température beaucoup plus faible étant donné qu'une quantité relativement faible d'une atmosphère sous haute température dans les enceintes de confinement 102 et 104 ne contient pas une quantité d'énergie stockée suffisamment grande pour élever la température des enceintes supérieures de confinement 102 et 104 rectangulaires et massives. De telles réductions de la température et de la pression dans l'enceinte de confinement permettent d'éliminer le dôme de confinement tout en améliorant l'accessibilité pour les opérations de rechargement de combustible et d'entretien. De plus, et de façon importante, la combinaison des enceintes de confinement 102 et 104 et du système 112 présente de plus grandes tolérances vis-à-vis des évènement envisagés comme pouvant être plus sévères que l'événement servant de base prévu à la conception et pouvant affecter le confinement.Spécifiquement, les enceintes de confinement supérieures 102 et 104 s'accomodent facilement d'incendies de projections de sodium qui dépassent la condition servant de base à la conception actuelle dans laquelle il est admis qu'un HCDA provoque une brèche dans l'enveloppe du réacteur et qu une quantité de 45,4 kilogrammes (100 lbs) de sodium soit projetée dans les enceintes de confinement 102 et 104 qui sont chauffées instantanément à la fois par contact direct et par une réaction chimique vigoureuse entre l'oxygène présent dans ces enceintes de confinement 102 et 104 et le sodium.En outre, l'action d'épuration du système 112 assure un piègeage efficace pour la plupart des produits de fission ainsi que pour Na-22 et Na-24 que l'on considère pouvoir entrer dans les enceintes de confinement supérieures 102 et 104 au cours d'un accident envisagé comme étant susceptible de se produire. Les produits de fission de grande importance que l'on peut éliminer grâce au système 112 comprennent Sr, Ba, Te, Ru, Te, Cs, Rb, Br et I en plus de tous matériaux combustibles, de Pu et des actinides mineurs. Le système 112 permet, par conséquent, de réduire la pression et la température prises comme base pour la conception de l'enceinte de confinement tout en épurant et purifiant les gaz évacués avant que ces gaz ne pénètrent dans le volume de confinement du réacteur "non affecté". I1 va de soi que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif d'un mode de réalisation préférentiel de la présente invention et que des variantes ou des modifications sont possibles dans le cadre de cette invention. Par exemple, bien que le système 112 d'épuration d'aérosol et de suppression de pression ait été décrit ci-dessus dans le contexte d'un réacteur comportant deux réacteurs modulaires, le système 112 pourrait être utilisé en liaison avec des réacteurs comportant plus de deux réacteurs modulaires. REVENDICATIONS 1. Système (112) de suppression de pression et d'épuration d'aérosol destiné à être utilisé en liaison avec un réacteur nucléaire (100A, 100B) refroidi par métal liquide, ce réacteur (100A, 100B) comprenant au moins deux cuves (106A, 106B) de réacteurs modulaires et des enceintes de confinement supérieures respectives (102, 104) associées à chaque cuve (106A, 106B) de réacteur, ledit système (112) de suppression de pression et d'épuration d'aérosol étant caractérisé en ce qu'il comprend un réservoir d'eau (118) comprenant des première et seconde chambres d'eau (120, 122), lesdites première et seconde chambres (120, 122) étant en communication d'écoulement, et un écran vertical comportant des trous horizontaux d'évacuation vers l'atmosphère se trouvant dans une partie inférieure dudit réservoir d'eau (118). 2. Système (112) de suppression de pression et d'épuration d'aérosol selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites première et seconde chambres (120, 122) sont raccordées à des première et seconde canalisations respectives (124, 126) d'évacuation vers l'atmosphère, lesdites première et seconde canalisations comportant chacune une extrémité ouverte en communication avec l'une des enceintes de confinement supérieures (102, 104). 3. Système (112) de suppression de pression et d'épuration d'aérosol selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites première et seconde chambres d'eau (120, 122) sont remplies partiellement avec de l'eau. 4. Système (112) de suppression de pression et d'épuration d'aérosol selon la revendication 3, caractérisé en ce que les enceintes de confinement supérieures (102, 104), dans des conditions de fonctionnement normales, sont isolées l'une de l'autre en raison d'un piège d'eau formé par lesdites première et seconde chambres (120, 122). 5. Système (112) de suppression de pression et d'épuration d'aérosol selon la revendication 3, caractérisé en ce que si un accident se produit dans l'une des cuves (106A, 106B) de réacteurs, l'enceinte de confinement supérieure associée (102, 104) est chauffée et ce volu me de confinement chauffé se fraie un passage à travers ledit système (112) jusqu'à une autre enceinte de confinement supérieure (102, 104). 6. Système (112) de suppression de pression et d'épuration d'aérosol selon la revendication 5, caractérisé en ce que, si le niveau de l'eau dans ladite première chambre (120) est abaissé jusqu'à un niveau situé en dessous desdits trous d'évacuation horizontaux présents dans ledit écran vertical, du sodium sous haute pression ainsi que des gaz chargés de produits de fission sont refoulés à travers lesdits trous d'évacuation horizontaux et barbotent à travers le volume d'eau se trouvant dans ladite seconde chambre (122). 7. Système (112) de suppression de pression et d'épuration d'aérosol selon la revendication 6, dans lequel le fait de faire barboter lesdits gaz à travers le volume d'eau se trouvant dans ladite seconde chambre (122) se traduit par le refroidissement des gaz ainsi que l'élimination du sodium et des produits de fission de ces gaz.