Brevet FR3134221A1 — publié le 20231006

Cuve(10) pour réacteur nucléaire comprenant une enveloppe (11) en matériau transparent aux neutrons ayant un port d’entrée (12) d’un fluide caloporteur et un port de sortie (13) du fluide caloporteur, et un corps central (15) en matériau modérateur comprenant au moins un premier canal (16.2) de passage du fluide caloporteur. Réacteur comprenant une telle cuve. FIGURE DE L’ABREGE : [Fig. 1] Cuve interne pour réacteur nucléaire et réacteur comportant plusieurs cuves internes La présente invention concerne le domaine de la production d’énergie nucléaire et notamment les réacteurs mettant en œuvre un cycle à haute température (ou HTR de l’anglais « High Temperature Reactor »). ARRIERE PLAN DE L’INVENTION Un réacteur nucléaire contient du combustible nucléaire dont la fission produit de la chaleur. On emploie ici « combustible nucléaire » dans son sens courant, à savoir pour désigner un matériau dont la fission à la suite d’une réaction nucléaire produit de la chaleur. Il est connu de nombreux types de réacteurs nucléaires et notamment les réacteurs HTR dont font partie les réacteurs PBMR (de l’anglais « Pebble Bed Modular Reactor », réacteur à lit de boulets), GT-MHR (de l’anglais « Gas Turbine Modular Helium Cooled Reactor », réacteur modulaire refroidi à l’hélium et à turbine gaz) ou VHTR (de l’anglais « Very High Temperature Reactor », réacteur à très haute température). Les réacteur HTR sont généralement des réacteurs à modérateur graphite dont le combustible est sous la forme de particules de type TRISO. La chaleur produite est ensuite convertie en électricité via des turbines. Les installations de production d’électricité d’origine nucléaire (hors celles embarquées sur des véhicules) sont généralement des installations de fortes puissances, de quelques MW à quelques GW, reliées à un réseau de transport d’électricité de grande ampleur alimentant des milliers d’unités consommatrices (habitations, installations industrielles, administrations…). Il a été dernièrement envisagé de réduire la taille des réacteurs nucléaires pour les disposer au plus près des consommateurs. Néanmoins, ceci n’est envisageable qu’en augmentant la sécurité de fonctionnement des réacteurs et en simplifiant la maintenance de ceux-ci. OBJET DE L’INVENTION L’invention a notamment pour but de répondre au moins en partie aux besoins ci-dessus. A cet effet, on prévoit, selon l’invention, une cuve pour réacteur nucléaire comprenant une première enveloppe en matériau transparent aux neutrons ayant un port d’entrée d’un fluide caloporteur et un port de sortie du fluide caloporteur, et un corps central en matériau modérateur comprenant au moins un premier canal de passage du fluide caloporteur. Ainsi, la cuve forme un ensemble unitaire de petites dimensions qui peut facilement être assemblée à d’autres cuves pour former un réacteur ayant une taille exactement adaptée aux besoins à couvrir. Selon un mode de réalisation particulier, le corps central comprend des deuxièmes canaux formant des logements contenant chacun du combustible nucléaire. Selon des caractéristiques particulières de ce mode de réalisation, utilisées individuellement ou tout ou partie en combinaison : le combustible nucléaire est sous forme de noyaux entourés individuellement par au moins une couche de confinement pour former des billes qui sont disposées dans les premiers canaux ; la première enveloppe est surmontée d’un fourreau recevant une barre de commande à coulissement entre une première position extrême dans laquelle la barre de commande s’étend en majeure partie dans un troisième canal du corps central et une deuxième position extrême dans laquelle la barre de commande s’étend en majeure partie dans le fourreau, la barre de commande comprenant un absorbeur neutronique ; la barre de commande est reliée à un actionneur agencé pour déplacer la barre de commande entre ses deux positions extrêmes ; l’actionneur comprend un moteur électrique relié par un câble à la barre de commande de manière à amener la barre de commande vers sa première position extrême par dévidement du câble avec l’aide de la gravité et vers sa deuxième position extrême par enroulement du câble à l’encontre de la gravité ; l’actionneur comprend un embrayage alimenté électriquement dans un état d’activation permettant l’enroulement du câble de telle manière que, en l’absence d’alimentation électrique, l’embrayage soit inactivé et libère le dévidement du câble ; la barre de commande comprend une extrémité libre pourvue d’un absorbeur de choc ; l’actionneur comprend un limiteur de vitesse de dévidement du câble, le limiteur étant agencé pour être actif en l’absence d’alimentation électrique de l’actionneur ; la cuve comprend un moyen mécanique de blocage de la barre de commande dans sa première position extrême, le moyen mécanique de blocage étant agencé pour maintenir la barre de commande dans sa première position extrême en l’absence de toute alimentation en énergie. L’invention concerne également un réacteur nucléaire comprenant une cuve externe contenant un socle en matériau modérateur définissant une pluralité de quatrièmes canaux recevant chacun une cuve interne formée d’une cuve telle que définie dans les paragraphes précédents. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d’un mode de réalisation particulier et non limitatif de l’invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : la est une vue schématique d’une installation de chauffage comprenant un réacteur selon l’invention ; la est une vue schématique, en coupe verticale, du réacteur de cette installation ; la est une vue schématique, en coupe horizontale, d’un réacteur selon l’invention ; la est une vue analogue à la du socle de ce réacteur ; la est une vue schématique, en coupe verticale, d’une des cuves internes du réacteur de cette installation, dans une configuration de production ; la est une vue schématique, en coupe horizontale, d’une des cuves internes du réacteur de cette installation ; la est une vue schématique, en coupe verticale, d’une des cuves internes du réacteur de cette installation, dans une configuration de transport entre l’usine de fabrication et le site d’installation du réacteur ; la est une vue schématique, en coupe verticale, d’une des cuves internes du réacteur de cette installation, dans une configuration de transport et de stockage après le démantèlement du réacteur. Cuve(10) pour réacteur nucléaire comprenant une enveloppe (11) en matériau transparent aux neutrons ayant un port d’entrée (12) d’un fluide caloporteur et un port de sortie (13) du fluide caloporteur, et un corps central (15) en matériau modérateur comprenant au moins un premier canal (16.2) de passage du fluide caloporteur. Cuve (10) selon la revendication 1, dans laquelle le corps central (15) comprend des deuxièmes canaux (16.3) formant des logements contenant chacun du combustible nucléaire. Cuve (10) selon la revendication 2, dans laquelle le combustible nucléaire est sous forme de noyaux entourés individuellement par au moins une couche de confinement pour former des billes disposées dans les deuxièmes canaux. Cuve (10) selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle l’enveloppe (11) est surmontée d’un fourreau (20) recevant une barre de commande (21) à coulissement entre une première position extrême dans laquelle la barre de commande (21) s’étend en majeure partie dans un logement (16.1) du corps central (15) et une deuxième position extrême dans laquelle la barre de commande (21) s’étend en majeure partie dans le fourreau (20), la barre de commande (21) comprenant un absorbeur de neutrons. Cuve (10) selon la revendication 4, dans laquelle la barre de commande (21) est reliée à un actionneur (23) agencé pour déplacer la barre de commande (21) entre ses deux positions extrêmes. Cuve (10) selon la revendication 5, dans laquelle l’actionneur (23) comprend un moteur électrique relié par un câble (24) à la barre de commande (21) de manière à amener la barre de commande (21) vers sa première position extrême par dévidement du câble (24) avec l’aide de la gravité et vers sa deuxième position extrême par enroulement du câble (24) à l’encontre de la gravité. Cuve (10) selon la revendication 6, dans laquelle l’actionneur (23) comprend un embrayage (25) alimenté électriquement dans un état d’activation permettant l’enroulement du câble (24) de telle manière que, en l’absence d’alimentation électrique, l’embrayage (25) soit inactivé et libère le dévidement du câble (24). Cuve (10) selon la revendication 7, dans laquelle la barre de commande (21) comprend une extrémité libre pourvue d’un absorbeur de choc (22) et/ou l’actionneur (23) comprend un limiteur (26) de vitesse de dévidement du câble (24), le limiteur (26) étant agencé pour être actif en l’absence d’alimentation électrique de l’actionneur (23). Cuve (10) selon l’une quelconque des revendications 4 à 8, comprenant un moyen mécanique de blocage de la barre de commande (21) dans sa première position extrême, le moyen mécanique de blocage étant agencé pour maintenir la barre de commande (21) dans sa première position extrême en l’absence de toute alimentation en énergie. Cuve selon la revendication 1, vide de combustible nucléaire. Cuve (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le matériau transparent aux neutrons est un alliage de zirconium. Cuve (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le port d’entrée (12) et le port de sortie (13) sont coaxiaux l’un à l’autre, un espace de circulation périphérique (14’) étant laissé entre le corps central (15) et l’enveloppe (11). Réacteur nucléaire comprenant une cuve externe (2) contenant un socle (3) en matériau modérateur définissant une pluralité de logements (5) recevant chacun une cuve interne formée d’une cuve (10) selon l’une quelconque des revendications 2 à 9. Réacteur selon la revendication 13, dans lequel les logements (5) du socle (3) sont délimités par une paroi recouverte d’une feuille (6) de matériau transparent aux neutrons. Réacteur selon la revendication 13 ou 14, dans lequel la cuve externe (2) a une paroi intérieure recouverte d’une couche d’absorption neutronique (4). Réacteur selon l’une quelconque des revendications 13 à 15, comprenant une embase anti-sismique (120) supportant la cuve externe (2) et délimitant une chambre de maintenance (130) dans laquelle débouchent les ports d’entrée et de sortie (12, 13) de chaque cuve interne (10) qui sont raccordés à un circuit primaire (140) de transport de fluide caloporteur. Réacteur selon la revendication 16, dans lequel la cuve externe (2) a un fond recouvert d’une couche de radio-protection (30) empêchant le passage de neutrons vers la chambre de maintenance (130). Réacteur selon la revendication 16 ou 17, dans lequel le circuit primaire (140) de fluide caloporteur est relié à un échangeur thermique (141) auquel est raccordé un circuit secondaire (150) de transport de fluide caloporteur d’une installation consommatrice de chaleur.