BE823433A - Systeme de secours pour reacteur nucleaire - Google Patents

Description

  Système de secours pour réacteur nucléaire

  
La présente invention se rapporte à un système de secours pour réacteurs nucléaires et plus particulièrement mais non exclusivement pour réacteurs à neutrons rapides refroidis par gaz.

  
Lors de la conception d'une centrale nucléaire équipée d'un réacteur, un des facteurs qui conditionnent l'étude est l'accident majeur pouvant survenir au réacteur, c.a.d. la fusion du coeur.

  
La présente invention a pour objet de proposer une solution sûre

  
 <EMI ID=1.1> 

  
de la cuve du réacteur en cas d'accident entraînant la fusion du coeur. 

  
Un autre objet de l'invention consiste dans une solution qui permet d'éviter la fusion complète de toutes les parties internes de la cuve par un refroidissement immédiat de la matière en fusion.

  
Un autre objet de l'invention consiste à proposer un système de secours qui permet donc :

  
1[deg.] d'éviter. les conséquences d'une ébullition du coeur en fusion par une

  
solidification de la matière en fusion à l'intérieur de la cuve du réacteur

  
2[deg.] d'éviter ainsi d'endommager la cuve par suite de la température très

  
élevée de la matière en fusion

  
3[deg.] d'éviter par conséquent toute fuite de produits de fission volatiles ou

  
gazeux à l'extérieur de la cuve.

  
Le système de secours suivant l'invention est caractérisé par la création d'une zone froide en dessous du coeur permettant de refroidir la masse en fusion tombante et de la solidifier rapidement.

  
Suivant une forme particulière ce système de secours comprend un circuit réfrigérant dans la zone de support des assemblages combustibles.

  
Suivant une forme de réalisation avantageuse le pied de chaque assemblage comporte un échangeur de chaleur parcouru par un liquide froid.

  
Suivant une forme de réalisation préférée, le système de secours

  
est associé à un concept de coeur suivant lequel les assemblages combustibles, placés selon un pas triangulaire, forment des groupes hexagonaux de 6 assemblages entourant un 7ème assemblage ou une barre de contrôle, d'arrêt ou de sécurité ; ce groupe d'assemblages étant supporté par une seule plaque de base laquelle appuie sur un pied unique. Associé à un tel concept de coeur, le système de secours peut avantageusement comprendre un échangeur de chaleur placé autour du pied de support entouré par un nombre de colonnes de refroidissement de façon à constituer un module de refroidissement de secours.

  
Avantageusement chaque module comprendra 6 colonnes de refroidissement placés autour de l'élément de refroidissement central. 

  
Suivant une forme de réalisation particulière, chaque colonne de refroidissement consiste en un nombre de faisceaux de tubes hélicoïdaux englobés dans une masse métallique et entourés d'une paroi ou gaine métallique.

  
Suivant une forme de réalisation particulièrement avantageuse, la gaine métallique est protégée par une enveloppe en graphite entourée à son tour par un tissu en fibre métallique réfractaire.

  
On obtient ainsi une bonne protection des unités de refroidissement. En effet, le transfert de chaleur du faisceau est facilité par la masse métallique dans laquelle ce faisceau est enrobé. Cette masse évite également les tensions thermiques provoquées par le coeur en fusion et évite en même temps les fuites d'eau en cas de rupture d'un tube. Cette masse est recouverte d'une gaine métallique protégée à son tour contre les chocs thermiques par

  
une enveloppe en graphite ; afin d'éviter que des morceaux ne se détachent

  
de cette enveloppe et bloquent les passages entre les unités, cette enveloppe est protégée par. un tissu résistant aux hautes températures.

  
Suivant une forme de réalisation particulière, ces modules sont protégés à leur partie supérieure par une structure métallique comportant

  
des couches d'isolation thermique. Cette structure constitue une séparation entre les modules de refroidissement et la plaque de support du coeur. Elle sera placée de préférence en dessous de l'entrée du réfrigérant primaire

  
dans la cuve de façon à éviter substantiellement toute perte de chaleur du réfrigérant primaire par les unités de secours. La structure métallique supérieure doit protéger plus particulièrement les enveloppes en graphite,

  
des unités de refroidissement, contre les vibrations provenant de la circulation du réfrigérant primaire (vibrations dues à l'énergie acoustique

  
 <EMI ID=2.1> 

  
provenant de l'opération normale du réacteur.

  
Suivant une forme de réalisation préférée et avantageuse, la structure métallique séparant dans la cuve les unités de refroidissement du reste des pièces du réacteur est pourvue, de préférence à l'endroit du contour de chaque module de refroidissement, de sections métalliques minces à fusion facile de sorte que la structure constitue une séparation totale mais peut être facilement traversée par la masse du coeur en fusion. 

  
i Suivant une forme de réalisation particulière, les tours de refroi-  dissement et la colonne centrale comportent une structure de base commune

  
pourvue d'une ou plusieurs entrées et sorties pour le réfrigérant. Cette

  
structure sera de préférence exécutée de façon à obtenir une alimentation

  
séparée pour 2 unités adjacentes. On peut ainsi éviter un endommagement de

  
la structure de base par la masse en fusion en cas de perte de la source  froide d'une unité de refroidissement. 

