Brevet FR2963845A1 — publié le 20120217

Un réacteur nucléaire refroidi au sodium utilise des éléments combustibles formés de tubes hexagonaux verticaux accolés contenant en général de l'oxyde d'uranium dans des gaines métalliques. Ces éléments sont plantés dans un ""sommier", plaque creuse horizontale les alimentant sous pression en sodium liquide à environ 400°C, et sont renouvelés après avoir produit une importante énergie. Dans d'autres tubes hexagonaux, des barres de Contrôle sont déplacées par des pinces en bout de tiges verticales et laissées en position basse pour l'arrêt du réacteur, les tiges alors relevées. Autour du coeur central, des éléments "fertiles" d'uranium appauvri où se forme du combustible supplémentaire, et des blindages, utilisent des tubes hexagonaux de mêmes dimensions. Les éléments usés 1 0 sont placés en périphérie du sommier pendant une longue période, pour une décroissance radioactive facilitant leur retrait et leur traitement. Ces éléments sont chargés sur le sommier, ou déchargés vers des installations d'examen et stockage, par un système de manutention. Dans la disposition "deux bouchons tournants", le couvercle de cuve du réacteur porte un grand bouchon pouvant être tourné 4 , sur lui-même en restant étanche grâce à une jupe plongeant dans une rigole circulaire contenant un alliage fusible, et dans ce grand bouchon un bouchon décentré plus petit peut être également tourné, portant le bloc de commande des barres de contrôle et deux colonnes de manipulation verticale. Des rotations combinées des deux bouchons amènent la première aux emplacements voulus pour les manoeuvres de pose et dépose en zone ZO centrale. La seconde comporte un manipulateur décalé par un bras horizontal tournant, assurant les manoeuvres des éléments posés en périphérie du sommier. L'encombrement et le prix de ces matériels, et la difficulté pour obtenir l'étanchéité autour des bouchons, font rechercher une autre disposition. Selon l'invention, pour un réacteur nucléaire dont les éléments combustibles sont 5 portés par un sommier, avec au dessus un bloc de commande de barres de contrôle qui peut être relevé dans une cellule supérieure en laissant les barres insérées dans le coeur et libérant l'espace au dessus des éléments posés, les manipulations sont assurées par plusieurs machines descendues dans des puits verticaux implantés dans le couvercle de cuve autour de la cellule supérieure. Chaque machine orientable en rotation introduit sous 'SC`' ce couvercle un organe de projection horizontale pour un tube vertical atteignant ainsi un emplacement choisi, et dans lequel coulisse un grappin de préhension des éléments. En particulier, on utilise trois machines identiques, chacune desservant plus du tiers des emplacements d'éléments, compte tenu de trois zones communes dans la région du coeur. La présente invention est décrite à l'aide des figures suivantes : Fig 1 - élévation générale, Fig 2 - machine de manipulation Fig 3 - plan du sommier. La cuve 1 de révolution, remplie de sodium liquide jusqu'au niveau 2, contient un sommier sous pression plan 3 portant un réseau triangulaire équilatéral d'orifices dans lesquels s'enfoncent les pieds cylindriques d'éléments verticaux de section hexagonale : des éléments combustibles constituant le coeur nucléaire, des guides de barres de contrôle actionnées depuis le bloc supérieur 4 de commande, et en périphérie du coeur d'autres éléments. Les barres de contrôle étant décrochées et laissées dans le coeur pour l'arrêt nucléaire, le bloc 4 peut être relevé dans une cellule supérieure 5, libérant l'espace 6 entre les éléments posés sur le sommier et la dalle 7 de couvercle de cuve. Le système de manutention, contrôlé par logiciel, est constitué par trois manipulateurs disposés à 120 sur un cercle autour du bloc 4, pouvant par leurs rotations et leurs projections radiales couvrir l'ensemble des emplacements sur le sommier, y compris entre des composants placés en périphérie. Chaque manipulateur comporte, dans un puits 9 implanté dans la dalle 7, un corps cylindrique orientable 10 d'un diamètre lui conférant une grande rigidité pour des positionnements précis. La partie inférieure du corps 10, échancrée latéralement, contient le mécanisme de projection radiale et horizontale d'un tube cylindrique vertical 11 jusqu'à l'emplacement choisi. Pour le fonctionnement du réacteur, ce mécanisme est rétracté et l'ensemble est relevé et maintenu à une température modérée dans le puits. Pour la manutention, entreprise après une certaine baisse de température du 5- sodium, l'ensemble est descendu sur une portée 12 dans le puits et alors actionnable en rotation par un mécanisme représenté par une vis horizontale 13 avec son moteur. En position axiale dans