Brevet FR2874735A1 — publié le 20060303

Le brevet BF 8027759 du 30/12/1980, du présent auteur, puis i'articie " A coid bottom supported vessel for sodium-cooled reactors", Nuclear Technology, vol 67, octobre 1984, présentent un réacteur refroidi au sodium, du type "intégré", dont la cuve contient le c u̇r nucléaire, ainsi que des échangeurs primaires et des pompes suspendus depuis le haut. Sur la base en béton est supporté le fonds de cuve, maintenu par exemple à environ 100[deg] par un circuit de refroidissement. L'auteur a ensuite proposé l'ancrage direct du fonds et du circuit au béton du puits de cuve. Ce fonds est surmonté d'une couche de sodium, se stratifiant en gradient thermique sur une hauteur d'environ 3 m, qui contient les supports, en viroles concentriques, du "sommier" circulaire des éléments combustibles, sous pression de sodium à environ 400[deg].La fuite thermique vers le bas dans le sodium est faible par rapport à la puissance du réacteur. Elle est encore diminuée par des inclusions, absorbant une part des rayonnements et aptes à amortir tout mouvement du sodium ou à arrêter un éventuel écoulement accidentel de combustible fondu. Par rapport à la solution où la cuve est suspendue par le haut, le c u̇r reposant sur le fonds de cuve, on obtient une construction plus simple, une grande robustesse, et la possibilité de charger le sommier par une plus grande quantité de combustibles usés en attente de retraitement. Dans le même but, le brevet BF 88 11370 du 30/8/1988 du même auteur décrivait une cuve posée pour un réacteur "à boucles" dans lequel les échangeurs et les pompes, extérieurs à la cuve, lui sont reliés par des canalisations. Selon ce brevet, dans un but de compacité et de sécurité, les canalisations sous pression alimentant le c u̇r restent sous le niveau de la cuve du réacteur, enfermées dans des tunnels du génie civil dont, pour limiter les éventuelles fuites, le volume restant est garni de remplissages amovibles. Le sommier repose sur le fonds froid par des viroles concentriques, traversant la zone de stratification. Le sodium à 400[deg] arrive du bas sous pression par des canalisations verticales excentrées, chacune contenue dans une virole soudée au fonds froid et au sommet de la canalisation, formant une gaine de gaz pour l'isolation thermique.Les canalisations sont raccordées au sommier par des jonctions glissantes, critiquables sur le plan mécanique et qui empêchaient l'établissement sous le sommier de la zone continue à basse pression nécessaire au fonctionnement des dispositifs usuels de piston contre l'envol accidentel des éléments combustibles depuis le sommier. Les canalisations sous le c u̇r pouvaient donner lieu à des fuites supplémentaires de neutrons. La présente invention décrit un réacteur à boucles et à fonds de cuve froid posé 1, résolvant ces difficultés. Chaque canalisation verticale 11, provenant d'une pompe et pénétrant par le fonds froid, s'encastre sous une partie 10 du sommier dont la forme en plan est un secteur de cercle, formant une boîte indépendante dite secteur. Les secteurs, centrés chacun par l'axe de cette canalisation 11, sont à froid un peu écartés entre eux et, se dilatant à la température normale de fonctionnement, viennent au contact. Les supports de chaque secteur sont constitués par un tube 12 entourant la canalisation et par des portions 13, 14 de viroles circulaires, centrées sur la canalisation. Il apparaît ainsi très peu de contraintes thermiques lors de l'établissement du gradient de température. Ces canalisations ascendantes 11 sont implantées à l'extérieur de la zone centrale d'implantation des assemblages combustibles du c u̇r nucléaire, pour permettre le débouché inférieur de ceux-ci sur une zone à basse pression. La cuve posée, dans le puits à parois refroidies, est libre en son sommet. De l'argon fourni autpur de sa base monte jusqu'à son sommet et il est récupéré au dessus du réacteur pour recyclage. Pour le refroidissement à l'arrêt, du sodium peut être introduit autour de la cuve. Pour correspondre au réseau triangulaire des pieds des éléments combustibles, on envisage 2, 3 ou 6 secteurs. L'invention