Brevet FR3001958A1 — publié le 20140815

PROCEDE ET CASIER D'ENTREPOSAGE DE COLIS DE SUBSTANCES RADIOACTIVES DANS UN PUITS DESCRIPTION Domaine de l'invention L'invention concerne le domaine de l'entreposage de colis de substances moyennement ou hautement radioactives dans des puits. L'invention concerne, à la fois, un casier d'entreposage, et le procédé d'entreposage, utilisant ce casier. On rappelle que l'entreposage de colis de déchets nucléaires consiste à entreposer de manière sécurisée ces colis, notamment de manière à les refroidir, de préférence avec une ventilation, pendant une étape assez longue. Cet entreposage est incontournable avant le stockage définitif des colis. Art antérieur et problème posé L'entreposage des colis de substances s radioactives dans des puits se fait par empilement de ceux-ci sur plusieurs niveaux, par exemple dix niveaux. La chaleur dégagée par les colis est, de manière générale, évacuée par une ventilation mécanique. 2 0 De manière générale, les colis sont empilés les uns sur les autres. Le but de l'invention est de proposer un autre concept d'entreposage de colis dans les puits ventilés. Exposé de l'invention 25 A cet effet, un premier objet principal de l'invention est un casier d'entreposage de colis de forme déterminée dans un puits de forme intérieure déterminée et constante, le casier étant constitué d'un bloc de matériau plein, possédant des cavités de forme correspondant à la forme des colis à entreposer. De préférence, la forme extérieure du casier correspond à la forme intérieure du puits de façon à tangenter cette forme intérieure du puits, dans le but de se comporter d'une façon analogue à un piston, lors d'une éventuelle chute du colis dans le puits. De préférence, le casier est réalisé dans un métal de bonne conductivité thermique tel qu'un alliage d'aluminium, de nickel, de chrome ou de cuivre. Le casier se complète avantageusement de : - un chanfrein externe inférieur à la base du casier ; et - un chanfrein interne supérieur en haut du casier, de forme correspondant à celle du chanfrein inférieur, dans le but d'assurer la stabilité d'un empilement de plusieurs colis. Il est intéressant, lorsque la forme extérieure du casier correspond à la forme intérieure du puits, de disposer d'un joint labyrinthe, à la base de la surface externe du casier, pour augmenter la perte de charge d'un écoulement autour du casier, et ralentir le casier en cas de chute dans le puits. De manière générale, les puits d'entreposage sont cylindriques ; dans ce cas, le casier est cylindrique. De manière à permettre la préhension d'un casier, celui-ci possède, de préférence, une gorge pratiquée dans la partie supérieure d'un alésage central, de manière à permettre la manutention du casier par un outil de préhension. Un deuxième objet principal de l'invention est un procédé d'entreposage de colis dans un puits, utilisant un casier tel qu'il est décrit précédemment, pour pouvoir y placer des colis à l'intérieur. Il est très avantageux de remplir d'hélium le puits et, par conséquent, les espaces laissés éventuellement libres par les colis. Liste des Figures L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la description suivante, accompagnées de quatre figures représentant respectivement : - figure 1, en perspective, une première réalisation envisagée du casier conforme à l'invention ; - figure 2, en perspective, une deuxième réalisation envisagée du casier conforme l'invention ; - figure 3, en coupe, le casier de la Figure 2, et - figure 4, un agrandissement de la partie inférieure d'un casier, conforme à l'invention. Description détaillée d'une réalisation de l'invention Le procédé de l'entreposage, selon l'invention, consiste donc à placer des colis dans des casiers, eux-mêmes empilés dans le puits d'entreposage. Une ventilation d'air est habituellement organisée entre un plénum inférieur du puits, à partir de prises d'air. L'air monte par thermo-siphonage, à l'intérieur d'une double enveloppe entourant le puits vers un plénum supérieur et une cheminée d'évacuation. Les casiers sont quasiment en contact avec la surface interne du puits. Ainsi, l'évacuation de la puissance thermique, générée par les colis placés dans les casiers, se fait par conduction avec la surface interne du puits. Pour améliorer cette évacuation de la puissance thermique développée par les colis, le casier est en alliage d'aluminium, de nickel, de chrome ou de cuivre, offrant ainsi une bonne conductivité thermique, et favorisant donc la dissipation de la chaleur dégagée par les colis. L'utilisation d'un tel casier permet également de limiter le rayonnement des colis à l'intérieur des puits et les débits de dose associés dans l'installation. En référence à la figure 1, dans chaque casier 1, sont ménagées des cavités 2. Les colis devant être stockés étant cylindriques, ces cavités sont elles-mêmes cylindriques et d'une hauteur correspondant à celle des colis à entreposer. Dans le cas de trois cavités 2 par casier 1, celles-ci sont donc placées à 120° les unes par rapport aux autres. Le diamètre intérieur des cavités 2 correspond, au jeu de manutention près, au diamètre externe des colis. En référence à la figure 2, il est avantageux de prévoir dans un autre type de casier 10, des cavités 12 au nombre de six, réparties de façon angulaire à 60°, de manière à laisser libre le centre. Toutefois, dans ce cas, on prévoit un alésage central 14, au milieu du casier 10 pour faciliter la préhension du casier par un outil de préhension. En référence à la figure 3, la rectitude de l'empilement de plusieurs casiers est assurée par un chanfrein externe inférieur 16, pratiqué entre la surface inférieure du casier 10 et sa surface cylindrique. En correspondance, en haut du casier 10, est prévu un chanfrein interne supérieur 18 de pente et de longueur égales à celle du chanfrein inférieur externe 16. Ainsi, sur au moins six niveaux différents, le centrage de six colis est assuré. Une telle disposition améliore grandement la stabilité de l'empilement ainsi