Brevet FR3014593A1 — publié le 20150612

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un conteneur, no- tamment pour recevoir des substances radioactives telles que UF6, ayant une paroi périphérique enveloppant le volume intérieur du conte- neur, s'étendant entre les fonds du conteneur tels que des fonds bom- bés, notamment réalisée sous la forme d'un cylindre creux. Plusieurs inserts situés à distance les uns des autres sont disposés dans le volume intérieur du conteneur, ces inserts comportant au moins un matériau captant les neutrons ou étant partiellement réalisés en un tel matériau. Etat de la technique La majorité des centrales nucléaires fonctionnant actuel- lement dans le monde utilisent comme combustible de l'uranium enrichi à un maximum de 5,0 % pondéraux en 235U. L'enrichissement de l'uranium à partir d'une teneur naturelle en 235U d'environ 0,71 % jus- qu'à environ 5,0 % et effectué dans des installations d'enrichissement sous la forme chimique d'hexafluorure d'uranium (UF6). Le transport de l'uranium enrichi entre l'installation d'enrichissement et les fabricants d'éléments combustibles se fait également sous la forme chimique d'UF6. Dans l'installation d'enrichissement, on conditionne l'uranium enrichi sous la forme d'UF6 dans des cylindres 30B. Les cylindres 30B sont des conditionnements selon la norme ISO 7195 « Nuclear energy - Packaging of uranium hexafluoride (UF6) for transport » ou selon la norme US ANSI N° 14.1-2012 « For Nu- clear Materials - Unranium Hexafluroride - Packaging for Transport ». Ces cylindres peuvent recevoir une masse maximale de 2 277 kg d'UF6. Ces cylindres 30B sont transportés respectivement dans des conditionnements de transport « Protective Structural Packaging » (PSP) qui répondent avec le cylindre à la réglementation IAEA pour le transport de matières radioactives « Regulations for the Safe Transport of Radioactive Material » SSR-6 ou encore aux réglementations internationales et nationales relatives aux transports de matières dangereuses dérivées de celle-ci. Le développement des nouveaux types de réacteurs exige la préparation d'uranium avec un enrichissement supérieur à 5,0 `)/0 pondéraux en 235U comme combustible. Pour cet enrichissement il faut, selon les normes, ISO 7195 ou ANSI N14.1-2012, des cylindres de type 8A avec une capacité d'environ 115 kg d'UF6 et un enrichissement allant jusqu'à 12,5 `)/0 pondéraux en 235U ou de type 5B avec une capacité d'environ 25 kg et un enrichissement allant jusqu'à 100 `)/0 pondéraux en 235U. Le type de cylindre 30B ne peut pas s'utiliser pour trans- porter de l'hexafluorure d'uranium UF6 avec un niveau d'enrichissement supérieur à 5,0 % pondéraux en 235U car pour un tel niveau d'enrichissement, les exigences relatives aux directives SSR-6 ne sont pas respectées. L'utilisation de types de cylindre 8A ou 5B a les inconvénients économiques et techniques graves suivants : - les types de cylindre 8A et 5B diffèrent par leurs dimensions exté- rieures, les raccords et la manutention, très fortement des cylindres de type 30B utilisés jusqu'alors. Ainsi, pour utiliser des types de cylindre 8A et 5B il faudrait reconstruire et gérer des installations d'enrichissement et aussi des fabricants d'éléments combustibles avec de nouveaux postes de remplissage/vidage. En outre, il faudrait adapter toute la logistique à l'intérieur de l'entreprise, - à cause de la faible capacité des cylindres de type 8A et 5B, il faut beaucoup plus d'opérations de manutention et de transport par comparaison avec les cylindres 30B, - actuellement, on ne dispose pas en quantité suffisante de types de cylindre 8A et 5B ni les PSP correspondants de sorte qu'il faut envi- sager des constructions neuves couteuses. Le conteneur selon le document GB 855 420 A comporte comme élément absorbant les neutrons soit des cylindres creux installés de manière aléatoire dans le conteneur soit des grilles en nids d'abeilles installées sur un support en forme de grille. Selon le document DE 43 08 612 A1, on connait un matériau formé d'un alliage à base d'aluminium, destiné à être utilisé pour des barreaux absorbants ou des dispositifs de transport et contenant du bore. Des conteneurs de transport ou de stockage de matériaux radioactifs, sont décrits dans les documents EP 0 116 412 A 1, US 4 292 528 A et DE 693 25 725 T2. Les conteneurs ainsi décrits comportent des inserts qui absorbent les neutrons. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un conteneur permettant de transporter des substances radioactives, fissiles, notamment de l'UF6 contenant de l'uranium enrichi permettant d'augmenter la sécurité vis-à-vis de la criticité sans avoir à modifier à la base les dimensions extérieures. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un conteneur du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu'il comporte des inserts qui traversent au moins l'un des fonds et sont reliés à celui-ci. L'enseignement selon l'invention améliore le conteneur du point de vue de sa sécurité vis-à-vis de la criticité grâce aux inserts capteurs de neutrons installés dans le conteneur. On peut ainsi utiliser pour transporter des matières radioactives, fissiles, présentant une forte réactivité un conteneur qui ne pourrait en lui-même être chargé qu'avec une matière fissile moins réactive. L'invention développe ainsi un sys- tème de transport évitant les inconvénients de l'état de la technique et utilisant des solutions techniques connues et confirmées, comme pour les conteneurs cylindriques du type 30 B, selon la norme ISO 7195. Il est connu d'utiliser des matériaux contenant du bore pour contrôler la réactivité et pour garantir un état sous critique. Selon l'invention, la matière captant les neutrons est le bore, de préférence sous la forme de carbure de bore, présent dans une matrice telle que du polyéthylène et notamment, le bore dans sa composition isotopique naturelle étant une solution préférentielle. On peut bien entendu égale- ment utiliser du bore ayant une composition non naturelle, c'est-à-dire du bore ayant une teneur plus élevée en isotope B'°. En particulier, il est proposé que le bore soit présent avec une teneur pondérale en B 1° comprise entre 18, 43 `)/0 (teneur naturelle) et 100 `)/0. Il est possible que le matériau des inserts contienne du bore sous la forme de bore élémentaire ou encore que les inserts soient remplis de matériau contenant du bore, par exemple sous la forme de carbure de bore. Indépendamment de ce qui précède, il est prévu de ma- nière préférentielle que lors de l'utilisation de tubes comme inserts, ceux-ci aient un diamètre extérieur compris entre 50 mm et 70 mm et une épaisseur de paroi de l'ordre de 2 mm à 5 mm. Si l'on utilise comme inserts des barres qui contiennent du bore à l'état élémentaire, les diamètres doivent être de préférence compris entre 50 mm et 60 mm. Si l'on utilise des tôles pour capter les neutrons, celles-ci ont de préférence une épaisseur comprise entre 5 mm et 6 mm. Ces tôles s'étendent alors sur toute la largeur du conteneur en le divisant ainsi dans des zones et en particulier ces tôles sont parallèles. Les tôles elles-mêmes comportent des perçages pour permettre la répartition du matériau introduit dans le conteneur. Le pourcentage en volume des tubes ou des barres doit représenter entre 25 `)/0 et 40 `)/0 du volume intérieur du conteneur. La valeur préférentielle se situe à environ 32 `)/0. Le pourcentage en volume des tôles se situe de préférence entre 10 `)/0 et 20 `)/0 du volume intérieur du conteneur. Selon l'enseignement de l'invention, la teneur pondérale en 235U dans l'uranium peut aller jusqu'à 59 % dans la mesure où la teneur pondérale en bore dans le polyéthylène que l'on charge dans les tubes est de 20 `)/0 et que le bore renferme 100 `)/0 en poids d'isotope B'°. Si l'on utilise exclusivement du bore ayant une teneur naturelle en isotope Bl°, c'est-à-dire une teneur pondérale de 18,43 `)/0 dans le polyéthylène, la teneur pondérale en bore étant de