SHIELDED CONTAINER FOR THE TRANSPORT AND STORAGE OF A RADIOACTIVE MATERIAL

Abstract: 1. Shielded container for transporting and storing a radioactive load, the container being made of a material which absorbs gamma radiation, discharging towards the outside the thermal energy released by the load and having : a first constituent part (3) comprising a thick cylindrical envelope enclosing the load in a longitudinal central cavity and a second constituent part (11) comprising two spaced coaxial cylinders which enclose between them a material which absorbs neutron radiation, are connected to one another by thermal conduction means (15) and are provided, towards the outside, with heat dissipation fins (16), a clearance constituting a thin layer of air (1) performing a function of thermal insulation and appearing when the container is caught in a fire, characterized in that, when the first and second constituent parts are at ambient temperature, the inner cylinder (12) of the second consituent part (11) is mounted without mechanical clearance on the first constituent part (3), in that, during the normal functioning of the container, a radioactive load being present in the said longitudinal central cavity, the inner cylinder (12) of the second constituent part (11) is mounted with a tight fit on the first constituent part (3), in that the said clearance constituting a thin layer of air (1) appears between the inner cylinder (12) and the first constituent part (3), and in that the two coaxial cylinders (12 and 13), the thermal conduction means (15) and the fins (16) are cast as a single piece from spheroidal graphite iron.

Description: L'invention concerne le transport et le stockage d'un chargement radioactif, notamment celui constitué d'assemblages combustibles irradiés dans des réacteurs nucléaires, et eSt plus précisément relative à un nouveautype de conteneurs conçu pour que chacune de ses parties constitutives concourre, en association avec les autres, à la solution optimale de tous les problèmes sans exception posés par ces opérations de transport et stockage, y compris en cas d'accidents. Les problèmes à résoudre dans le cadre d'une utilisation normale d'un conteneur blindé transportant ou stockant ùn chargement radioactif sont les suivants - assurer l'intégrité matérielle du chargement ; - assurer la protection biologique externe contre le rayonnement y ; - assurer la protection biologique externe contre le rayonnement neutronique ; - assurer l'évacuation de la puissance thermique déga gée par le chargement. En outre, un tel conteneur chargé doit aussi permettre de résoudre les problèmes suivants, correspondant à des conditions d'utilisation accidentelles - assurer en toute sécurité un amortissement des chocs, non seulement incidentels, mais aussi acci dentels ; et - assurer en toute sécurité la protection du charge ment contre les effets des incendies. Bien entendu, les solutions apportées à ces problèmes doivent rester dans des limites acceptables d'exploitation industrielle et commerciale, notamment en ce qui concerne le poids et le coût. Actuellement, tous les conteneurs de ce type ont subi à coup sûr des tests de comportement au feu mais dans cette invention, on s'est particulièrement attaché à minimiser l'échauffement de la partie centrale du conteneur en créant une lame d'air isolante, gui s'ajoute à l'absorption partielle du flux thermique dans la partie extérieure. Généralement, l'architecture des conteneurs connus comporte, essentiellement, d'une part, une pre mière partie constitutive cylindrique fermée à ses extrémités, contenant dans sa cavité centrale longitudinale le chargement radioactif, assurant l'essentiel de la protection contre le rayonnement y et l'évacuation de la puissance thermique dégagée par le chargement et, d'autre part et entourant cette première partie, une seconde partie constitutive cylindrique mixte comprenant, intérieurement, des moyens assurant à la fois la protection contre le rayonnement neutronique et le transfert de puissance thermique vers l'extérieur et, extérieurement, des moyens de dissipation de cette puissance thermique, tels que des ailettes. Selon les types particuliers proposés de ces conteneurs connus, l'accent a été mis prioritairement sur un aspect particulier fonctionnel d'une telle structure d'ensemble. Par exemple, on a proposé de réaliser de façons distinctes et séparables les deux parties constitutives du conteneur pour en faciliter l'exploitation normale et la maintenance de l'ensemble, ou la réparation éventuelle de la seule partie externe en cas d'accident. De plus, 1 invention est relative à un conteneur du genre ci-dessus mais présentant en outre des caractéristiques supplémentaires et associées lui permettant à la fois d'améliorer toutes les performances de ces conteneurs connus et d'avoir en plus une résistance spécifique aux effets d'incendie et aux chocs. A ces effets, et selon une première originalité fonctionnelle d'un conteneur selon l'invention, celui-ci présente des