FAST NEUTRON REACTOR WITH A CENTRAL MAINTENANCE CELL AND A CLOSURE HAVING EMPTY SPACES

Abstract: 1. Fast neutron nuclear reactor having a vessel (1) filled with liquid metal (2) and sealed in its upper part by a slab (3) having a central opening (4), in wich is located a plug-cover-core (5) overhanging the core (6) of the reactor and incorporating assemblies 7, as well as peripheral openings (8, 9) arranged in ring-like manner around the central opening (4), traversed by pumps (10) and heat exchangers (11), the head of each exchanger (11) being contained in a recess (13) made in the thickness of slab (3), the central opening being surmounted by a handling cell (14) able to communicate with a transverse cell (45) by at least one radial passage (43) for the discharge of the assemblies issuing directly into the handling cell (14), the latter and the radial passage (43) being defined by an enclosure, handling and discharge means (17, 117) being provided for transferring the assemblies (7) between the reactor core (6) and the transverse cell (45), whilst passing through the handling cell (14) and the radial passage (43), characterized in that the slab (3) is a boxed reinforced concrete slab having a lower plate (3a) in wich is provided the central opening (4), the head of each pump (10) traversing a recess (12) made in the thickness of slab (3), the handling cell (14) being a central cell and the radial passage (43) is placed between two recesses (12, 13) and is adjacent thereto, in such a way that said enclosure is constituted by reinforced concrete boxed (15, 47) constituting part of the boxell slab, said handling and discharge means (17, 117) directly ensuring the conveying of the assembly (7) between core (6) and the central handling cell (14) following the removal of the plug-cover-core (5).

Description: Réacteur nucléaire à neutrons rapides muni d'une cellule centrale de manutention et d'une dalle caissonnée. La présente invention est relative à un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi par un métal liquide, du type intégré, comprenant une cuve remplie de métal liquide et obturée en sa partie supérieure par une dalle caissonnée en béton armé servant au supportage des échangeurs et des pompes du circuit primaire. Dans ce type de réacteurs, Les assemblages constituant le coeur reposent sur le fond de la cuve ou sur sa périphérie par l'intermédiaire d'un sommier d'alimentation en métal liquide (généralement du sodium) et d'un platelage. Le sodium liquide est chauffé dans le coeur par la réaction de fission du combustible nucléaire avant de pénétrer dans un collecteur chaud placé au-dessus du coeur et dans des échangeurs de chaleur où il transfère ses calories au fluide (génerale- ment du sodium) circulant dans des circuits secondaires. Le sodium primaire refroidi sortant du collecteur froid situé dans la partie inférieure des échangeurs est aspiré par des pompes primaires qui le réinjectent dans le sommier. Dans ce type de réacteur, Les échangeurs et les pompes primaires sont généralement suspendus à la dalle obturant la cuve du réacteur. Il en est de meme d'un certain nombre d'autres organes nécessaires au fonctionnement ou à La sûreté du réacteur. Dans les réacteurs tels que Phénix ou Super Phénix, les assemblages sont retirés périodiquement du coeur par un bras de transfert ou des ringards montés sur bouchons tournants, puis déchargés par un système de rampe et sas dans une enceinte de stockage voisine où ils dégagent leur puissance résiduelle pendant une durée suffisante à leur désactivation au moins partielle ; ils subissent ultérieurement un traitement visant à séparer le matériau de gainage du matériau combusti ble pour la récupération de ce dernier. Ce système de manutention est assez complexe. Sa mise en oeuvre est, en particulier, rendue délicate, pour les assemblages fissiles, par La présence de l'instrumentation qui est suspendue au Bouchon-Couver cIe-Coeur (B.C.C.). Le brevet français déposé le 26.01.71, sous Le n0 EN 71 31036, par le Commissariat à L'énergie Atomique et la Société Creusot Loire, proposait de simplifier le système de manutention et de faciliter sa mise en oeuvre pour les assemblages fissiles, en muni sant Le réacteur d'une cellule étanche à l'intérieur de laquelle Le B.C.C. pourrait etre escamoté libérant ainsi le dessus du coeur pour Le passage d'un bras de manutention. Ce concept de cellule étanche pour escamoter Le B.C.C. avait d'ailleurs déjà été envisagé par le brevet GB 1 026 559 déposé par l'U.K.A.E.A., et avait été étudié sur une maquette du réacteur SEFOR aux USA (GEAP 5701, AEC Research and Development Report, March 1969). Mais L'implantation d'une cellule de manutention sur la dalle d'un réacteur à neutrons