même égale à 20 %, la proportion pondérale d'235U dans l'hexafluorure d'uranium UF6 peut être de 27 `)/0. Si la teneur en bore dans le polyéthylène est de 10 % pondéraux, alors, pour une proportion d'isotope Bl° de 100 `)/0, la teneur pondérale en 235U dans l'hexafluorure d'uranium UF6, peut être égale à 43 % pondéraux et si l'on utilise du bore avec une teneur naturelle en B10, c'est-à-dire 18, 43 % en poids la teneur pondérale en 235U dans l'hexafluorure d'uranium UF6 est de 22 `)/0. Si la teneur en bore dans le polyéthylène est de 5% en poids, il en résulte pour une teneur de 100% en poids en isotope Bl°, une teneur pondérale en 235U égale à 34 % et pour une teneur exclusi- vement naturelle en isotope Bl° (18,43 `)/0 en poids) une teneur pondérale en 235U égale à 17 `)/0. De telles mesures garantissent la sécurité vis-à-vis de l'état de criticité. Les relations entre la teneur en bore dans le polyéthylène, lo la proportion d'isotope Bl° et l'enrichissement maximum possible en uranium sont précisées dans le tableau suivant : Teneur en bore dans Pourcentage Enrichissement maximum possible de le d'isotope B10 dans l'uranium dans l'UF6 pour respecter la polyéthylène le bore sécurité vis-à-vis de la criticité % pondéraux % pondéraux % pondéraux 5 18,43 (naturelle) 17 20 18 30 20 40 22 50 24 60 27 70 29 80 31 90 32 100 34 18,43 (naturelle) 22 20 23 30 26 40 30 50 34 60 36 70 39 80 41 90 43 100 44 20 18,43 (naturelle) 27 20 30 30 35 40 39 50 44 60 48 70 51 80 54 90 57 100 59 De façon préférentielle, on introduit dans les inserts une charge qui se compose d'un matériau modérateur tel que du polyéthylène combiné avec un absorbeur de neutrons, tel que le bore. L'enseignement de l'invention permet notamment de mo- difier le type de cylindre 30B confirmé et utilisé dans le monde entier de façon à pouvoir transporter également de l'hexafluorure d'uranium UF6 enrichi à plus de 5,0 % pondéraux en uranium 235. Il est notamment proposé de souder les inserts aux fonds. Ainsi, il suffit de réaliser dans les fonds les perçages qui seront traversés par les inserts. Les inserts peuvent appartenir au groupe comprenant les tubes, les barres, la tôle, les bandes de tôle et au moins les barres, la tôle et les bandes de tôle contiennent les éléments captant les neutrons, tels que du bore, c'est-à-dire sont réalisés en un matériau avec des élé- ments captant les neutrons. Il est notamment prévu de souder parallèlement à l'axe du conteneur, plusieurs tubes remplis de matériau contenant du bore, par exemple du polyéthylène contenant du bore. Les extrémités des tubes ainsi remplis sont fermées. Il est notamment prévu d'utiliser des couvercles ou des bouchons soudés ou vissés aux tubes. Des tubes ainsi remplis de matériau contenant du bore permettent d'assurer la sécurité vis-à-vis de la criticité selon les direc- tives SSR-6 en cas d'intrusion d'eau dans les conteneurs selon l'invention. A la place des tubes remplis de matériau contenant du bore, on peut également utiliser des tubes en acier contenant du bore avec une charge de matériau modérateur (par exemple du polyéthylène). A la place de tubes on peut également utiliser des barres massives ou des tôles en acier qui contiennent directement du bore et sont fixées selon leur forme aux fonds courbes ou à l'enveloppe du conteneur. Il convient de mentionner que l'on peut également utiliser dans les tubes, les barres ou les tôles du bore ayant une composition isotopique non naturelle, par exemple du bore ayant une teneur plus élevée en B'° dans le polyéthylène. Les inserts selon l'invention équipant par exemple un cy- lindre de type 30B selon IS07195 ont les avantages économiques et techniques confirmés suivant : à la fois dans les installations d'enrichissement et chez les fabricants d'éléments combustibles on pourra continuer d'utiliser les postes de remplissage / d'évacuation utilisés jusqu'alors pour le type de cylindre 30B, et il n'est pas nécessaire d'adapter la logis- tique de l'entreprise ; la capacité du