Brevet FR2737598A1 — publié le 19970207

DISPOSMITIF POUR LE TRANSPORT ET LE STOCKAGE D'ASSEMBLAGES COMBUSTIBLES NUCLEAIRES. L'invention concerne un dispositif destiné à permettre le transport et le stockage d'assemblages combustibles nucléaires, notamment frais, c'est-à- dire non encore irradiés, en vue de leur utilisation dans le coeur d'un réacteur d'une centrale nucléaire. Elle concerne le boîtier constitutif du dispositif, ledit boîtier étant destiné à recevoir un assemblage combustible. Dans le cadre du transport, un certain nombre de ces boîtiers sont introduits dans un emballage de forme et de structure appropriées, constituant le colis final à ransporter. De manière connue, le coeur d'un réacteur nucléaire est constitué d'assemblages combustibles, chaque assemblage étant lui-même constitué de crayons ou aiguilles de combustibles, et d'embouts et de grilles destinés à en assurer la cohésion. Le tout forme un ensemble relativement souple et déformable. De tels assemblages sont positionnés côte à côte, verticalement, dans la cuve du réacteur et ce, plus spécifiquement au niveau d'un sommier ou plaque de coeur, pourvue de pions de guidage contigus, destinés à recevoir le pied desdits assemblages. Les assemblages combustibles ne sont, bien entendu, pas réalisés sur place, mais dans des usines spécifiques, et il convient donc d'en assurer le transport dans les plus strictes conditions de sécurité entre cette usine d'assemblage et les centrales nucléaires. Outre ces conditions de sécurité, doivent être également prises en compte les conditions de sous-criticité, c'est-à-dire d'éviter à tout prix le dédenchement de la réaction en chaine à l'origine du processus nucléaire, en isolant de manière suffisante les assemblages les uns des autres et/ou en les plongeant dans un fluide ralentisseur, voire inhibiteur de neutrons. A ce jour, il est bien connu de transporter des assemblages combustibles nucléaires dans des emballages. Mais la mise en oeuvre d'un nouveau type d'assemblages, ainsi que l'apparition de nouvelles contraintes liées au transport, ont nécessité la réalisation d'un nouveau type d'emballage. L'objet de l'invention est donc de proposer un nouveau type de dispositif de transport et de stockage de ces assemblages combustibles nucléaires frais, contenant notamment de l'oxyde d'uranium et de l'oxyde de plutonium. Ce dispositif comprend un boîtier rigide, de section transversale polygonale et notamment carrée, au sein duquel est mis en place ledit assemblage. Il se caractérise en ce que ledit boîtier comporte, sur chacune de ses faces internes, au moins un élément expansible destiné, après insertion de l'assemblage au sein du boîtier, et après expansion, à prendre appui contre ledit assemblage. De la sorte, l'ensemble boîtier + assemblage de combustibles est doté d'une certaine cohésion compte tenu de la contrainte exercée sur chacune des faces de l'assemblage par le biais de l'élément expansible. Cette expansion s'effectue avantageusement par mise en compression, notamment au moyen d'un élastomère ou d'une pâte de silicone de faible viscosité, et susceptible de travailler sous pression, pouvant typiquement atteindre 50.105 pascals. Dans une première forme de réalisation de l'invention, ces éléments expansibles sont ménagés selon des coussins annulaires, répartis à intervalles réguliers ou non tout le long du boîtier, l'ensemble de ces coussins étant relié à une chambre de mise en pression et assurant l'inter- connexion entre les différentes coussins. La mise en pression est assurée au moyen d'un piston plongeur, pénétrant dans la chambre de mise en pression, et commandé par un système vis/écrou. Il est avantageusement implanté au sommet du boîtier, permettant notamment sa manoeuvre lorsque celui-ci est en position verticale. L'élément expansible est avantageusement constitué d'une membrane métallique souple susceptible de se déformer sous la pression exercée par l'élastomère ou la pâte de silicone, ladite membrane étant solidarisée à un chassis métallique en forme de gouttière annulaire, ledit chassis étant solidarisé, notamment par soudage, à la paroi interne des faces latérales définissant le boîtier. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, le boîtier extérieur est ouvert sur l'une de ses faces latérales, de telle sorte à permettre l'introduction de l'assemblage par voie latérale, et susceptible d'être obturé par la dernière face. Chacune des trois faces latérales solidarisées les unes aux autres et définissant le boîtier reçoit un flanc gonflable linéaire ou longitudinal, la dernière face recevant un flanc déjà gonflé, cette face étant destinée à venir se fixer sur le reste du boîtier après insertion par voie latérale de l'assemblage considéré. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent, ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent donnés à titre indicatif mais non limitatif, à l'appui des figures annexées. La figure 1 est une représentation schématique en section longitudinale du dispositif de transport et de stockage conforme à l'invention, dont la figure 2 est une vue en section transversale selon la ligne II - II de la figure 1. La figure 3 est une vue schématique en perspective d'une autre forme de réalisation de l'invention, dont la figure 4 est une vue en coupe en section transversale. On a ainsi représenté sur la figure 1 une première forme de réalisation de l'invention d'un dispositif de stockage et de transport d'assemblages combustible nucléaire frais, notamment à base d'oxyde de plutonium, conformément à l'invention. Ce dispositif comprend fondamentalement un boîtier parallélépipédique (1), typiquement réalisé en acier inoxydable ou tout autre matériau susceptible de convenir à l'environnement nucléaire, tel que par exemple le titane. Ce boîtier est fermé à l'une de ses extrémités et obturable à l'autre extrémité au moyen d'un couvercle (2). Ce boîtier est destiné à recevoir par insertion par le haut, c'est-à- dire couvercle (2) escamoté, un assemblage combustible nucléaire. Selon une caractéristique de l'invention, un certain nombre de coussins (4) sont répartis tout au long dudit boîtier, ces coussins étant en fait constitués de chambres (11), réalisées en acier inoxydable, et solidarisées, notamment par soudage, sur la paroi interne des faces latérales définissant le boîtier. Chacune des ces chambres (11) comporte une membrane métallique flexible (9), susceptible d'adopter une forme bombée en direction de l'intérieur du boîtier, sous l'action d'une pression générée au sein des coussins ainsi définis. Chacun des coussins communique avec les coussins d'une même étage, ou d'un même anneau, ainsi qu'avec les coussins des étages inférieurs ou supérieurs, et ce de manière hydrostatique, par le biais d'une chambre de mise en compression (6) assurant également la fonction de liaison hydrostatique, ladite chambre (6) étant elle-même reliée à une chambre d'appui (5) positionnée à l'extrémité inférieure dudit boîtier. Un élément similaire complémentaire (7) peut également être envisagé au niveau de l'extrémité supérieure du boîtier. La hauteur des coussins est choisie de manière à s'adapter aux différentes hauteurs des grilles (16) et des embouts (17) assurant la cohésion des assemblages, ainsi qu'à une légère variation de leur espacement. Selon une caractéristique fondamentale de l'invention, ces coussins et la chambre de compression sont destinées à recevoir un fluide compressible, et typiquement un élastomère ou une pâte silicone de faible viscosité, et susceptible d'acquérir une compressibilité de l'ordre de 4 à 5 % en volume sous une pression voisine de 50.105 pascals. De fait, une fois l'assemblage (3) de combustibles inséré au sein du boîtier, ladite chambre de compression (6) est mise en pression au moyen d'un piston plongeur (8) commandé par un système vis/écrou ou équivalent, et implanté avantageusement au sommet du boîtier, de telle sorte à permettre la manoeuvre de l'ensemble lorsque celui-ci est vertical. Compte tenu que tous les coussins (4) communiquent entre eux de manière hydrostatique, il est ainsi possible d'assurer une pression uniforme au niveau de chacune des faces dudit boîtier sur l'assemblage, et ainsi de parfaitement mettre celui-ci en place, conférant de la sorte audit boîtier muni de l'assemblage une très grande cohésion. De manière avantageuse, on procède à une première mise en pression des coussins (4) afin de venir affleurer l'assemblage de manière uniforme en tous points, puis une surpression est appliquée de telle sorte à assurer le maintien et la reprise des efforts de manière élastique et uniforme, tout en permettant à l'assemblage d'avoir le degré de liberté nécessaire afin d'éviter toute contrainte, notamment vis-à-vis des mouvement inhérant à la dilatation thermique des matériaux qui le composent. De la sorte, les assemblages de combustibles nucléaires peuvent être chargés verticalement dans l'emballage, puis basculés à l'horizontal et ainsi transportés, notamment par voie routière ou par chemin de fer. Dans une autre forme de réalisation de l'invention représentée dans les figures 3 et 4, l'insertion du combustible au sein du boîtier s'effectue par voie latérale, ledit boîtier (13) se présentant alors toujours sous forme parallélépipédique, mais l'une (12) des faces latérales le définissant étant escamotable. Dans ce cas, les coussins gonflables se présentent sous la forme d'éléments linéaires ou flancs (14), positionnés le long de chacune des parois internes des trois faces latérales dudit boîtier (13). Chacun de ces coussins est, comme dans la forme de réalisation précédente, relié à une chambre de mise en compression et de liaison hydrostatique non représentée. La dernière face escamotable (12) est également pourvue d'un coussin (15), mais celui-ci se présente sous forme déjà expansé, c'est-à-dire