rapides de type intégré n'a jamais été sérieusement envisagée car on estime généralement que sa réaLisation conduirait,soit à un surdimensionnement du réacteur et, par conséquent à un surcoût, soit à une réduction de la puissance, à dimensions constantes. De plus, la réalisation de cette solution n'est possible que sur une dalle suffisamment rigide et résistante, ce qui n'est pas le cas de la dalle mécano-soudée des réacteurs Phénix et Super-Phénix. Par ailleurs, le brevet français déposé le 20 janvier 1981 sous le n0 81 00963 par le Commissariat à l'Energie Atomique, propose une dalle très rigide et très résistante sans augmentation notable du coût. La présente invention propose un réacteur nu cléaire du type intégré muni d'une dalle caissonnée comportant un caisson central et un caisson radial en béton armé dans lesquels sont implantés des moyens de manutention et de transfert des assemblages du coeur. De façon plus précise, il est proposé un réacteur nucléaire à neutrons rapides comprenant une cuve remplie de métal liquide,obturée en sa partie supérieure par une dalle caissonnée en béton armé comprenant une semelle inférieure présentant une ouverture centrale dans Laquelle vient se loger un bouchon couvercle-coeur surplombant le coeur du réacteur comprenant des assemblages,et des ouvertures périphériques, disposées en couronne autour de l'ouverture centrale, traversées par les pompes et les échangeurs de chaleur dont les têtes sont contenues dans des Logements pratiqués dans l'épaisseur de la dalle, ce réacteur nucléaire étant caractérisé en ce que L'ouverture centrale est surmontée d'une cellule centrale de manutention apte à communiquer avec une cellule de transfert par au moins un couloir radial d'évacuation des assemblages placé entre deux logements adjacents et débouchant directement dans la cellule centrale, la cellule centrale et le couloir radial étant délimités par des caissons en béton armé constituant une partie de la dalle caissonnée, des moyens de manutention et d'évacuation étant prévus pour transporter les assemblages entre le coeur du réacteur et la cellule de transfert en passant par I a cellule centrale et par le couloir radial. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, lesdits moyens de manutention et d'évacuation comprennent une grue à plateau tournant et à flèche inclinable montée de façon à pouvoir se déplacer sur des rails dans ledit couloir radial. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, lesdits moyens de manutention et d'évacuation comprennent une poutre potence verticale montée de façon à pouvoir se déplacer dans la cellule centrale autour de l'ouverture centrale et dans le couloir radial sur au moins un rail, ladite poutre potence étant montée pivotante autour de son axe propre et supportant de façon coulissante un chariot sur lequel est articulé un bras de préhension autour d'un axe vertical. Dans ce cas, les moyens de manutention et d'évacuation peuvent s'effacer contre le caisson de la cellule centrale par rotation de la poutre potence autour de son axe propre et par rotation du bras de préhension autour dudit axe vertical. De préférence, des moyens de manutention et des moyens de stockage du bouchon couvercle-coeur sont situés dans la partie supérieure de la cellule centrale à un niveau supérieur à celui des moyens de manutention et d'évacuation des assemblages. Les moyens de manutention du bouchon couvercle-coeur peuvent comprendre notamment un système de treuils de levage, à chaîne ou cable, situé au-dessus de la cellule centrale, commandant le déplacement vertical du bouchon couverc#e-coeur dans la cellule. De même, les moyens de stockage du bouchon couvercle-coeur peuvent comprendre au moins trois butées escamotables implantées dans le caisson de la cellule centrale pour déterminer une position haute de stockage du bouchon couvercle-coeur. De nombreuses autres caractéristiques additionnelles du réacteur nucléaire considéré apparaitront également au travers de la description qui suit, notamment de plusieurs exemples de réalisation du sys thème de transfert des assemblages, donnés à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : : - la figure 1 est une vue en coupe verticale d'un réacteur nucléaire selon L'invention, possédant une cellule de manutention intégrée au fût central de la dalle caissonnée, - la figure 2 est une vue de dessus à grande échelle représentant une position de travail, et la position correspondant à l'effacement contre la paroi de la cellule de manutention, des organes de manutention des assemblages du réacteur de la figure 1, - les figures 3a et 3b sont des vues partielles en coupe verticale, respectivement de dessus, du réacteur nucléaire selon l'invention, illustrant le premier