Brevet FR2803083A1 — publié le 20010629

L'invention concerne un procédé et un dispositif de nettoyage d'un assemblage combustible d'un réacteur nucléaire et en iculier d'un assemblage combustible d'un réacteur nucléaire refroidi par l'eau sous pression. Les assemblages de combustible des réacteurs nucléaires refroidis à l'eau légère, en particulier les assemblages de combustible réacteurs nucléaires à sous pression sont constitués sous la forme faisceaux de crayons combustible qui sont maintenus dans une ossature de l'as semblage combustible dans des dispositions parallèles entre elles. Les crayons combustible sont eux-mêmes constitués par des tubes de grande longueur, généralement d'une longueur un peu supérieure à quatre mètres et d'un diamètre de l'ordre d'un centimètre, remplis par pastilles de combustible. Les crayons de combustible sont disposés dans l'ossature de l'assemblage de combustible, de manière à ménager entre des es paces de circulation d'eau de refroidissement du réacteur nucléaire. L'eau de refroidissement du réacteur nucléaire circule dans les espaces entre les crayons, dans la direction axiale du faisceau suivant laquelle sont disposés les crayons. Les assemblages de combustible sont disposés dans le coeur du réacteur nucléaire, avec leurs axes verticaux, de manière à etre traversés par l'eau de refroidissement du réacteur nucléaire circulant en haut, entre leur partie inférieure reposant sur une plaque de support coeur du réacteur nucleaire et leur partie supérieure sur laquelle vient reposer une plaque supérieure de coeur assurant le maintien des assemblages de com bustible. Après certain temps de fonctionnement du réacteur nucléaire, il est nécessaire d'effectuer un rechargement du coeur du réacteur en rempla çant une partie des assemblages de combustible qui ont séjourné dans le coeur pendant durée déterminée ou qui ont subi un taux de combustion prédéterminé encore les assemblages de combustible qui sont détériorés et qui peuvent être responsables de rejets de produits radioactifs dans l'eau de refroidissement du réacteur. assemblages usagés déchargés du coeur du réacteur nucleaire sont genéralement transportés et stockés dans une piscine de désactivation installée au voisinage du bâtiment du réacteur nucléaire. l'intérieur de la piscine de désactivation, les assemblages de - bustible sont stockés sous eau dans des râteliers de stockage reposant le fond de la piscine de désactivation. Les râteliers de stockage délimitent ensemble de cellules verticales de forme prismatique droite ayant une hau teur au moins égale à la longueur axiale d'un assemblage de combustible, destinées à recevoir chacune un assemblage de combustible dans une dis position dans laquelle l'axe longitudinal de l'assemblage de combustible est vertical. L'assemblage de combustible est déposé dans la cellule du râtelier de stockage, dans une position analogue à sa position dans le coeur du réacteur nucléaire, c'est-à-dire avec sa partie d'extrémité inférieure, ou em bout inférieur, reposant dans le fond de la cellule du râtelier et avec sa partie supérieure, ou embout supérieur, à l'extrémité supérieure du râtelier de stockage. La profondeur de la piscine de désactivation est telle que la partie supérieure des assemblages de combustible soit surmontée par une hauteur d'eau suffisante pour assurer la protection biologique du personnel tra vaillant au niveau du bord supérieur de la piscine. L'ossature de l'assem blage combustible comporte des embouts d'extrémité (inférieur et supé rieur) et grilles-entretoises transversales de maintien des crayons répar ties suivant la direction longitudinale de l'assemblage de combustible, ces éléments étant reliés entre eux par des tubes-guides qui sont placés dans certaines positions en remplacement de crayons, à l'intérieur du faisceau. Les éléments de l'ossature tels que les grilles-entretoises et les embouts délimitent avec les crayons de combustible de nombreux interstices de faible dimension. De même, les espaces entre les crayons de combustible pré sentent dimensions relativement faibles dans les sections transversales de l'assemblage de combustible. L'eau de refroidissement du