caractéristiques de conduction thermique entre ses deux parties constitutives qui sont maximales lorsque le flux thermique est centrifuge (conditions normales, lorsque le:-chargement radioactif dégage de la puissance thermique) et minimales lorsque ce flux est centripète (conditions anormales, lorsque le conteneur est accidentellement localisé au sein d'un incendie). L'invention a donc pour objet principal un conteneur blindé pour le transport et le stochage d'un chargement radioactif, réalisé en un matériau absorbant le rayonnement y et évacuant vers l'extérieur la puissance thermique dégagée par le chargement, comportant essentiellement : une première partie comprenant une enveloppe constitutive cylindrique épaisse, renfermant le chargement dans une cavité centrale longitudinale, et une seconde partie constitutive comprenant deux cylindres coaxiaux espacés, renfermant entre eux un matériau absorbant le rayonnement neutronique, reliés entre eux par des moyens de conduction thermique, et munis vers l'extérieur de moyens de dissipation thermique, caractérisé en ce que, lorsque les première et seconde parties constitutives sont à la température ambiante, le cylindre intérieur de la seconde partie constitutive est monté sans jeu mécanique sur la première partie constitutive, en ce que, au cours du fonctionnement normal du conteneur, un chargement radioactif étant présent dans ladite cavité centrale longitudinale, le cylindre intérieur de la seconde partie constitutive est monté avec un serrage sur la première partie constitutive, et en ce que, le conteneur étant pris dans un incendie, il existe un jeu entre le cylindre intérieur et la première partie constitutive afin de constituer une lame d'air jouant un rôle d'isolation thermique. Selon une première réalisation, les deux parties cylindriques sont ajustées entre elles afin d'effectuer le montage glissant juste de la partie cylindrique externe a llex- térieur de la partie cylindrique interne. Selon une seconde réalisation, les deux par ties cylindriques à ajuster entre elles ont une coni cité minime, de l'ordre de 1% facilitant ce montage. De la sorte, avant l'introduction d'un chargemment radioactif dégageant de la chaleur dans le con teneur, le montage des deux parties essentielles cons titutives du conteneur forme un ensemble mécanique compact. Après introduction du chargement radioactif dégageant de la chaleur, la partie interne du conte neur, plus massive et plus chaude, augmente de diamè -tre externe plus que ne le fait la seconde partie co axiale externe, de sorte que l'on obtient un effet d'auto-frettage renforçant la cohésion mécanique de l'ensemble des deux parties ce qui la rend plus résis tante aux chocs, et accroit ainsi par là-même les ca ractéristiques de transmission du flux thermique de façon centrifuge. Par contre, en cas d'incendie, c'est la par tie cylindrique externe, soumise à une élévation anor nivale de température, qui se dilate plus que la partie cylindrique interne. L'effet d'auto-frettage est alors annihilé et un interstice d'air s'établit entre les deux parties diminuant de la sorte les possibilités de transmission du flux thermique de façon centripète, garantissant ainsi au mieux la pro tection thermique du chargement interne. Selon une seconde originalité fonctionnelle d'un conteneur selon l'invention, sa seconde partie constitutive est conçue spécialement pour avoir une raideur longitudinale maximale et une souplesse trans versale optimale. A cet effet, un conteneur selon l'invention est en outre caractérisé en ce que, d'une part, le matériau choisi pour réaliser les éléments métalliques de la seconde partie constitutive du conteneur est de la fonte a graphite sphéroidal ductile mécaniquement, et d'autre part, les deux cylindres coaxiaux de ladite seconde partie sont reliés entre eux par des entretoises longitudinales ayant en coupe un profil d'arc de cercle se raccordant tangentiellement aux surfaces en regard des deux dits cylindres coaxiaux. Ces deux caractéristiques combinées font que, en cas de chocs mécaniques incidentels ou accidentels, la partie externe du conteneur a une grande possibilité de déformation mécanique par rapport a la partie interne du conteneur. La partie externe déformable est conçue pour absorber la majeure partie de l'énergie cinétique développée de façon d limiter la décélération subie à une valeur telle que l'intégrité du conteneur soit assurée. En outre, les cavités fermées limitées par lesdites entretoises longitudinales et renfermant, comme connu en soi, un matériau absorbant les neutrons, du fait de leur ductilité mécanique, protègent au mieux ce matériau neutrophage en cas d'accidents dus à des chocs mécaniques exceptionnels. L'invention porte encore sur d'autres caractéristiques accessoires intéressantes. Elle sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après d'un mode particulier, mais non exclusif, de mise en oeuvre de l'invention. On se réfèrera aux dessins annexés, sur lessels - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un