mode d'évacuation des assemblages vers un poste de transfert secondaire, cette évacuation étant réalisée par des moyens de transfert se déplaçant entre la cellule centrale et un couloir radial de transfert la prolongeant, et - les figures 4a et 4b sont des vues comparables aux figures 3a et 3b illustrant le deuxième mode d'évacuation des assemblages utilisant une grue placée en permanence dans le couloir radial de transfert. Le réacteur nucléaire à neutrons rapides se lon la présente invention comprend, comme L'illustre la figure 1, une cuve 1 remplie de métal liquide 2 (généralement du sodium liquide) obturée en sa partie supérieure par une dalle caissonnée 3 réalisée en béton armé. La semelle inférieure 3a de la dalle caissonnée 3 comporte plusieurs ouvertures dont L'une est centrale 4 et les autres 8, 9 sont périphériques et disposées en couronne autour de L'ouverture centrale 4. Les ouvertures périphériques 8 et 9 par lesquelles sont respectivement suspendus au moins une pompe 10 et au moins un échangeur de chaleur 11 sont surmontées de logements 12 et 13 pratiqués dans l'épaisseur de la dalle 3. Ces logements sont conçus de façon à enfermer les têtes des pompes et des échangeurs. L'ouverture centrale 4 surplombe le coeur 6 du réacteur, formé diassemblages 7. Cette ouverture 4 est elle-même surmontée d'une cellule centrale de manutention 14 étanche déLimitée par un caisson 15 en béton armé, dont la paroi Latérale cylindrique constitue dans sa partie basse le fût central de la daLLe 3. Selon L'invention, la dalle caissonnée 3 ne comporte pas de bouchon tournant, mais seulement un bouchon couvercle-coeur 5 venant se loger dans l'ouver- ture centrale 4 formée dans La semelLe inférieure 3a. Le caisson de manutention 15 en béton armé peut être doublé sur sa face interne d'une peau métallique 91. Il est fermé en son sommet par un bouchon amovible 90 qui permet l'acces à un sas 93 permettant Les opérations de maintenance du réacteur. A l'intérieur de la cellule 14,on distingue deux niveaux superposés : - un niveau supérieur occupé par Les organes de stocka ge et de manutention du bouchon couvercle-coeur 5, - un niveau inférieur occupé par les organes de manu tention et d'évacuation des assemblages 7. La conception de ces niveaux autorise, après effacement des organes de manutention des assemblages, le déplacement vertical du bouchon couvercle-coeur 5 entre une position haute 16a correspondant à son poste de stockage pendant la phase de manutention, et une position basse 16b qu'il occupe normalement lors du fonctionnement du réacteur. Parmi les organes de manutention du bouchoncouvercle-coeur 5, on distingue un système de treuils de levage 18a,b, à chaîne ou analogue, monté sur la partie supérieure externe du caisson 15, pour commander le déplacement vertical du bouchon couvercle-coeur 5 dans La cellule 14. Les organes de stockage du bouchon couverclecoeur comprennent un système de verrouillage assuré par au moins trois butées escamotables 19a, 19b implantées dans la paroi de la cellule 14 au niveau de la position haute 16 du bouchon couvercle-coeur 5. Comme l'illustrent les figures 1 et 2, les moyens de manutention 17 des assemblages 7, situés dans la partie inférieure de la cellule 14, comprennent un bras vertical 20 monté pivotant autour d'un axe vertical 21, le pivotement du bras 20 autour de L'axe 21 étant commandé par un moteur 22. Le bras 20 porte à son extrémité inférieure un ringard horizontal 23 muni luimême à son extrémité d'un grappin 24 apte à saisir les assemblages 7. L'axe 21 est supporté par un chariot 25 qui coulisse le long d'une poutre potence verticale 26 par L'intermédiaire d'une tige filetée 39 traversant le chariot 25 et entraînée en rotation par un moteur de commande 32. La poutre potence 26 est supportée de façon pivotante autour de son axe propre par deux chariots 29 munis de galets 29b roulant sur au moins deux rails annulaires 28, 31 ; Le rail 28 est situé sur le plancher de la cellule 14 ; le rail 31 est disposé verticalement au-dessus de lui dans la partie haute de la partie inférieure de manutention de la cellule 14. La rotation de la poutre 26 autour de son axe propre est commandée par un moteur de commande 27. Cette rotation entraine celle du chariot 25, par l'intermédiaire d'une clavette 94. Le déplacement des chariots 29 le long des rails 28, 31 est commandé par un moteur 29a, par l'intermédiaire d'un renvoi d'angle 30 qui vient entraîner en rotation l'un des galets 29b du chariot inférieur 29. La structure qui vient d'être décrite permet de positionner le grappin 24 au-dessus de n'importe quel assemblage 7 contenu dans le coeur 6 ; elle permet en outre de dégager totalement l'accès au coeur et ainsi de rendre possible la manoeuvre