réacteur nu cléaire susceptible de transporter des débris formés de métaux ou d'oxydes qui sont activés et qui peuvent se fixer dans les interstices entre les éléments de l'ossature et les crayons de combustible ou entre les crayons de combustible. II peut être nécessaire de nettoyer les assemblages de combustible usagés extraits du coeur d'un réacteur nucléaire, pour enlever des débris restés accrochés entre l'ossature et les crayons de combustible ou entre les crayons de combustible, avant de recharger l'assemblage combustible ou avant de le transporter, par exemple dans un stand d'inspection et de répa ration ou dans une usine de retraitement. En effet, les débris restés accro chés dans l'assemblage de combustible sont susceptibles de se détacher pendant le transport ou pendant les opérations effectuées l'assemblage de combustible usagé, de sorte que ces débris, fortement activés, peuvent être responsables de contaminations non souhaitables. Dans le cas où l'on recharge l'assemblage de combustible dans le coeur du réacteur sans l'avoir nettoyé, on produit une augmentation de l'activité dans le circuit primaire. On ne connaissait pas jusqu'ici de procédé et de dispositif permettant de réaliser facilement et de manière efficace le nettoyage d'assemblages de combustible usagés extraits du coeur d'un réacteur nucléaire. Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de nettoyage d'un assemblage de combustible d'un réacteur nucléaire constitué par un faisceau de crayons de combustible maintenus dans des dispositions paral lèles entre elles à l'intérieur d'une ossature de l'assemblage, ayant une forme générale prismatique droite allongée suivant une direction axiale du faisceau suivant laquelle sont disposés les crayons, l'assemblage de com bustible étant stocké sous eau dans une piscine de désactivation, à l'inté rieur d'un râtelier de stockage dans lequel l'assemblage combustible est place avec son axe vertical et dans une position analogue a sa position dans le réacteur nucléaire, ce procédé de nettoyage permettant de décrocher, d'entraîner et de récupérer des débris retenus entre les éléments de l'ossa ture entre les crayons de l'assemblage de combustible. Dans ce but on déplace l'assemblage de combustible dans la direction verticale et de bas en haut, depuis sa position de stockage dans le râtelier, à travers un boîtier d'aspiration disposé au-dessus du râtelier, dont la hauteur est infé rieure à la longueur axiale de l'assemblage de combustible, - on aspire de l'eau de la piscine par une ouverture du boîtier débou chant dans piscine, de manière à la faire circuler dans le boîtier au contact de l'assemblage de combustible, dans une direction sensiblement verticale et de haut bas, et - on récupère l'eau ayant circulé au contact de l'assemblage de com bustible. L'invention est également relative à un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, dans la piscine de désactivation d'une centrale nucléaire. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple, en se référant à la figure jointe en annexe, un mode de réali sation du procédé et du dispositif de nettoyage d'assemblages de combusti ble suivant l'invention. La figure unique représente une vue en élévation et en coupe d'une zone d'une piscine de désactivation d'assemblages de combustible dans laquelle on effectue le nettoyage d'un assemblage de combustible en utili sant le procédé et le dispositif suivant l'invention. Sur figure unique, on a représenté une extrémité superieure d'une partie d'un ratelier de stockage désignée de manière générale le repère 1 et comportant des parois délimitant trois alvéoles voisines 2a, et 2c de stockage d'assemblages de combustible. Le ratelier de stockage 1 repose, par sa partie inférieure (non repré sentée), le fond d'une piscine de désactivation 3 remplie d'eau dans laquelle est plongée le râtelier 1 et les assemblages de combustible dépo sés dans le râtelier. La partie d'extrémité supérieure du râtelier 1 est recouverte par une hauteur d'eau suffisante pour assurer la protection biologique d'opérateurs à des postes de travail situés au niveau supérieur de la piscine 3. Le râtelier de stockage 1 est utilisé