sera décrite pour le cas de trois boucles et donc de trois secteurs de sommiers, à l'angle de 120[deg]. On utilise les figures suivantes : Fig 1. Coupe en élévation sur le bloc réacteur. Fig 2. Coupe en élévation pour une boucle. Fig 3. Vue en plan au niveau du sommier et au niveau des raccordements supérieurs. Le puits de cuve en béton comporte un fonds métallique 1 refroidi à environ 100[deg]C par des circuits d'eau 2, et des parois verticales 3 également refroidies. Sur le fonds est soudée la paroi cylindrique 4 de la cuve du réacteur, qui en partie haute, sous le niveau de sodium, porte les canalisations 5 de sortie du sodium chaud (environ 560[deg]C). Cette paroi n'est pas reliée à la dalle supérieure 6, pour éviter d'avoir à interposer un redan de dilatation. Ceci permet une circulation d'argon fourni à la base en 7, entre les parois 3 et 4, et venant au dessus du réacteur, avant purification et recyclage. Si l'on fournit du sodium à la place de l'argon, jusqu'à un niveau choisi, on intensifie la fuite thermique de la cuve vers la paroi 3, ce qui contribue au refroidissement de secours du réacteur, ou même à son refroidissement normal à l'arrêt.Un tel refroidissement, agissant plus près du c u̇r, est plus intense dans ce cas du réacteur à boucles que dans celui du réacteur intégré. Le sommier des éléments combustibles 8 est constitué de trois boîtes accolées 10, 10a et 10b, ou secteurs, en forme de secteurs circulaires à 120[deg], supportés à environ 3m au dessus du fonds 1, chaque secteur étant alimenté en sodium à 400[deg]C par une canalisation verticale telle que 11 provenant d'une boucle externe et traversant le fonds. Autour de cette canalisation, un tube 12 ménage un espace annulaire rempli de gaz, pour l'isolation thermique. Le support de chaque secteur à partir du fonds 1 est constitué par ce tube 12 soudé au fonds, entourant la canalisation 11 et soudé à celle-ci en son sommet, et par des portions 13, 14 de viroles circulaires concentriques à cette canalisation, appuyées en haut et en bas entre des calages tels que 15.Ces viroles peuvent être relativement minces et leur flambage par compression accidentelle est empêché par des surépaisseurs sur les bords verticaux. Pour accroître la stabilité en cas d'accident ou de séisme, on leur adjoint des tire-fonds . 16 vissés depuis le dessus du secteur dans le fonds 1. La canalisation 11 est fixée de manière étanche au secteur 10 qu'elle alimente, par un appui circulaire et un bridage constitué soit d'un ensemble de boulons, soit de vis verticales 18 insérées entre le débouché de la canalisation et l'orifice qui le reçoit, actionnables depuis le dessus. De cette manière, entre le fonds 1 à 100[deg]C et l'ensemble des secteurs 10 du sommier à 400[deg]C, il s'établit dans le sodium une stratification thermique qui tend à épanouir en cônes les tubes 12 et les viroles 13,14, sans contraintes thermiques appréciables, chaque secteur restant centré sur son tube 12. Les parois latérales des secteurs se rapprochent et pour la température de fonctionnement parviennent au contact par l'intermédiaire d'appuis réglés, assurant dès lors un fonctionnement neutronique sans particularité pour le coeur. Les canalisations 11, ainsi fixées au sommet, se dilatent en restant verticales grâce à des butées inférieures 17, placées à leur angle de liaison aux pompes, sous le fonds 1. Les canalisations 11 d'alimentation sont implantées à l'extérieur de la zone centrale du sommier recevant les éléments du c u̇r. On limite ainsi les fuites de neutrons et rayonnements par ces canalisations, et on assure aux pieds des éléments 8 du c u̇r un débouché inférieur sur une zone à basse pression convenant aux dispositifs anti-envoi de ces éléments. Au dessus des secteurs 10, 10a et 10b sont attachées des parois verticales telles que 20 en forme de tiers de cylindre, entourant la zone des éléments implantés. Une étanchéité relative est obtenue en terminant latéralement ces parois par des feuillures 21 permettant l'insertion de lames 22. Chaque secteur étant aiimenté par une pompe, on risque des dissymétries de refroidissement. On pourrait équilibrer en parallèle