Brevet FR3016076A1 — publié le 20150703

- 4 - Cuve posée pour réacteur nucléaire. Le RNR , réacteur nucléaire à neutrons rapides, refroidi au sodium, comporte dans sa version « intégrée> une cuve dite primaire contenant un coeur nucléaire, des échangeurs intermédiaires, et les pompes pour faire circuler un circuit primaire de sodium dans le coeur et les échangeurs. Les aiguilles contenant le matériau réactif sont réunies en assemblages combustibles 3- plantés verticalement dans des tubes de centrage dits chandelles, joignant les deux parois horizontales d'une dalle-sommier, dans laquelle le sodium primaire est refoulé par les pompes à une température de l'ordre de 4000 et une pression de l'ordre de 5 bars. Par des orifices calibrés des chandelles, le sodium pénètre et monte dans les assemblages, aux débits désirés plus faibles en périphérie pour les éléments de protection et les assemblages usés stockés. Sortant des /c) assemblages à environ 550° et faible pression, le sodium est refroidi dans les échangeurs, qui chauffent des circuits secondaires de sodium reliés par canalisations à des générateurs de vapeur externes. Il en sort à 400° avant reprise par les pompes. Ces valeurs de température seront supposées conservées dans ce qui suit. Dans certains réacteurs, l'envol d'un assemblage sous l'effet de la pression du sodium dans la chandelle est prévenu par une ouverture vers un espace inférieur, s'agrandissant si le pied d'assemblage s'élève, ce qui réduit la pression et l'effet de piston. La même ouverture injecte en continu un débit de climatisation à 400° vers un espace annulaire doublant la paroi verticale de cuve primaire. Pour la cuve ici concernée, l'envol n'est pas supposé, en raison du poids élevé des assemblages pour la pression de 5 bars dans le diamètre de la chandelle, et l'échauffement du 20 sommet d'une cuve posée est sans inconvénient. On prendra donc en compte une dalle-sommier à deux plaques contenant des chandelles non ouvertes vers le bas. Selon des propositions antérieures de l'auteur, le fond plan de la cuve primaire posée, refroidi à environ 60°, était commun avec celui de la cuve de sécurité incluse dans l'ensemble de génie civil. Les supports pour la dalle-sommier se trouvaient dans une couche quasi-statique de 2-s- sodium, gelé à la base, en gradient thermique de 60° à 400°, contenant des agrégats d'un matériau isolant et réfractaire, diminuant la transmission de chaleur vers le fond et destiné à arrêter un éventuel écoulement de matériau fondu, dit corium, provenant d'un accident dans le coeur. La haute conduction thermique du sodium, même mêlé d'agrégats, imposait pour cette zone une hauteur importante, entre le fond de cuve et la dalle-sommier. Au dessus de la dalle, la 3o paroi de cuve, non contrainte verticalement et non climatisée, atteignait 550° en partie haute. Selon la présente invention montrée par la Figure unique, la cuve primaire 1 comporte un fond constitué par un collecteur à haute pression 2 formé de deux plaques horizontales et d'une paroi verticale cylindrique 3 les entourant, paroi prolongée vers le haut pour contenir le sodium chauffé. La cuve est posée, par l'intermédiaire d'une couche horizontale 5 peu conductrice de 35- chaleur, dans une cuve de sécurité 4 en béton armé à paroi interne métallique refroidie par un circuit de liquide. Cette cuve de sécurité porte un couvercle général 6 suspendant dans la cuve primaire les appareils de conduite ou de manutention 7, les pompes 8 et les échangeurs intermédiaires 9. L'espace annulaire 10 entre les deux cuves rejoint l'espace de gaz neutre à pression contrôlée, par exemple de l'argon, couvrant le sodium dans la cuve. Dans le collecteur à haute pression 2, des chandelles cylindriques verticales 11, recevant les pieds des éléments combustibles et des éléments périphériques, lient les deux plaques - - horizontales et assurent la résistance du collecteur à la pression tout en réglant les débits dans les assemblages et les éléments de protection selon la zone couverte. Autour des éléments portés, dans la zone des pompes et des échangeurs, des tirants répartis 12 de faible diamètre assurent la même résistance