réalisée et permet à ce dernier, lorsque le diamètre externe des casiers est inférieur au diamètre interne du puits, de ne pas heurter la paroi interne de ce puits. Le casier étant réalisé par un bloc plein, en l'occurrence d'un alliage d'aluminium, de nickel de chrome ou de cuivre, il présente une grande résistance mécanique et protège les colis en cas de chute. La figure 4 montre, en agrandissement, le coin inférieur d'un casier 10. Il est en effet avantageux de disposer d'un joint labyrinthe composé de plusieurs rainures 11, en bas de la surface cylindrique du casier. Ainsi, lors d'une éventuelle chute du casier dans un puits, l'écoulement d'air ou de gaz, entre le casier et la paroi interne, du puits s'en trouve très perturbé. Ceci provoque une perte de charge conséquente dans cet écoulement et contribue à ralentir la chute du colis dans le puits. La manutention d'un casier 10 à six cavités, c'est-à-dire pouvant posséder un alésage central 14, est effectuée par un outil de préhension, qui agit de façon centrale sur le casier. En correspondance, l'alésage central 14 possède, dans sa partie supérieure, une gorge 15 permettant à l'outil de préhension de venir s'encliqueter à l'intérieur. Selon le procédé conforme à l'invention, on prévoit de pouvoir remplir d'hélium le puits et les vides internes des casiers. Le puits est alors être fermé hermétiquement. Une telle mesure constitue non seulement une barrière de confinement supplémentaire mais également une meilleure diffusion de la puissance thermique des colis. Lorsque le puits est rempli d'hélium, lors de l'ouverture de celui-ci pour chargement ou déchargement des casiers, l'hélium s'échappe dans le hall de l'installation et est évacué par une ventilation. Une ventilation provisoire peut alors créer une dépression dans le puits, afin d'éviter une telle contamination en cas de chute. L'air du hall de manutention est alors aspiré suivant un débit suffisant pour compenser, par convection, la réduction de la quantité de chaleur évacuée par diffusion dans l'hélium. Après refermeture du puits d'entreposage, la ventilation provisoire évacue l'air résiduel, qui est remplacé à nouveau par de l'hélium, admis par la partie haute du puits. Avantages de l'invention Les dispositions du procédé du casier, selon l'invention, permettent d'augmenter la puissance thermique maximale acceptable dans une installation d'entreposage et se comportent également comme un bouclier de radioprotection en limitant les débits de dose dans l'installation et en réduisant ainsi la production de gaz de radiolyse dans cette dernière. Le casier permet d'entreposer un plus grand nombre de colis sur un même niveau. L'utilisation de l'hélium permet d'augmenter la diffusion de la puissance thermique entre les colis et le puits, à travers les jeux fonctionnels, autour des colis et des casiers. En effet, la conductivité thermique de l'hélium est environ six fois supérieures à celle de l'air. L'atmosphère en contact des colis est sèche et non corrosive pour les conteneurs. En effet, l'hélium remplace l'air résiduel non sec qui favorise les phénomènes d'oxydation (oxydo-réduction) des métaux constituant les puits et les colis. La présence de l'hélium et du casier d'entreposage en alliage permettent de supprimer les phénomènes de radiolyses qui, dans l'air atmosphérique, peuvent produire des radicaux chimiquement actifs, comme les oxydes d'azote, le peroxyde d'hydrogène ou l'ozone. Ceci permet de supprimer le balayage des puits d'entreposage par une ventilation nucléaire, à faible débit, car les gaz de radiolyse produits par le rayonnement des colis sur le reste des installations (puits, salle au dessus des puits) lors des opérations de manutention nécessitent une ventilation nucléaire spécifique. Le contact des casiers en alliage d'aluminium, de nickel, de chrome ou de cuivre permet une évacuation efficace de la chaleur dégagée par les colis dans leurs casiers. Les paniers empilés constituent des piles plus stables et moins sujettes à un défaut d'alignement en cas de chute d'un colis pendant la phase de manutention. REVENDICATIONS1) Casier (1, 10) d'entreposage de colis de forme déterminée dans un puits de forme intérieure déterminée et constante, le casier étant constitué d'un bloc de matériau plein dans lequel sont pratiquées des cavités (2, 12) de forme correspondant à la forme des colis à entreposer. 2) Casier (1, 10) d'entreposage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la forme extérieure du casier correspond à la forme intérieure du puits. 3) Casier (1, 10) d'entreposage selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est en alliage d'un métal du groupe comprenant l'aluminium, le nickel, le chrome ou le cuivre. 4) Casier (1, 10) d'entreposage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend : - un chanfrein externe inférieur (16), à sa base ; et - un chanfrein interne supérieur (18) en haut de celui-ci, de forme correspondante à celle du chanfrein inférieur (16), pour assurer la stabilité d'un empilement de plusieurs casiers (1, 10) placés les uns sur les autres. 5) Casier (1, 10) selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un joint à labyrinthe, constitué de rainures (11), à la base de la surface externe du casier (1, 10), pour améliorer la perte de charge d'un écoulement d'air autour du casier, en cas de chute de celui-ci dans le puits. 6) Casier (1, 10) d'entreposage selon la revendication 1 dans un puits de forme cylindrique, caractérisé en ce que le casier (1, 10) est lui-même cylindrique. 7) Casier (1, 10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il possède un alésage central (14) avec, dans sa partie supérieure, une gorge (15) pour permettre à un outil de préhension de saisir le casier (1, 10). 8) Procédé d'entreposage de colis dans un puits, utilisant des casiers (1, 10), selon l'une des revendications précédentes, pour y placer plusieurs colis à l'intérieur. 9) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que il consiste à remplir l'intérieur du puits d'hélium.