du bouchon couvercle-coeur 5. Sur la figure 2, sont représentées en A et B deux configurations possibles des organes de manutention des assemblages venant d'être décrits. La configuration A, en trait plein, représente L'une des nombreuses configurations des organes en cours de manutention : il s'agit de la configuration pour laquelle le grappin 24 est au centre du coeur 6 du réacteur. La configuration B, dessinée en traits mixtes, illustre l'effacement de ces mêmes organes contre la paroi de la cellule 14, lequel effacement rend possible le déplacement vertical du bouchon couverclecoeur 5 le long de la cellule 14. Le passage de la configuration B à la configuration A s'effectue par rotation de la poutre potence 26 autour de son axe de pivotement et par rotation du bras autour de son axe 21. Les figures 3a et 3b représentent L'évacuation des assemblages 7 vers un poste de transfert selon une première variante de l'invention. Comme l'ilLustrent les figures 3a et 3b, les assemblages 7 sont évacués vers un poste de transfert externe 45 (figure 3a) par les organes de manutention placés dans la cellule 14. A cet effet, la cellule 14 se prolonge par un couloir de transfert latéral ou radial 43 communiquant directement avec la cellule 14 et délimité par un caisson en béton armé 47 intégré sur au moins une partie de sa hauteur a la dalle caissonnée 3. Le couloir 43 est situé radialement entre deux des logements 12, 13 formés dans la partie périphérique de la dalle et il communique à son extrémité externe avec la cellule de transfert 45 par un orifice d'évacuation 44. Comme L'illustre en particulier La figure 3b, Le trans fert des assemblages entre le coeur et l'orifice d'évacuation 44 est effectué en totalité par le dispositif de manutention précédemment décrit. A cet effet, les rails 28 et 31 se prolongent à l'intérieur du couloir 43 afin de guider les chariots 29 tout au long de leur déplacement. En fonctionnement, le couloir 43 est normalement isolé de la cellule 14 par une porte 49 ma noeuvrée par un treuil 50. Le déchargement et le chargement directs du coeur à travers L'orifice central 4 du bouchon couvercle-coeur 5 présentent L'avantage de réduire notablement la hauteur du réacteur ; il n'est pas nécessaire en effet de prévoir une hauteur au moins égale à la longueur d'un assemblage entre le coeur et la dalle comme dans les réacteurs intégrés de conception classique, dans lesquels l'évacuation des assemblages 7 s'effectue par une rampe inclinée. Cette configuration présente également L'avantage de ne pas augmenter le diamètre du réacteur, puisque la largeur du couloir de transfert 43 est très faible. La variante de réalisation représentée sur les figures 4a et 4b présente les mêmes avantages que la précédente, puisqu'elle utilise également un couloir d'évacuation latéral ou radial 43 communiquant directement avec la cellule de manutention 14 et délimité par un caisson en béton armé 47 faisant partie intégrante de la dalle caissonnée 3. Comme dans le mode de réalisation précédemment décrit, le couloir 43 traverse radialement la dalle entre deux des logements 12, 13 de celle-ci, pour mettre en communication la cellule 14 avec une cellule de transfert externe 45 par un orifice d'évacuation 44. La variante de réalisation des figures 4a et 4b se distingue de la variante des figures 3a et 3b par les moyens de manutention qui sont ici constitués par une grue 117. Cette grue comprend un chariot 52 rou lant sur des rails 54 autorisant le déplacement radial du chariot sur le plancher du caisson 47, qui constitue également la semelle inférieure 3a de la dalle 3. Le chariot 52 supporte un plateau tournant 56 sur lequel est articulée, autour d'un axe horizontal, une flèche inclinable 58. Par un système du type parallélogramme déformable, un tube guide 60 est monté à L'extrémité de la flèche 58 de façon à rester en position verticale quelle que soit l'inclinaison de la flèche. Un chariot portant un grappin se déplace dans le tube guide afin de venir saisir un assemblage lorsqu'il est en position basse (traits mixtes sur la figure 4a) et afin d'escamoter ensuite cet assemblage dans le tube guide pour te transporter jusqu a la cellule de transfert. Ce transport est effectué en remontant la flèche 58 (trait plein sur la figure 4a) puis en déplaçant Le chariot 52 sur les rails 54 afin d'amener Le tube guide 60 audessus de l'orifice 44 débouchant dans la cellule de transfert 45. Comme l'illustre la figure 4b, le plateau tournant 56 permet d'accéder à tous les assemblages contenus dans le coeur du réacteur. Bien entendu, on pourrait prévoir deux couloirs comparables au couloir 43 afin de réaliser simultanément l'évacuation des assemblages usés et l'introduction des assemblages neufs.