déjà mis en pression, ladite face latérale étant destinée à venir se positionner et se fixer de manière réversible sur le restant du boîtier afin d'assurer la fermeture de celui-ci et la mise en pression dudit assemblage. Dans cette forme de réalisation comme dans la précédente, l'architecture du boîtier rend ainsi possible une circulation d'eau et notamment d'eau borée, destinée, de manière connue à ralentir, voire arrêter les neutrons, et partant, à permettre le transport et/ou le stockage en condition de sous-criticité. Le système de coussins, outre leur fonction première de maintien et de reprise des efforts, permet également de protéger les assemblages des effets inhérents aux vibrations lors du transport ou en cas de choc accidentel. Par ailleurs, ces dispositifs sont très compacts, notamment vis-à-vis des systèmes de maintien. Le boîtier étant en outre de section très réduite, il est possible d'augmenter le nombre d'assemblages combustibles contenus dans un emballage et transportés par véhicule, et partant de réduire le coût des transports, sans pour autant altérer les conditions de sécurité. En outre, la mise en décompression des coussins est très aisément réalisable, et permet d'assurer que les assemblages ne risquent pas d'être coincés dans le boîtier. Enfin, la température peut facilement monter à 250 C à l'intérieur du boîtier sans que le boîtier et notamment la pâte élastomère ne soit endommagée. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de transport et de stockage d'assemblages (3) combustible nucléaire frais, contenant notamment de l'oxyde d'uranium et/ou de l'oxyde de plutonium, comprenant un boîtier rigide (1, 13), de section transversale polygonale et notamment carrée, au sein duquel est mis en place ledit assemblage, caractérisé en ce que ledit boîtier (1, 13) comporte, sur chacune de ses faces latérales internes, au moins un élément expansible (4, 14), destiné, après insertion de l'assemblage (3) au sein du boîtier, et après expansion, à prendre appui contre ledit assemblage. 2/ Dispositif de transport et de stockage d'assemblage (3) combustible nucléaire frais selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'expansion des éléments expansibles (4, 14) s'effectue par mise en compression, notamment au moyen d'un élastomère ou d'une pâte silicone de faible viscosité, et susceptible de travailler sous pression, pouvant typiquement atteindre 50.105 pascals. 3/ Dispositif de transport et de stockage d'assemblage (3) combustible nucléaire frais selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les éléments expansibles (4) sont ménagés selon des coussins annulaires, répartis à intervalles réguliers ou non tout le long du boîtier, l'ensemble de ces coussins (4) étant relié à une chambre de mise en pression (6) et assurant l'inter-connexion entre les différentes coussins. 4/ Dispositif de transport et de stockage d'assemblages (3) combustible nucléaire frais selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'ensemble des coussins (4) d'un même boîtier est en équilibre hydrostatique. / Dispositif de transport et de stockage d'assemblages (3) combustible nucléaire frais selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les éléments expansibles (4) sont constitués d'une membrane métallique souple (9), susceptible de se déformer sous la pression exercée par l'élastomère ou la pâte silicone, ladite membrane (9) étant solidarisée à une chambre (11), elle-même solidarisée à la face interne des parois des faces latérales définissant le boîtier (1). 6/ Dispositif de transport et de stockage d'assemblages (3) combustible nucléaire frais selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le boîtier extérieur (13) est ouvert au niveau de l'une de ses faces latérales (12), de telle sorte à permettre l'introduction de l'assemblage (3) par voie latérale, et susceptible d'être obturé par ladite face latérale (12), chacune des trois faces latérales solidarisées les unes aux autres et définissant le boîtier recevant un flanc gonflable linéaire ou longitudinal (14) relié à une chambre de mise en compression, la dernière face (12) recevant un flanc déjà gonflé ou expansé (15), cette face étant destinée à venir se fixer sur le reste du boîtier après insertion par voie latérale de l'assemblage considéré. 7/ Dispositif de transport et de stockage d'assemblages (3) combustible nucléaire frais selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l'expansion des éléments expansibles (4, 14) est assurée au moyen d'un piston plongeur (8), pénétrant dans la chambre de mise en pression (6), et commandé par un système vis/écrou. 8/ Dispositif de transport et de stockage d'assemblages (3) combustible nucléaire frais selon la revendication 7, caractérisé en ce que le piston plongeur (8) est implanté au sommet du boîtier (1, 3), de telle sorte à permettre sa manoeuvre lorsque ledit boîtier est en position verticale.