conteneur selon l'invention est très largement supérieure à celle des types de cylindres 8A et 5B ; le nombre d'opérations de manutention et d'opérations de transport est par suite largement plus faible que dans le cas de type de cylindre 8A et 5B ; pour le conteneur selon l'invention on pourra utiliser les mêmes conditionnements de protection de structure (conditionnement PSP) que pour le type de cylindre 30B ; on en dispose d'un nombre suffisant pour l'utilisation sur un plan mondial. Une combinaison possible de paramètres pour un conte- neur selon l'invention avec des dimensions du type 30B selon ISO 7195 pour un enrichissement maximum de 10,0 `)/0 pondéraux en 235U est constituée par exemple par 37 tubes répartis suivant une trame et ayant chacun un diamètre extérieur de 60 mm, une épaisseur de paroi de 3 mm et un remplissage avec du polyéthylène contenant du bore avec une teneur pondérale de 5 % en bore ayant une composition isotopique naturelle. En particulier, il est prévu de répartir les inserts du con- teneur selon l'invention de manière régulière sur des cercles concen- triques, les inserts de chaque cercle étant répartis de manière équidistante. Il est en outre possible de positionner un insert suivant l'axe longitudinal du conteneur. De façon préférentielle, comme élément capteur de neu- trons on utilise le bore, mais on peut également utiliser d'autres élé- ments, tels que le cadmium. Si de façon préférentielle, les inserts sont reliés aux fonds du conteneur, notamment en ce que les inserts traversent les fonds et sont soudés à ceux-ci, il est bien entendu également possible sans pour cela sortir du cadre de l'invention que les inserts ne soient pas ou ne soient pas seulement directement ou indirectement reliés aux fonds, mais soient également directement ou indirectement reliés à la paroi intérieure de la paroi périphérique constituant notamment un cylindre creux du conteneur. Selon l'invention, les inserts ne sont pas nécessairement parallèles entre eux et notamment parallèles à l'axe longitudinal du conteneur, mais peuvent en partie être orientés de façon croisée. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un conteneur représenté dans les dessins an- nexés dans lesquels : la figure 1 montre un conteneur de type cylindre 30B selon la norme ISO 7195 : 2004(E), la figure 2 montre un conteneur selon l'invention, la figure 3 est une coupe suivant la ligne A-A de la figure 2, la figure 4 est une vue côté frontal au niveau de la soupape du conteneur selon les figures 2 et 3, la figure 5 montre le détail A de la figure 3, et la figure 6 montre le détail B de la figure 3.35 Description de modes de réalisation de l'invention L'enseignement de l'invention sera décrit ci-après à l'aide d'un conteneur de type cylindre 30B selon la norme ISO 7195. Même s'il s'agit là de l'application prioritaire, l'enseignement de l'invention n'est pas ainsi limité. Celle-ci offre de façon générale pour des conte- neurs servant à transporter des matières radioactives, la possibilité avec des moyens simples d'améliorer les conteneurs dans leur sécurité vis-à-vis de la criticité sans que des modifications de la structure de base, du conteneur lui-même soient nécessaires. Bien plus, il est seulement né- cessaire d'installer dans le volume intérieur du conteneur, des inserts contenant notamment du bore pour capter les neutrons. La figure 1 montre un conteneur de type cylindre 30B se- lon la figure 8 de la norme ISO 7195 avec ses dimensions. Un tel conteneur est développé selon l'invention comme cela apparaît aux figures 2-6. La figure 2 est une vue de côté d'un conteneur 10 selon l'invention qui ne diffère pas du conteneur de type cylindre 30B selon la norme ISO 7195. Comme l'explicitent la figure 2 et la vue en coupe de la figure 3, le conteneur 10 comporte une paroi périphérique 12 ayant la géométrie d'un cylindre creux, qui enveloppe son volume intérieur 13 et est fermée à ses extrémités par des fond 14, 16 réalisés sous la forme de fonds