en formant moins d'obstacle aux écoulements. Les chandelles comportent une 5- partie cylindrique recevant les pieds d'assemblages et plus bas un tirant 13 facilitant le passage dans le collecteur d'appareils introduits par un puits vertical de pompe pour une inspection de la plaque inférieure du collecteur. Cette inspection peut être effectuée par ultrasons dans le sodium ou par bullage, obtenu sous une pression majorée de gaz dans l'espace inférieur étanche. Les chandelles pour les éléments de la périphérie peuvent être alimentées, par un anneau 21 sous la 10 plaque supérieure, en sodium prélevé au dessus des éléments portés, la convection naturelle suffisant à leur refroidissement. Le sodium chauffé par le coeur, entrant en partie supérieure dans les échangeurs 9, en sort refroidi à la base insérée à pleine section dans un collecteur supérieur 14 à basse pression. Celui-ci est formé sur le collecteur 2 par une paroi circulaire 15 sensiblement horizontale reliant la 15' paroi de cuve primaire à une virole interne 16 soudée sur la plaque supérieure autour des éléments portés par la plaque. Les pompes verticales 8 traversent ce collecteur 14 et en refoulent à haute pression le sodium dans le collecteur 2. Pompes et collecteurs coulissent dans les plaques traversées, par des joints quasi-étanches de type connu. La température de la paroi de cuve primaire, non contrainte verticalement, s'élève vers le 2_â haut jusqu'à 5500 ou plus, sans climatisation. Le sommet de cette paroi ne rejoint pas le couvercle supérieur rigide et un joint déformable n'est pas prévu. Selon une autre proposition de l'auteur, sous ce couvercle est fixée une jupe cylindrique 17 descendante formant dans la cuve primaire contre sa paroi un mince espace annulaire ouvert en bas sur le sodium et communiquant en partie haute avec l'argon provenant de l'espace annulaire 10 et sortant par des fuites calibrées er vers la surface du sodium, d'où il est extrait et recyclé après purification. Cette jupe protège la paroi de cuve contre des cyclages thermiques liés à des courants turbulents dans le sodium sortant du coeur, et permet d'y limiter les contraintes. En cas de séisme, elle contribue, par l'amortissement dû au sodium, au centrage et à la résistance de la cuve. Il est estimé que le collecteur à haute pression en fond de cuve primaire reste sensiblement 30 isotherme et plan au cours des variations de puissance du réacteur et que sous l'effet du poids supporté il reste appliqué sur la couche de support. Sur chaque colonne de pompe, une paroi cylindrique forme un espace annulaire 20 contenant des canalisations de NaK en circulation naturelle dans une colonne non figurée au contact de l'atmosphère. En marche normale, cet espace 20 rempli de gaz forme isolation pour protéger l'axe de pompe de la haute température du sodium. Un refroidissement de secours par sa surface dans le sodium est obtenu par son remplissage en sodium auxiliaire. Dans la couche 5 en gradient thermique vertical, supposée d'une hauteur d'un mètre, étendue sur le fond de la cuve de sécurité, le support de la cuve primaire est assuré par des viroles concentriques d'acier 18 atteignant le niveau désiré, en nombre à définir soit quatre sur la figure, iro dont celle prolongeant la paroi de cuve. Entre ces viroles, un matériau 19 assure l'arrêt d'un écoulement de corium. Cette couche, entre 400° et 60°, doit transmettre peu de chaleur. Dans les viroles 18, supposées à l'écartement de 1m et d'une épaisseur de 12 mm, la contrainte due au poids est inférieure à 2 kg/mm2. Le maintien de la cuve lors de séismes est assurée par la paroi de cuve prolongée, formant une virole jusqu'à une bride maintenue contre le fond froid de la cuve de sécurité, par exemple par des tirants boulonnés. Cette virole encastrée 5- en haut et en bas est soumise à des contraintes alternées acceptables lors des variations de température du fond de la cuve primaire. Les efforts lors de séismes sont estimés acceptables. Pour le remplissage réfractaire 19 entre les viroles, il est proposé d'utiliser des pavés jointifs d'alumine, dans lesquels serait réparti un absorbant neutronique tel que du carbure de bore, devant éteindre une divergence neutronique apparaissant dans une forte coulée de corium. Au 1.0 dessous serait disposée une couche de plomb destinée à faire flotter le corium, allégé par ses réactions avec les divers matériaux. L'alumine conduit environ 5 kW/m2 pour un gradient de 340 Vm, soit, pour la hauteur d'un mètre et une surface de 100 m2 supposée en contact à pleine section, une perte de 500 kW. La chaleur transmise par les viroles en acier inoxydable est inférieure à 20 kW. Ces pertes influent peu sur la température de la plaque au contact du sodium. 