Claims: REVENDICATIONS 1. Réacteur nucléaire à neutrons rapides comprenant une cuve (1) remplie de métal liquide (2), obturée en sa partie supérieure par une dalle caissonnée (3) en béton armé comprenant une semelle inférieure (3a) présentant une ouverture centrale (4) dans laquel Le vient se loger un bouchon couvercle-coeur (5) surplombant le coeur (6) du réacteur comprenant des assemblages (7), et des ouvertures périphériques (8, 9), disposées en couronne autour de l'ouverture centrale (4), traversées par des pompes (10) et des échangeurs de chaleur (11), dont les têtes sont contenues dans des logements (12,13) pratiqués dans L'épaisseur de la dalle (3), ce réacteur nucléaire étant caractérisé en ce que l'ouverture centrale est surmontée d'une cellule centrale de manutention (14) apte à communiquer avec une cellule de transfert (45) par au moins un couloir radial (43) d'évacuation des assemblages placé entre deux logements (12, 13) adjacents et débouchant directement dans la cellule centrale (14), la cellule centrale (14) et le couloir radial (43) étant délimités par des caissons (15, 47) en béton armé constituant une partie de la dalle caissonnée (3), des moyens de manutention et d'évacuation (17, 117) étant prévus pour transporter les assemblages (7) entre le coeur (6) du réacteur et la cellule de transfert (45) en passant par la cellule centrale (14) et par le couloir radial (43) 2. Réacteur nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de manutention et d'évacuation comprennent une grue (117) à plateau tournant (56) et à flèche inclinable (58) montée de façon à pouvoir se déplacer sur des rails (54) dans ledit couloir radial (43). 3.Réacteur nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de manutention et d'évacuation (17) comprennent une poutre potence verticale (26) montée de façon à pouvoir se déplacer dans la celLule centrale (14), autour de L'ouverture centrale (4) et dans le couloir radial (43) sur au moins un raiL (28, 31), ladite poutre potence (26) étant montée pivotante autour de son axe propre et supportant de façon coulissante un chariot (25) sur Lequel est articulé un bras de préhension (23) autour d'un axe vertical (21). 4. Réacteur nucléaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de manutention et d'évacuation (17) peuvent s'effacer contre le caisson (15) de la ceLluLe centrale (14) par rotation de la poutre potence (26) autour de son axe propre et par rotation du bras de préhension (23) autour dudit axe vertical (21). 5. Réacteur nucléaire selon L'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que des moyens de manutention (18a, 18b) et des moyens de stockage (19a, 19b) du bouchon couvercle-coeur (5) sont situés dans la partie supérieure de la cellule centrale (14) à un niveau supérieur à celui des moyens de manutention et d'évacuation (17, 117) des assemblages. 6. Réacteur nucLéaire selon La revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de manutention du bouchon couvercle-coeur (5) comprennent un système de treuiLs (18a, 18b) de levage, à channe ou analogue, situé au-dessus de la cellule centrale (14) et commandant le déplacement vertical du bouchon couvercle-coeur (5) dans la cellule centrale (14). 7. Réacteur nucléaire selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que les moyens de stockage du bouchon couvercle-coeur (5) comprennent au moins trois butées escamotables (19a, 19b) implantées dans le caisson (15) de la cellule centrale (14) en sa partie supérieure, pour déterminer une position haute de stockage (16a) du bouchon couverclecoeur (5). 8. Réacteur nucléaire selon L'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le couloir radial (43) communique avec la cellule de transfert (45) par au moins un orifice (44) d'évacuation des assemblages (7). 9. Réacteur nucléaire selon L'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la cellule centrale (14) de manutention est obturée par un couvercle amovible (90).

Inventors: CRANSAC, JEAN-PIERRE, JOGAND, PATRICK, SAUVAGE, MICHEL
Applicants: COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE, ELECTRICITE DE FRANCE SERVICE NATIONAL
Application year: 1985
Main classification: G21C1
IPC codes: G21C13, G21C1, G21C19