conteneur selon l'invention, et - la figure 2 est une vue en coupe par la ligne II-II du conteneur représenté sur la figure 1. Sur la demi-vue de gauche, on a représenté l'état du conteneur dans un incendie. Sur la demi-vue de droite, on l'a représenté en fonctionnement normal. Le conteneur décrit est destiné à assurer le transport et le stockage d'un chargement radioactif. Ce chargement est constitué, dans cet exemple, par sept assemblages combustibles 1, irradiés antérieurement dans un réacteur nucléaire, et placés dans un panier 2, connu en soi, réalisé sous forme d'une matrice en alliage léger maintenant les différents asassemblages combustibles parallèles entre eux et espacés radialement de façon régulière. Ce panier 2 vient se placer à l'intérieur d'une cavité centrale longitudinale de la première partie constitutive du conteneur formée par un corps 3. Ce corps 3 est un cylindre épais, creux axialement, réalisé en acier moulé ou forgé, ou encore en fonte à graphite sphéroidal, et comportant un fond 4. Les fonctions de ce corps 3 sont les suivantes : assurer l'intégrité des objets transportés, réaliser une barrière de confinement des matières radioactives enfermées ; assurer l'essentiel de la protection contre le rayonnement y ; et assurer le transfert thermique vers l'extérieur de la puissance thermique dégagée par les matières radioactives placées dans le panier. Le corps 3 est obturé par un système de fer -meture comprenant un bouchon 5, fixé par des boulons 6 sur la collerette du corps 3 avec interposition de deux joints 7. Le bouchon 5 a les mêmes fonctions que le corps 3. Une tape constituée d'une plaque de fermeture 8, constitue un dispositif de fermeture complémentaire du bouchon 5 pour assurer des fonctions frontales de protections mécanique et biologique, et d'étanchéité. Cette plaque 8 enferme la contamination accidentelle lors des opérations d'ouverture ou de fermeture du conteneur. Elle est fixée à l'aide de boulons 9 sur la collerette du corps 3. Un joint 10 est interposé entre la plaque 8 et la collerette du corps 3.Un joint 10 est interposé entre la plaque 8 et la collerette du corps 3. La seconde partie constitutive du conteneur ou partie externe 11, qui va être décrite plus en détail ci-après a été conçue de façon caractéristique selon l'invention pour remplir simultanément toutes les fonctions suivantes : assurer un complément de protection biologique contre le rayonnement y ; assurer l'essentiel de la protection biologique contre le rayonnement neutronique ; assurer l'évacuation optimale de la puissance thermique dégagée par les matières radioactives du chargement ; assurer une capacité d'amortissement de sécurité des chocs mécaniques subis par le conteneur sous conditions d'exploitation normales et également accidentelles ; et, enfin, assurer la protection thermique du chargement contre les effets d'incendie. Cette partie externe comprend, essentiellement, entourant radialement les parties actives des combustibles contenues dans les parties centrales des assemblages 1, deux cylindres coaxiaux espacés 12 et 13, renfermant entre eux un matériau 14 tel que du plâtre chargé de matières hydrogénées absorbant le rayonnement'neutronique, reliés entre eux par des entretoises 15 assurant le transfert thermique centrifuge, et munis extérieurement d'ailettes longitudinales 16 de dissipation thermique. Selon une première caractéristique principale de l'invention, le cylindre intérieur 12 est monté sans jeu mécanique autour ae la surface cylindrique extérieure du corps 3 les deux parties étant à la terrpérature ambiante. Selon une première réalisation, les deux parties cylindriques 3 et 12 à ajuster entre elles ont une différence de diamètres permettant d'effectuer sans problème le montage de la partie cylindrique externe 12 à l'extérieur du corps 3. Selon une seconde réalisation, les deux parties cylindriques interne 3 et externe 11 à ajuster entre elles ont une conicité rairine, de l'ordre de 1 % facilitant le montage. On obtient de la sorte, par ce montage serré de la partie externe du conteneur autour de sa partie interne, les avantages énumérez ci-dessus lors de l'exposé général de l'invention, concernant la protection contre les chocs mécaniques et thermiques accidentels externes. En cas d'incendie, la partie externe 11 se dilate davantage que la partie interne 3. Par conséquent, une lame d'air t (voir figure 2), jouant un rôle d'isolation thermique, apparat entre elles. Selon deux originalités principales de l'invention, le conteneur dont il est l'objet se caractérise en ce que le maté- riau choisi pour réaliser les éléments métalliques de sa partie externe est de la fonte à graphite sphéroïdal et que les deux cylindres coaxiaux 12 et 13 sont reliés entre eux par des entretoises longitudinales 15 ayant en coupe, carme le montre la figure 2, un profil d'arc de cercle se raccordant tangentiellement aux surfaces en regard des cylindres 12 et 13. On obtient ainsi les avantages de sécurité et protection également exposés