bombés, qui sont soudés à la paroi périphérique 12. A la différence du conteneur selon la figure 1, le conteneur 10 selon l'invention comporte des inserts qui, dans l'exemple de réalisation représenté sont orientés parallèlement à l'axe longitudinal 18 du conteneur 10 et traver- sent les fonds 14, 16. Par exemple, trois inserts sont désignés par les références 20, 22, 24. Selon l'exemple de réalisation les inserts 20, 22, 24 sont des tubes s'étendant sur toute la longueur du conteneur 10 et traver- sant des perçages des fonds bombés 14, 16 en étant soudés à ces fonds bombés 14, 16 comme cela découle également des vues de détail des figures 5 et 6. La figure 5 montre un détail du fond bombé 16 traversé par le tube 20 en étant soudé à celui-ci (cordon de soudure 26). De fa- çon correspondante, le tube 22 est soudé au fond bombé 14 (figure 6). Pour augmenter la sécurité vis-à-vis de la criticité, les tubes 20, 22 comme les autres composants, sont remplis avec un matériau modérateur tel que du polyéthylène renfermant des éléments capteurs de neutrons, tels que du bore. Ce bore peut se présenter avec une composition isotopique non naturelle, c'est-à-dire sous la forme de bore ayant une forte teneur en B1°. Le tube 20, ainsi rempli, est alors fermé de manière étanche par un élément d'obturation tel qu'un couvercle 28 vissé sur le tube 20 et rendu étanche par rapport à celui-ci par un joint d'étanchéité 30. Il est également possible de fermer les inserts 20, 22, 24 après rem- plissage avec le matériau modérateur contenant notamment du bore par des couvercles 32 qui sont soudés au tube, selon l'exemple de réalisation au tube 22. Le matériau des tubes 20, 22, 24 peut être de l'acier. L'acier peut contenir directement le bore ou d'autres éléments captant les neutrons. En fonction de la criticité à respecter la concentration, des éléments captant les neutrons, c'est-à-dire notamment la concentration en bore dans les matériaux est réglée pour permettre de transporter avec le conteneur 10 selon l'invention correspondant au conteneur du cylindre 30 B, notamment de l'hexafluorure d'éthylène enrichi à plus de 5 % en poids en 235U. La figure 4 qui montre la face frontale équipée d'une sou- pape fait apparaître que les inserts 20, 22, 24 en forme de tubes sont répartis sur des cercles concentriques dont les centres se situent sur l'axe longitudinal 18 du conteneur 10. Il est notamment prévu que les tubes 20, 22, 24 soient répartis de manière équidistante sur chaque cercle sans que cette caractéristique ne soit indispensable. Les tubes 22, 24, 26 peuvent avoir un diamètre extérieur compris entre 50 mm et 70 mm, notamment de 60 mm et une épaisseur de paroi comprise entre 2 mm et 4 mm et notamment une épaisseur de 3 mm. Le remplissage peut se faire avec du polyéthylène contenant du bore ayant une teneur en bore de 5 % en poids, à par exemple 30 % en poids de teneur de bore. Le bore peut être enrichi en isotope Bl° jusqu'à 100% en poids. Les pourcentages pondéraux doivent s'entendre de sorte que 100% en poids représentent le poids total du matériau modérateur tel que le polyéthylène et du matériau capteur d'ions tel que le bore. A la place de tubes, on peut également utiliser comme in- serts des matériaux en forme de barres pleines, ou des tôles. Ces in- serts peuvent être reliés de la même manière aux fonds bombés 14, 16. Il est également possible de les fixer à la paroi intérieure de la paroi périphérique cylindrique creuse 12. Au moins lorsqu'on utilise des matériaux pleins, c'est-à-dire des inserts qui n'ont pas de remplissage, ces matériaux sont constitués par des matériaux renfermant des éléments capteurs de neutrons, tels que du bore élémentaire.15 REVENDICATIONS1°) Conteneur (10), notamment pour recevoir des substances radioactives telles que UF6, ayant une paroi périphérique (12) enveloppant le volume intérieur (13) du conteneur, s'étendant entre les fonds du con- teneur tels que des fonds bombés (14, 16), notamment réalisée sous la forme d'un cylindre creux, * plusieurs inserts (20, 22, 24) situés à distance les uns des autres étant disposées dans le volume intérieur (13) du conteneur (10), ces inserts comportant au moins un matériau captant les neutrons ou étant partiellement réalisés en un tel matériau, conteneur caractérisé en ce que les inserts (20, 22, 24) traversent au moins un fond (14, 16) et sont reliés à celui-ci. 2°) Conteneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les inserts (20, 22, 24) traversent les deux fonds (14, 16). 