pour réaliser le stockage d'as semblages de combustible d'un réacteur nucléaire refroidi par de l'eau sous pression, tels que l'assemblage 4 sur lequel on effectue un nettoyage par le procédé de l'invention. L'assemblage de combustible 4 est constitué par un faisceau de crayons de combustible 5 parallèles entre eux maintenus dans une ossature de l'assemblage de combustible comportant des grilles-entretoises 6 répar ties suivant la longueur du faisceau et de l'assemblage de combustible dans la direction axiale du faisceau, les grilles-entretoises assurant le maintien transversal des crayons 5 suivant une disposition constituant un réseau ré gulier dans les plans transversaux perpendiculaires à la direction axiale lon gitudinale de l'assemblage de combustible 4. L'ossature de l'assemblage de combustible comporte de plus un em bout inférieur 7 et un embout supérieur 8 fixés respectivement à l'extrémité inférieure et à l'extrémité supérieure de l'assemblage de combustible ainsi que tubes-guides qui sont disposés dans certaines positions dans réseau crayons de combustible 5 et qui constituent des éléments liaison l'ossature sur lesquels sont fixés les grilles-entretoises 6 et embouts et 8. manière générale, l'assemblage de combustible 4, qui est destiné à un réacteur nucléaire refroidi par de l'eau sous pression, présente forme prismatique droite et une section transversale carrée dont le côté une longueur voisine de 20 cm. La longueur axiale totale de l'assemblage de combustible est un peu supérieure à 4 m. râtelier de stockage 1 délimite des alvéoles de stockage d'assem blages combustible de forme prismatique droite à section carrée desti nées à recevoir chacune un assemblage de combustible tel que l'assem blage combustible 4. parois verticales 9 du râtelier de stockage 1 délimitent entre elles des alvéoles dont les sections transversales carrées sont disposées suivant un réseau à mailles carrées, de sorte qu'une alvéole telle que 2b est entou rée, suivant ses quatre faces, généralement, par quatre alvéoles telles que 2a et 2c disposées suivant deux rangées perpendiculaires entre elles. Lorsque l'assemblage de combustible 4 est entièrement engagé à l'intérieur d'une alvéole de stockage telle que l'alvéole 2b, l'extrémité supe rieure de son embout supérieur 8 se trouve en-dessous de la surface supe rieure des parois verticales 9 du râtelier de stockage. Pour mise en oeuvre du procédé de nettoyage suivant l'invention sur un assemblage de combustible 4 contenu dans une alvéole telle que 2b, on met en place un dispositif de nettoyage désigné de maniere générale par le repère 10 la partie supérieure du râtelier de stockage Le dispositif de nettoyage 10 comporte une plaque base 11 sur la surface inférieure de laquelle sont fixés des plots de positionnement 13 en saillie sous la plaque 11. Pour obtenir une très bonne stabilité du dispositif de nettoyage 10, on utilise généralement une plaque de base 11 comportant deux plots de posi tionnement 13 disposés de manière à pouvoir être engagés dans deux des quatre alvéoles disposées suivant deux rangées perpendiculaires entourant l'alvéole 2b dans laquelle est placé l'assemblage de combustible 4 sur lequel on réalise le nettoyage. De manière générale, les plots de positionnement 13 peuvent pré senter une section carrée sensiblement analogue à la section d'un assem blage de combustible ou une section circulaire inscrite dans la section carrée des alvéoles. On peut utiliser un nombre quelconque de plots qui sont adaptés à la position et à la configuration des alvéoles de réception des assemblages de combustible. La plaque de base 11 est traversée, dans sa partie centrale, par une ouverture 14, par exemple de forme carrée, permettant le passage d'un as semblage de combustible. Sur la surface supérieure de la plaque de base 11, au-dessus de l'ouverture traversante 14, est posé un boîtier d'aspiration 12 qui est généralement réalisé sous la forme d'une enveloppe tubulaire ou verte à ses deux extrémités. L'ouverture de l'extrémité inférieure du boîtier d'aspiration 12 recouvre entièrement l'ouverture traversante 14 de la plaque de base 11. D'autre part, l'enveloppe tubulaire du