1 5- La couche de support 5 forme un espace étanche contrôlé en pression par des canalisations traversant le fond de la cuve de sécurité. Un accident neutronique pourrait être causé par une entrée de gaz dans le coeur, prévenue par le fait que les orifices d'entrée de sodium dans les chandelles, plus hauts pour les éléments périphériques, y conduisent un gaz apporté accidentellement dans le débit. Cette entrée de gaz 2-0 peut cependant être liée à une importante baisse du niveau de sodium, due à un accident survenant sur la cuve. L'invention prévient même une faible baisse de niveau. En effet, la couche 5 contenant peu de gaz, un percement ou une fissure de la paroi inférieure du collecteur 2, survenant pour une cause non définie, ne laisse écouler que peu de sodium. Au contraire, une cuve suspendue ou posée seulement en périphérie, couvrant un vaste espace en gaz permettant un examen visuel du fond, pourrait donner lieu à une baisse importante. Des avantages de la cuve posée sont les suivants : - le coeur est protégé contre des pertes de sodium et des arrivées de gaz, - le corium est arrêté par le matériau réfractaire dans la cuve de sécurité, - plus robuste vis-à-vis de toutes agressions qu'une cuve suspendue, la cuve posée 30 protège le coeur vis-à-vis de ruptures internes. - le coeur ne descend pas avec les barres de contrôle lors d'une élévation de température comme pour la cuve suspendue. Le coefficient négatif de température obtenu est favorable. -la cuve contient sans limite mécanique une grande surface de stockage, d'où la sortie d'assemblages usés très refroidis, à frais réduits de traitement, et l'inutilité d'un barillet externe. 35- - la construction est simple et économique, pour des réacteurs de toutes dimensions. - pour le démantèlement du réacteur, l'ensemble contenu est aisément démontable. REVENDICATIONS1. Cuve métallique pour réacteur nucléaire refroidi au sodium' caractérisée en ce qu'elle comporte un fond horizontal formé de deux plaques et d'une paroi verticale prolongée vers le haut, ce fond constituant un collecteur inférieur alimentant en sodium sous pression des éléments verticaux plantés en région centrale dans des tubes dits chandelles reliant lesdites plaques. Cuve selon revendication précédente, caractérisée en ce que ledit fond est couvert en périphérie par un collecteur supérieur, formé autour desdits éléments par une paroi atteignant la paroi verticale de la cuve, et recevant du sodium refroidi d'échangeurs verticaux. 3. Cuve selon revendication précédente, caractérisée en ce que des pompes verticales puisent le sodium en collecteur supérieur et le refoulent dans le collecteur inférieur. 4. Cuve selon une revendication précédente, caractérisée en ce que son fond est porté par plusieurs viroles concentriques en acier sur le fond d'une cuve de sécurité refroidie. . Cuve selon revendication 4, caractérisée en ce qu'un matériau réfractaire est disposé entre lesdites viroles. 6. Cuve selon revendication 4, caractérisée en ce que la paroi verticale de la cuve, prolongée vers le bas, constitue l'une desdites viroles et aboutit à une fixation dans le fond de la cuve de sécurité. 7. Cuve selon revendication 1, caractérisée en ce que chacune desdites chandelles est composée en haut par. un tube traversant la plaque supérieure, muni d'ouvertures dans ledit collecteur pour doser les débits vers les éléments verticaux, et en bas par un tirant de plus faible diamètre. 8. Cuve selon revendication 7, caractérisée en ce que les ouvertures de certaines des chandelles sont alimentées en sodium prélevé au dessus des collecteurs.