Brevet FR3008221A1 — publié le 20150109

REACTEUR NUCLEAIRE A NEUTRONS RAPIDES EQUIPE D'UN RECUPERATEUR DE CORIUM DESCRIPTION Le sujet de l'invention présente est un réacteur nucléaire à neutrons rapides équipé d'un récupérateur de corium (Corium : amas de combustibles et d'éléments de structure d'un réacteur nucléaire fondes et mélangés, pouvant se former en cas d'accident, selon la commission de terminologie et de néologie française). L'accident le plus grave susceptible d'arriver à un réacteur nucléaire est la fonte du coeur. Des récupérateurs de coeur fondu (corium) ont ainsi été proposés sur certains réacteurs à eau pressurisée et sont parfois appelés « cendriers ». Ils comprennent notamment une couche inférieure de béton, sur laquelle le corium tombe après avoir traversé les structures situées au-dessus. Les jets de corium érodent le béton, et le fondent en lui cédant la plus grande partie de leur chaleur. On a ainsi l'espoir de confiner le mélange de corium et de béton sur un radier qui restera intact. On entreprendra alors de refroidir complètement le corium en faisant circuler un liquide de refroidissement le long du radier. Des incertitudes considérables existent pourtant sur les conditions réelles à affronter, les accidents ayant été très peu nombreux. Il est donc difficile de garantir que le récupérateur de corium sera suffisant, en ce qui concerne le confinement, l'évacuation de la puissance résiduelle et la modération de criticité du mélange. Il faut ajouter que des accidents hypothétiques de réacteur à neutrons rapides, impliquant un corium plus chaud et un liquide de refroidissement tel que le sodium bouillant à 900°C, produiraient des conditions plus difficiles qu'avec les réacteurs à eau pressurisée. Un récupérateur de corium d'un genre nouveau est proposé comme l'invention. Il est caractérisé surtout pour le choix d'un nouveau matériau pour le constituer : ce récupérateur sera composé principalement d'un lit de plomb posé sous le coeur. Si un accident se produit, le corium, tombant sur le lit de plomb, le fondra. Toutefois, le corium flottera sur le plomb liquide plus dense et s'étalera sur sa surface supérieure, au lieu d'atteindre immédiatement un radier métallique sous-jacent. L'étalement du corium favorisera son refroidissement initial et limitera les risques qu'un accident de criticité advienne. Les endroits que le corium pourrait atteindre, à la périphérie du lit de plomb, seront connus à l'avance et pourront être protégés de façon économique. Enfin, le refroidissement final du corium sera facile à entreprendre, sa position étant connue, et le radier étant protégé, en faisant circuler du liquide de refroidissement sous le radier protégé par le matelas de plomb et en exploitant les convexions naturelles du sodium et du plomb fondu sur et sous la couche de corium. Le lit de plomb restera solide dans les conditions normales de fonctionnement et ne gênera donc pas l'exploitant. Il pourra être commodément composé de lingots, qui seront apportés successivement, juxtaposés et empilés. Le plomb formera quand même une couche continue, en cas d'accident, en fondant. Le lit de plomb peut être situé entre la cuve principale et une cuve de sécurité, entourant la cuve principale par-dessous elle, ou dans un puits de cuve contenant notamment la cuve principale ; dans ce dernier cas, il pourra être alors aussi au-dessous de la cuve de sécurité, si elle existe. Le lit de plomb peut être posé sur une couche réfractaire (ou sur un radier métallique continu), afin de mieux protéger les structures sous-jacentes et environnantes de l'échauffement. La couche réfractaire (ou le radier métallique) peut être en forme de coupelle pour mieux retenir le corium fondu sur le lit de plomb, qui garnit alors le fond de la coupelle : elle comporte pour cela une portion périphérique annulaire qui s'élève autour du lit de plomb. Il est avantageux que le lit de plomb ait la plus grande