le puits, le tube 11 peut être vidé ou chargé d'un élément hexagonal 14 à partir d'une hotte 15 placée au dessus du puits, actionnant un ensemble 16 de deux câbles suspendant un grappin 17 pouvant, par une différence de tension, saisir ou libérer un élément. Le tube 11 est alors projeté vers l'emplacement choisi. Lors de la projection, les câbles ainsi déviés sont appuyés sur une poulie 18 et sur le sommet du tube 11. Le mécanisme de projection est constitué par un "pantographe" à parallélogrammes articulés comportant de chaque côté du tube 11 des barres obliques 20 et 21 parallèles articulées en extrémités sur le tube 11 et sur une barre verticale 22, glissant dans le corps 10 sous l'action d'une vis verticale 23 actionnée par un moteur 24, ce qui assure le maintien de la verticalité du tube 11 . Des barres obliques 25, 26 inclinées dans l'autre sens relient les milieux des barres 20,21 au corps 10, ce qui assure l'horizontalité de la projection. La rigidité de ces pièces permet un positionnement précis du tube 11 sur l'emplacement choisi. Un détecteur non représenté fixé à la base du tube permet de vérifier ce positionnement avant descente de l'élément hexagonal 14 dans son emplacement sur le sommier Cet élément 14 doit être orienté avant son entrée dans le réseau. A cet effet, un entonnoir 30 à section interne hexagonale est orienté au sommet du tube 11 au moyen d'une dentelure circonférentielle attaquée par un pignon à axe vertical fixe 31 venant en contact lorsque le tube 11 se trouve dans l'axe du puits 10, pignon actionné par un moteur électrique 32. Un équipement non représenté immobilise la rotation de l'entonnoir 30 par rapport au tube 11 lorsque le pignon 31 n'est pas au contact, et un détecteur non représenté permet au logiciel de manoeuvre de contrôler l'orientation obtenue. L'entonnoir 30 se prolonge dans le tube 11 sur une hauteur suffisante pour imposer l'orientation de l'élément lors de son entrée dans l'ensemble porté par le sommier. Le bord supérieur de l'entonnoir est arrondi pour permettre le glissement des câbles 16. Au niveau supérieur du puits 9, la hotte 15, déplacée sur un plancher ou descendue par un palan, peut transporter les éléments restant verticaux, entre le réacteur et les locaux de traitement. Dans les réacteurs refroidis au sodium, le couvercle de cuve est dans son ensemble maintenu à une température de l'ordre de 150°C pour éviter le dépôt d'aérosols d'oxydes de sodium (mésos) ayant diffusé par la couverture gazeuse, et sa face inférieure est couverte d'une couche isolante 35. Pour le fonctionnement normal en sodium chaud, lorsque le système de manutention n'est pas en action, cette couche doit être reconstituée sous le puits 9. A cet effet, une plaque isolante 36 actionnée par un axe 37 est soit écartée latéralement selon la figure pour la descente du corps 10, soit plaquée sous le puits 9. Le système décrit peut transporter des éléments dont la puissance radioactive 30 résiduelle a suffisamment décru pour permettre leur séjour en gaz. Si l'on doit sortir rapidement un élément peu refroidi, il convient d'utiliser un récipient de transport rempli de sodium, d'un diamètre majoré. A cet effet, on prévoit en périphérie du sommier un espace pour un tel récipient, au dessous d'un orifice d'accès dans la dalle de couvercle. Le pantographe peut sous sodium transporter l'élément désiré dans ce récipient, qui est ensuite extrait par une hotte spéciale vers un local de traitement. Par rapport au système à deux bouchons tournants, le système de manutention ainsi décrit permet de réduire l'espace utilisé dans la dalle 7 et de rapprocher de l'axe général les échangeurs et les pompes, d'où un diamètre réduit de cuve avec une économie de masse pour les structures et pour le sodium. Si des pompes ou échangeurs sont posés en périphérie du sommier, la projection permet d'utiliser les espaces intermédiaires pour des stockages. Les trois manipulateurs travaillant ensemble permettent de réduire les temps d'opération. La libération de l'espace au dessus du coeur, lorsque le bloc de commande 4 des barres de contrôle est relevé en cellule, facilite les inspections télévisuelles ou instrumentées. Les réparations sur la partie inférieure du bloc 4, soumise en fonctionnement dans le sodium chaud à des fatigues thermiques, et sur les manipulateurs eux-mêmes en cas de blocages, peuvent être effectuées au moyen d'outils portés par l'un ou l'autre des manipulateurs. Le plan de sommier (Figure 3) montre une disposition possible pour le sommier selon une autre invention, avec les échangeurs notés IHX et les échangeurs de refroidissement à l'arrêt notés DXH. Les composants notés H9, H2 et H3 correspondent aux trois puits du système de manutention selon la présente invention.