ies sorties de pompes par une tuyauterie supplémentaire. On joint ici deux à deux les secteurs du sommier, par des lyres 23 en U renversé, plantées en périphérie sur des pieds anti-envoi en piston sur ia zone inférieure à basse pression. Dans les boudes externes, ies échangeurs chauffent un courant de sodium secondaire ou de gaz carbonique pour une turbine à gaz. On a figuré un échangeur-pompe, dont ia cuve 30 contient ia pompe 31 et en périphérie les faisceaux d'échange 32. Le sodium arrive en haut à environ 560[deg]C par une ou plusieurs canalisation 33 prolongeant les canalisations 5, et passe à environ 400"C avant d'être envoyé par la pompe dans une canalisation axiale inférieure 34, incluse dans un tube 35 en gradient thermique isoié par gaine de gaz, qui supporte ia cuve 30, maintenue par un centrage supérieur 36. Les canalisations 33 sont sinueuses en 37 dans un pian horizontal pour ies dilatations, sans donner iieu à un risque de siphonnage. En partie basse, on relie la sortie verticale de pompe 34 à une canalisation verticale 11 par une conduite 40 contenue dans un tunnel résistant en béton. On a figuré une liaison droite avec des effets de dilatation radiaux, entre ies axes des canalisations 34 et 11, iiaison comportant un soufflet 41 de dilatation entre la butée 17 et une butée 42 sous l'échangeur. Ce soufflet peut être implanté dans une cavité 43 accessible par un puits oblique normalement obstrué. Un changement de soufflet, en télécommande depuis le haut, est rendu possible par le gel du sodium dans les canalisations. Cependant, les échangeurs peuvent être disposés d'un seui côté de ia cuve du réacteur et ies canalisations de iiaison sont aiors pius iongues et sinueuses, sans soufflet. La cuve et les échangeurs-pompes peuvent être contenues dans un massif unique de béton, qui est soumis à des contraintes thermiques du fait des inclusions à 100[deg], ou davantage en cas de refrpidissement comme ci-dessus. Le béton est donc précontraint, pouvant former une étoile à trois branches schématisée par ie tracé en pian 44. Un tel réacteur à boucies présente une grande robustesse notamment sismique, une grande simplicité, une bonne accessibilité des composants donnant lieu à des montages et démontages plus aisées, et un encombrement minimum, favorable à une implantation en puits pour la sécurité. Les contraintes thermiques sont limitées et ia construction est donc durabie. Comme dans ie cas du réacteur intégré, on peut prévoir une grande surface de sommier pour ie c u̇r et pour ie combustible usé, pour une longue durée de stockage favorisant l'économie des manutentions et du retraitement. Revendications. R1. Réacteur nucléaire refroidi au sodium, du type comportant une cuve dont le fonds 1 est posé sur le béton du puits de cuve et dont le sommier sous pression, recevant les pieds des assemblages combustibles du c u̇r ou d'un stockage périphérique, est supporté par le fonds à travers une zone en gradient thermique, l'alimentation de ce sommier étant fournie de l'extérieur par des canalisations ascendantes 11 isolées traversant le fonds, caractérisé en ce que le sommier est segmenté en plusieurs boîtes 10 en forme de secteur circulaire, chaque boîte, dite secteur, recevant une de ces canalisations. R2. Réacteur selon R1, caractérisé en ce que le supportage de chaque secteur 10 est assuré par un tube d'isolation 12 autour de la conduite d'alimentation 11 et par des portions 13, 14 de viroles circulaires verticales concentriques à ce tube. R3. Réacteur selon R1 ou R2, caractérisé en ce que les canalisations ascendantes 1 1 sont implantées sous les zones du sommier extérieures à la zone centrale d'implantation des assemblages combustibles du c u̇r nucléaire. R4. Réacteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que sa cuve posée, contenue dans le puits muni de moyens de refroidissement, est libre de dilatation verticale en son sommet, de l'argon étant fourni autour de sa base, montant jusqu'à son sommet et étant récupéré au dessus du réacteur pour recyclage. R5. Réacteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que du sodium peut être intrpduit autour de la cuve.