extension latérale possible pour permettre au corium de s'étaler sur une grande surface et la refroidir plus facilement, et limiter les risques de criticité, grâce à une plus faible épaisseur de la couche qu'il formera. Il est encore avantageux que le lit de plomb, ou la couche réfractaire quand elle existe, soit posé sur une enveloppe derrière laquelle s'étend un circuit parcouru par un fluide de refroidissement, et qui sera mis en action au moins pendant l'accident. Cette enveloppe peut consister en la cuve de sécurité, une doublure cylindrique du puits de cuve ou un plateau récupérateur du corium situé au fond du puits de cuve, selon le cas. Les différents aspects de l'invention seront maintenant décrits plus en détail, au moyen des Figures suivantes 1 et 2, qui en illustrent deux modes de réalisation possibles. Ces modes de réalisation sont donnés à titre purement illustratif, d'autres étant évidemment possibles. On aborde le commentaire de la Figure 1. Un réacteur à neutrons rapides comprend une cuve principale 1, contenue dans un puits de cuve 2 et contenant un coeur 3. Le puits de cuve 2 est fermé par une dalle 4, que traversent des barres de commande 5 du coeur 3. Le réacteur comprend encore une cuve de sécurité 6, entourant la cuve principale 1 par dessous elle et s'étendant donc elle aussi dans le puits de cuve 2. La cuve de sécurité 6 est en appui sur un radier 7 formant le fond de puits de cuve 2, par un plot de support 8 au centre du radier 7 et par des rouleaux 9 d'axe horizontal. Cette disposition permet des déformations de la cuve de sécurité 6 sans qu'apparaissent des contraintes importantes. Un dispositif d'inspection 10 de la cuve principale 11 s'étend sous le fond de celle-ci et consiste en une tige courbe porteuse de capteurs, mise en mouvement par la rotation d'un axe 11 vertical central, s'étendant à partir du plot de support 8 et traversant le fond de la cuve de sécurité 6. La cuve de sécurité 6 est garnie d'une couche réfractaire 12, qui s'étend, non seulement sur le fond de celle-ci, mais sur ses parties latérales, jusqu'à toucher la cuve principale 1. Cette portion périphérique et annulaire de la couche réfractaire 12 porte la référence 13 et donne donc une forme de coupelle, ouverte vers le haut, à la couche réfractaire 12. Un lit de plomb 14 est posé sur le fond de la couche réfractaire 12, jusqu'à la portion périphérique 13. Ce lit de plomb a une épaisseur minimale de 40 cm (dans ce mode de réalisation). En cas d'accident et de fonte du coeur 3 du réacteur, le corium, transperçant le fond de la cuve principale 1, tombera sur le lit de plomb 14 et le fondra. Le lit de plomb 14 continuera cependant de former une couche continue et empêchera le corium de le transpercer et d'éroder le fond de la couche réfractaire 12, puis celui de la cuve de sécurité 6. L'absorption de chaleur par le lit de plomb 14 sera importante, ainsi que celle du rayonnement ionisant. La portion périphérique 13 sera atteinte par le corium fondu juste au-dessus du lit de plomb 14 et sera donc susceptible d'être attaquée, mais il sera facile de la renforcer à cet endroit précis, en la rendant plus épaisse, ou en la construisant en une céramique aux propriétés réfractaires supérieures. Les structures environnantes ne seront jamais attaquées si la portion périphérique 13 résiste comme le lit de plomb 14, et le corium séjournera donc en une couche mince sur le lit de plomb 14, sans limitation prévisible de durée. Le refroidissement final pourra être entrepris par des moyens actifs, en faisant circuler un liquide de refroidissement dans un circuit 15 situé entre la cuve de sécurité 6 et le puits de cuve 2, et qui soutirera donc la chaleur directement de la région la plus chaude. Une évacuation par convexion existera aussi dans le sodium (ou plus généralement le fluide) primaire qui baigne le coeur 3 et le corium. Si le lit de plomb 14 forme une couche continue quand il est fondu, il n'est