3°) Conteneur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les inserts (20, 22, 24) sont soudés à un fond ou aux fonds (14, 16). 4°) Conteneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les inserts (20, 22, 24) sont des éléments tubulaires. 5°) Conteneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les inserts (20, 22, 24) sont orientés dans la direction longitudinale du conteneur (10) en particulier parallèlement à son axe longitudinal (18). 6°) Conteneur selon la revendication 1, caractérisé en ce queles inserts (20, 22, 24) sont remplis d'un matériau qui est un matériau modérateur contenant des éléments captant les neutrons, les inserts étant fermés à leurs extrémités. 7°) Conteneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les inserts (20, 22, 24) de forme tubulaire sont fermés par des éléments d'obturation tels que des couvercles (32) et/ou des bouchons (28) vissés. 8°) Conteneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les inserts (20, 22, 24) sont de préférence répartis régulièrement sur des cercles concentriques et, de préférence les inserts sont répartis de ma- nière équidistante sur chaque cercle. 9°) Conteneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau captant les neutrons contient du bore ou du cadmium. 10°) Conteneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les inserts (20, 22, 24) sont remplis d'un matériau modérateur tel que du polyéthylène contenant du bore. 11°) Conteneur selon la revendication 9 et/ou la revendication 10, caractérisé en ce que le bore est enrichi en isotope B'°, notamment en isotope B'° selon un pourcentage pondéral compris entre 18,34-100 `)/0. 12°) Conteneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les inserts (22, 24, 26) sont constitués par des éléments du groupe comprenant : 25 30- un tube (20, 22, 24) rempli d'un matériau captant les neutrons, une barre massive, de la tôle, de la bande de tôle, au moins la barre, la tôle, les bandes de tôle comportant des éléments captant les neutrons comme le bore. 13°) Conteneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les inserts (22, 24, 26) sont reliés directement ou indirectement à la paroi intérieure de la paroi périphérique (12). 14°) Conteneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'insert (20, 22, 24) se présente sous la forme d'un tube ayant un diamètre extérieur D tel que 50 mm D 70 mm, notamment D = 60 mm et/ou une épaisseur de paroi d telle que 2 mm d 5 mm, notamment d = 3 mm. 15°) Conteneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'insert est une barre d'un diamètre extérieur D tel que : 50 mm D 60 mm. 16°) Conteneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'insert est une tôle d'une épaisseur de préférence comprise entre 5 mm et 6 mm, * la tôle s'étendant sur toute la largeur du conteneur et comportant notamment des passages pour le matériau de remplissage du conteneur. 17°) Conteneur selon la revendication 14, caractérisé en ce que le pourcentage du volume des inserts (20, 22, 24) par rapport au volume intérieur du conteneur (10) est compris pour des inserts tubu- laires entre 25 % et 40 % et/ou dans le cas d"inserts en forme debarres, entre 25 `)/0 et 40 `)/0 et/ou dans le cas de tôle, entre 10 `)/0 et 20 %. 18°) Conteneur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il est constitué par un conteneur (10) du type cylindre 30B selon la norme ISO 7195 comportant les inserts (20, 22, 24) installés dans son volume intérieur (13).10