boîtier 12 comporte une partie évasée de bas en haut, et présente une section suffisante pour permettre le passage d'un as semblage de combustible, de sorte que l'assemblage de combustible 4 peut traverser axialement le volume intérieur du boîtier 12, lorsqu'on le déplace dans la direction verticale et vers le haut. En outre, la partie évasée de l'en- veloppe boîtier 12 présente une section sensiblement supérieure à section l'assemblage de combustible, de sorte que, lors du levage l'assemblage de combustible 4, comme représenté sur la figure, il subsiste autour de l'assemblage de combustible, à l'extrémité supérieure du boîtier 12, une ouverture de passage de l'eau de la piscine. L'enveloppe du boîtier 12 est reliée, par des tubulures 17 et des - duites à une ou plusieurs installations de pompage 18 placées dessus niveau supérieur de la piscine 3. Les tubulures 17 débouchent dans la partie inférieure du boîtier d'aspiration 12, de sorte que les pompes 18 permettent d'aspirer l'eau de la piscine à la partie supérieure du boîtier 12, cette circulant ensuite à l'intérieur du boîtier, dans une direction gé nérale verticale et de haut en bas. Dans le cas d'un assemblage de combustible de forme prismatique droite à section carrée, on peut prévoir quatre lignes d'aspiration comportant chacune une tubulure 17 et une conduite 16 reliée à une unité d'aspiration de pompage 18, les axes des tubulures 17 étant alignés deux à deux et posés suivant deux directions à 90 suivant les médianes de la section l'alvéole dans laquelle est disposé l'assemblage de combustible dont on effectue nettoyage. Chacune des lignes d'aspiration comportant une tubulure 17 et conduite peut être reliée à une unité de pompage 18 qui lui est propre au contraire, plusieurs lignes d'aspiration ou même l'ensemble des lignes d'aspiration peuvent être reliées à une unité de pompage et d'aspiration commune. Pour réaliser le nettoyage de l'assemblage de combustible, on fixe l'embout supérieur 8 de l'assemblage de combustible à un moyen de levage 20 qui peut être un moyen de levage et de manutention des assemblage combustible dans la piscine de désactivation 3 et on réalise le levage l'assemblage de combustible dans la direction verticale correspondant à la direction axiale de l'assemblage de combustible, comme représenté de ma nière conventionnelle par la flèche 19. La hauteur du boîtier d'aspiration 12 est sensiblement inférieure à la longueur l'assemblage de combustible dans la direction axiale, de sorte qu'on réalise, à l'intérieur du boîtier, un nettoyage de l'assemblage de com bustible tronçon par tronçon. Le levage de l'assemblage de combustible peut être réalisé en continu ou, au contraire, de manière discontinue, des tron çons successifs de l'assemblage de combustible étant placés successive ment à l'intérieur du boîtier d'aspiration 12 dans lequel on réalise le net toyage. L'eau de la piscine, aspirée depuis la partie inférieure du boîtier d'as giration pénètre dans le boîtier par son ouverture supérieure à la péri phérie l'assemblage de combustible 4 qui est déplacé dans la direction verticale a l'intérieur du boîtier 12. L'eau de la piscine circule à l'intérieur du boîtier d'aspiration 12 dans une direction sensiblement verticale et de haut en bas de manière à traverser les interstices entre les grilles et les crayons entre les crayons de combustible de l'assemblage de combustible par exemple à partir des quatre faces de l'assemblage de combustible. La circulation de l'eau de nettoyage à travers le tronçon d'assemblage de combustible disposé à l'intérieur du boîtier d'aspiration 12 est réalisée dans le sens inverse de la circulation de l'eau de refroidissement dans l'as semblage de combustible en position dans le réacteur nucléaire. Cette cir culation en sens inverse de l'eau de nettoyage permet de détacher des dé bris qui ont pu être coincés dans des interstices de l'assemblage de com bustible pendant le fonctionnement du réacteur nucléaire du fait que l'eau de refroidissement transporte des débris. L'eau de nettoyage renfermant éventuellement des débris est récupé rée par dispositifs d'aspiration constitués par les tubulures 17, les con duits 16 les