ci-avant. Plus précisément, la série des volumes intérieurs entre les cylindres 12 et 13 et ménagés par les entretoises internes 15 est parfaitement adaptée pour contenir le matériau 14 de protection neutronique nécessaire pour le type de chargement radioactif prévu. La forme de ces volumes, en raison de la forme en arc de cercle des entretoises 15, permet d'avoir une épaisseur quasi-uniforme de protection neutronique, kh ce qui concerne les ailettes extérieures 16, elles peuvent également avoir une direction oblique, hélicoidale ou perpendiculaire par rapport à l'axe longitudinal du conteneur ou une forme en chevrons, pour optimiser leur comportement en flexion. Ces formes (droite, oblique, en hélice, perpendiculaire , en chevrons, etc...) des ailettes externes 16, et leurs dimensions, permettent la déconta- mination facile en cas de contamination accidentel et, de plus, il n'y a pas de zones de rétention de produits contaminés : les surfaces des ailettes sont accessibles et peuvent être aisément nettoyées. En cas d'utilisation volontaire du conteneur dans un milieu extérieur contaminé, tel que de l'eau de piscine, la structure alvéolée et ailetée est enfermée préalablement à l'intérieur d'une jupe de protection 17 montée sur des supports adéquats 18 de part et d'autre de cette structure qui positionne axialement la partie externe 11. Cette jupe pourra être remplie, préalablement à son immersion en piscine, d'eau non contaminée pour assurer la liaison thermique entre les ailettes 16 du conteneur et le milieu ambiant. Des tourillons 19 dépassant radialement à l'extérieur permettent la manutention et l'arrimage du conteneur tout en assurant un amortissement important en cas de chute. Cet amortissement est complété par celui assuré par des capots 20 disposés aux deux extrémités du conteneur et qui constituent des écrans de protection mécanique contre tout choc axial ou latéral et de protection thermique protégeant les joints 7 et 10 des éléments de fermeture du conteneur en cas d'incendie. Ces capots 20 peuvent être réalisés en balsa.

Claims: REVENDICATIONS 1. Conteneur blindé pour le transport et le stockage d'un chargement radioactif, réalisé en un matériau absorbant le rayonnement y et évacuant vers l'extérieur la puissance thermique dégagée par le chargemment, comportant : une première partie comprenant une enveloppe constitutive cylindrique épaisse renfermant le chargement dans une cavité centrale longitudinale, et une seconde partie (11) constitutive comprenant deux cylindres coaxiaux espacés, renfermant entre eux un matériau absorbant le rayonnement neutronique, reliés entre eux par des moyens de conduction thermique, et munis vers l'extérieur de moyens de dissipation thermique, caractérisé en ce que, lorsque les première et seconde parties constitutives sont à la température ambiante, le cylindre inrérieur (12) de la seconde partie constitutive (11) est monté sans jeu mécanique sur la première partie constitutive (3), en ce que, au cours du fonctionnement normal du conteneur, un chargement radioactif étant présent dans ladite cavité centrale longitudinale, le cylindre intérieur (12) de la seconde partie constitutive (11) est monté avec un serrage sur la première partie constitutive (3), et en ce que, le conteneur étant pris dans un incendie, il existe un jeu entre le cylindre intérieur (12) et la première partie constitutive (3) afin de constituer une lame d'air (t) jouant un rôle d'isolation thermique. 2. Conteneur blindé selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le matériau choisi pour réaliser les éléments métalliques de la seconde partie constitutive du conteneur est de la fonte à graphite sphéroidal. 3. Conteneur blindé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux cylindres coaxiaux (12 et 13) de ladite seconde partie (11) sont reliés entre eux par des entretoises longitudinales (15) ayant en coupe un profil d'arc de cercle se raccordant tangentiellement aux surfaces e regard des deux dits cylindres coaxiaux (12 et 13). 4. Conteneur blindé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que .s moyens de dissipation thermique vers l'extérieur sont des ailettes. 5. Conteneur blindé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre intérieur (12) de la seconde partie constitutive (11) du conteneur présente une faible conicité et que la surface extérieure de la première partie constitutive présente la même conicité. 6. Conteneur blindé selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa seconde partie constitutive (11) peut être enfermée à l'intérieur d'une jupe de protection (17). 7. Conteneur blindé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les deux cylindres coaxiaux (12 et 13), les entretoises longitudinales (15) et les ailettes (16) sont coulées d'une seule pièce.

Inventors: CHEVALIER, GERARD, LIOT, BERNARD, PHALIPPOU, CHRISTIAN, Chevalier, Gérard
Applicants: COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE
Application year: 1984
Main classification: G21F5
IPC codes: G21F5, G21F9