pas nécessaire qu'il soit continu auparavant, et il peut être composé de lingots juxtaposés et empilés, afin de faciliter sa mise en place. On passe aux commentaires de la Figure 2. Elle représente un réacteur nucléaire à neutrons rapides comprenant certains éléments analogues à ceux de la réalisation précédente, et en particulier une cuve principale 20, une cuve de sécurité 21, entourant la cuve principale 20 et s'étendant au-dessous d'elle, un puits de cuve 22 dans lequel les cuves 20 et 21 sont enfoncées, un coeur 23 dans la cuve principale 1 et un platelage 24 de support du coeur 23. On a ici choisi de représenter le coeur 23 à un état dégradé à la suite d'un accident, et un corium 25 a coulé du coeur 23, traversé le platelage 24, et transpercé le fond des cuves 20 et 21. La cavité au fond du puits de cuve 22 est munie d'un plateau récupérateur 26, sur lequel on a installé une couche réfractaire 27, munie d'une portion périphérique 28 annulaire s'élevant du fond, et un lit de plomb 29 sur la couche réfractaire 27. Le lit de plomb 29 est ici représenté à l'état fondu. Le corium 25 forme encore une couche au-dessus de lui, qui s'étale jusqu'à la portion périphérique 28, ici encore renforcée si nécessaire pour lui résister. Ici encore, le plomb absorbe une grande partie de la chaleur du corium 25, protège la couche réfractaire 27 et le plateau récupérateur 26 et contribue à modérer la criticité du corium 25, en l'obligeant à s'étaler et en absorbant une bonne partie de son rayonnement. Ici encore, il est possible d'instaurer un circuit de liquide de refroidissement dans l'intervalle 31 entre le puits de cuve 22 et une doublure 30, qui lui est concentrique et s'étend jusqu'au plateau récupérateur 26. La portion périphérique 28 s'étend radialement jusqu'à la doublure 30. Le dispositif de l'invention et son fonctionnement ne sont donc guère différents entre les deux modes de réalisation. REVENDICATIONS1) Réacteur nucléaire à neutrons rapides, comprenant une cuve principale (1, 20), un coeur de réacteur (3, 23) situé dans la cuve principale et une cavité située sous la cuve principale, caractérisé en ce qu'il comprend un lit de plomb (14, 29) disposé sous le coeur et dans la cavité. 2) Réacteur nucléaire à neutrons rapides selon la revendication 1, caractérisé en ce que le lit de plomb est composé de lingots. 3) Réacteur nucléaire à neutrons rapides selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le lit de plomb est posé sur une couche réfractaire ou un radier métallique (12, 27). 4) Réacteur nucléaire à neutrons rapides selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche réfractaire comprend une portion périphérique (13, 28) annulaire qui s'élève en entourant le lit de plomb. 5) Réacteur nucléaire à neutrons rapides selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le lit de plomb est situé entre la cuve principale (1) et une cuve de sécurité (6) entourant la cuve principale par-dessous elle. 6) Réacteur nucléaire à neutrons rapides selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le lit de plomb est situé dans un puits de cuve (22) contenant notamment la cuve principale. 7) Réacteur nucléaire à neutrons rapides selon les revendications 3 et 5, caractérisé en ce que la couche réfractaire est posée sur la cuve de sécurité (6). 8) Réacteur nucléaire à neutrons rapides selon les revendications 3 et 6, caractérisé en ce que la couche réfractaire ou le radier métallique est posée sur un plateau récupérateur (26). 9) Réacteur nucléaire à neutrons rapides selon l'une quelconque des revendications 6 ou 8, caractérisé en ce que la couche réfractaire s'étend radialement jusqu'à une doublure (30) cylindrique du puits de cuve. 10) Réacteur nucléaire à neutrons rapides selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que soit le lit de plomb, soit la coucheréfractaire est posé sur une enveloppe derrière laquelle s'étend un circuit de refroidissement (15, 31).