pompes 18 pour être refoulée dans un ou plusieurs filtres 21 permettant de séparer les débris récupérés dans l'assemblage de combusti ble de l'eau qui est rejetée dans la piscine 3. L'efficacité du nettoyage par une circulation d'eau à contre-courant de la circulation normale d'eau de refroidissement dans l'assemblage de com bustible peut être accrue en injectant dans le flux d'eau entrant dans le boî tier 12, comme représenté par les flèches 22, un courant d'air comprimé ou encore de la carboglace formée par congélation de gaz carbonique. On crée ainsi des turbulences locales au voisinage des surfaces de l'assemblage de combustible balayées par l'eau et on favorise le décollement des particules, éventuellement adhérentes sur des parties de l'assemblage de combustible ou insérées dans des interstices entre les éléments de l'assemblage de combustible. Pour réaliser l'injection d'air comprimé ou de carboglace dans le cou rant 22 d'eau de la piscine entrant dans le boîtier 12, on utilise des conduits d'injection 23 reliés à la partie d'entrée ou à la partie médiane du boîtier 12 par exemple sur quatre côtés du boîtier au-dessus des quatre tubulures d'aspiration 17. A leur extrémité opposée au boîtier 12, les conduites d'injection sont reliées à des réservoirs d'air comprimé 24 et/ou à des réservoirs de carbonique associés à un système de réfrigération du gaz carbonique en voyé dans la conduite d'injection 23. Le nettoyage de l'assemblage de combustible est réalisé en dépla çant l'assemblage de combustible dans la direction verticale, comme indique par la fleche 19, de manière à réaliser le balayage par les courants d'eau nettoyage de toutes les parties de l'assemblage de combustible depuis son embout supérieur 8 jusqu'à son embout inférieur 7. Les courants d'eau de nettoyage permettent en particulier de décoller des débris coincés entre crayons et les grilles-entretoises ou entre les crayons ou encore dans embouts et plus particulièrement dans l'embout inférieur 7. Après avoir effectué le nettoyage complet de l'assemblage de - bustible on redescend l'assemblage de combustible dans sa position de stockage à l'intérieur de l'alvéole 2b et on déplace l'ensemble de nettoyage 10 jusqu'à une nouvelle position de nettoyage d'un assemblage de combus tible 4 contenu dans le râtelier 1. peut également réaliser le nettoyage des assemblages de com bustible a poste fixe, l'ensemble de nettoyage 10 étant placé à demeure au- dessus d'une alvéole du râtelier de stockage 1 dans laquelle on amène suc cessivement les assemblages de combustible à nettoyer. II est à remarquer que l'utilisation de plots 13 de fixation du dispositif de nettoyage d'une certaine longueur peut nécessiter de réaliser la mise en place des plots 13 dans des alvéoles ne contenant pas d'assemblage de combustible. II est également possible d'utiliser des plots 13 venant s'encas trer dans la partie supérieure des alvéoles du râtelier de stockage au-dessus d'assemblages de combustible en position de stockage. Dans tous les cas, le procédé et le dispositif suivant l'invention mettent de réaliser rapidement et sans difficulté un nettoyage efficace assemblage de combustible irradié contenu dans un râtelier de stockage, a l'intérieur d'une piscine de désactivation. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit. C'est ainsi que le boîtier 12 et les moyens d'aspiration de l'eau de la piscine à l'interieur du boîtier 12 peuvent présenter des formes de réalisation différentes celles qui ont été décrites. On peut introduire dans l'eau de nettoyage tout additif permettant d'augmenter l'efficacité du nettoyage. L'invention s'applique de manière générale au nettoyage de tout as semblage de combustible irradié déchargé d'un réacteur refroidi par de l'eau légère. REVENDICATIONS 1.- Procédé de nettoyage d'un assemblage de combustible (4) d'un réacteur nucléaire refroidi par de l'eau constitué par un faisceau de crayons de combustible (5) maintenus dans des dispositions parallèles entre elles à l'intérieur d'une ossature (6, 7, 8) de l'assemblage de combustible, ayant une forme générale prismatique droite allongée suivant une direction axiale faisceau suivant laquelle sont disposés les crayons (5), l'assemblage combustible (4) étant stocké sous eau dans une piscine de désactivation à l'intérieur d'un râtelier de stockage (1), dans lequel l'assemblage de com bustible est placé avec son axe vertical et dans une position analogue à sa position dans le réacteur nucléaire en service, caractérisé par le fait - déplace l'assemblage de combustible dans la direction verti cale et de en haut, depuis une position à l'intérieur du râtelier (1), à vers un hier d'aspiration (12) disposé au-dessus du râtelier, dont la Leur est inferieure à la longueur axiale de l'assemblage de combustible, - aspire de l'eau (22) de la piscine (3) par une ouverture du " tier débouchant dans la piscine (3), de manière à la faire circuler dans boîtier (1 au contact de l'assemblage de combustible, dans une direction sensiblement verticale et de haut en bas, et - 'on récupère l'eau ayant circulé au contact de l'assemblage combustible. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait injecte, dans l'eau circulant dans le boîtier (12), une substance permettant de créer turbulences au voisinage de surfaces de l'assemblage de - bustible balayées par l'eau en circulation dans le boîtier (12). 3.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que substance injectée dans l'eau de nettoyage est constituée par l'une substances suivantes : air comprimé, carboglace obtenue par congélation gaz carbonique. 4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, ractérisé par le fait qu'on filtre l'eau récupérée ayant circulé au contact de l'assemblage de combutible. 5.- Dispositif de nettoyage d'un assemblage de combustible (4) réacteur nucléaire constitué par un faisceau de crayons de combustible maintenus dans dispositions parallèles entre elles à l'intérieur d'une os sature (6, 7, 8) l'assemblage de combustible, ayant une forme générale prismatique droite allongée suivant une direction axiale du faisceau suivant laquelle sont disposés les crayons (5), l'assemblage de combustible étant stocké sous dans une piscine de désactivation (3), à l'intérieur d'un râte lier de stockage (1) dans lequel l'assemblage de combustible (4) est place avec son axe vertical et dans une position analogue à sa position dans réacteur nucléaire en service, caractérisé par le fait qu'il comporte - un boîtier de forme générale tubulaire présentant une section de dimension supérieure à la section transversale de l'assemblage de combus tible (4) pour permettre le passage de l'assemblage de combustible (4) à travers le boîtier (2), une plaque de base (11) traversée par une ouverture d'une dimension supérieure à la dimension de la section transversale de l'assemblage de combustible (4) sur laquelle repose le boîtier (12) par une extrémité inférieure, autour de l'ouverture (14) traversant la plaque de base (11), - des moyens d'aspiration d'eau (17, 16, 18) dans une partie inférieure du boîtier (12) au-dessus de la plaque de base (11) sur laquelle le boîtier (12) repose par son extrémité inférieure, et - un moyen de levage (20) de l'assemblage de combustible (4) dans la direction verticale (19). 6.- Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que moyens (23, d'injection d'une substance dans le boîtier (12) sont relies au boîtier (1 au-dessus d'une zone d'aspiration (17) d'eau de la piscine dans le boîtier (12). 7.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 5 et ractérisé par fait que les moyens d'aspiration (16, 17, 18) d'eau dans le boîtier (12) comportent au moins un ensemble d'aspiration comportant une tubulure (17) débouchant dans une partie inférieure du boîtier (12), unité d'aspiration (18) telle qu'une pompe placée au-dessus du niveau supérieur de piscine (3) et une conduite (16) joignant une partie d'aspiration de pompe (18) à la tubulure (17). 8.- Dispositif suivant la revendication 7, dans le cas d'un assemblage (4) ayant une section transversale de forme carrée, caractérisé par le fait que moyens d'aspiration (16, 17, 18) comportent quatre ensembles - piration comportant chacun une tubulure d'aspiration débouchant dans le boîtier (12) en vis-à-vis d'une face de l'assemblage (4) de forme prismatique à section carrée.