  
L'invention sera décrite ci-après plus en détail à l'aide d'un

  
exemple de mise en application et en se référant aux figures jointes qui représentent :
- la fig. 1 : une coupe verticale schématique d'un dispositif de secours suivant l'invention ;
- la fig. 2 : une coupe selon la ligne II-II de la figure 1 ;
- la fig. 3 : une coupe selon la ligne III-III de la figure 1 ;
- la fig. 4 : un agrandissement de la partie encerclée de la figure 1.

  
Les dessins montrent un ensemble d'assemblages combustibles d'un

  
réacteur à neutrons rapides refroidis par gaz. Chaque assemblage est constitué

  
 <EMI ID=3.1> 

  
assemblages sont placés selon un pas triangulaire et sont rassemblés par groupes de 6 assemblages autour d'une barre de contrôle 3 (fig. 2). Il est clair que dans d'autres groupes d'assemblages, la barre de contrôle 3 peut être remplacée soit par un autre assemblage combustible, soit par une barre d'arrêt ou de sécurité, soit encore par un tube vide contenant de l'instrumentation ou tout autre élément utile dans le coeur.

  
Chaque groupe appuie sur une plaque de base 4 qui forme également l'entrée du réfrigérant gazeux dans le coeur. La circulation du réfrigérant est représentée par les flèches 5. La plaque de support 4 repose sur un

  
pied 6 ayant la forme d'un pilier, ancré par sa partie inférieure dans le béton 7 entourant le coeur et formant la matière constituante de la cuve de réacteur. Ce pied 6 est creux et comporte une barre de contrôle 8 en plus d'instrumentation nécessaire pour les mesures indispensables à l'intérieur du coeur. C'est autour de ce pied que le système de secours suivant l'invention est installé. 

  
En dessous de l'entrée du réfrigérant dans la cuve, le pied 6 est entouré d'un couvercle métallique 9. Ce couvercle consiste en une structure d'acier recouverte de fibres céramiques 10, constituant l'isolation thermique. Le bord de ce couvercle 11, qui touche le bord du couvercle adjacent, est exécuté en une plaque d'acier très mince facilement fusionnable. Ce bord constitue la séparation entre le coeur et le système de secours et peut Être facilement traversé par le coeur en fusion.

  
Autour du pilier du pied 6 se trouve un échangeur de chaleur 12 constitué d'un faisceau tubulaire hélicoïdal et enrobé d'une masse métallique 13 constituée de plomb et de cuivre et protégée par une gaine 14 en acier. La gaine 14 est entourée d'anneaux 15 en graphite superposés. La structure en graphite 15 est entourée d'un tissu en fibres réfractaires 16.

  
A sa base le faisceau tubulaire débouche sur une structure métallique 17,

  
qui constitue le collecteur pour le fluide réfrigérant. Cette structure comporte autour du pilier 6 autres colonnes de refroidissement 18 disposées également suivant un pas triangulaire substantiellement en dessous de chaque assemblage combustible. Chaque colonne 18 comporte un faisceau tubulaire

  
enrobé dans une masse métallique et protégé de la même façon que l'échangeur 12. La structure 17 repose sur une couche de graphite 19, supportée par le recouvrement 20 en acier de la cuve en béton 7. Cette couche de graphite est refroidie par le système de refroidissement de la cuve, constitué d'une

  
série de tubes parallèles 21.

  
Des calculs d'accident de coeur, basés sur un modèle de réacteur nucléaire commercial à neutrons rapides refroidi par gaz, équipé par un

  
système de secours suivant l'invention, ont permis d'établir que pour des débris d'un coeur en fusion produisant 20 watts par cm , la matière en fusion produira une chaleur sur la paroi du système de secours d'environ 100 watts

  
par cm . La température maximale de la gaine 14 sera ainsi inférieure à

  
1000[deg.] C. Le temps nécessaire pour la solidification des débris du coeur en fusion, qui pénètre dans le système de secours pourvu de passages de 8 à

  
10 cm entre les colonnes de refroidissement, serait d'environ 5 minutes tandis que le temps de remplissage du système de secours serait d'environ
30 secondes. On évite donc tout risque de bouchage des passages dans le système de secours par solidification de la masse en fusion. Par ailleurs,

  
il a été établi que la matière en fusion n'atteindrait jamais des températures d'ébullition.

  
Etant donné la différence de densité, le combustible se solidifiera en général dans la partie inférieure du système de secours tandis que la matière structurelle des assemblages (gaines, grilles, etc...) sera solidifiée dans la partie supérieure du système de secours. Cette séparation contribuera à éviter la fuite de produits de fission vers le circuit primaire dès que la solidification de toute la masse aura eu lieu.

  
Il est évident que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit, et que bon nombre de variantes peuvent y être apportées. Bien que la description soit axée sur un réacteur rapide refroidi par gaz,

  
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type de réacteur.

  
Revendications

  
1. Système de secours pour réacteur nucléaire, caractérisé par une zone

  
froide placée en dessous du coeur, permettant de refroidir rapidement une masse en fusion et de solidifier cette masse.

Claims (1)

1. 2. Système de secours suivant la revendication 1 caractérisé en ce que cette

   zone comporte un ou plusieurs échangeurs de chaleur parcourus par un liquide froid.

   3. Système de secours suivant la revendication 2 caractérisé en ce que les

   échangeurs de chaleur sont placés autour du pied d'un assemblage combustible.

   4. Système de secours suivant une ou plusieurs revendications 1 à 3, associé

   à un concept de coeur comprenant des assemblages combustibles, placé* selon un pas triangulaire, qui forment des groupes hexagonaux de 6 assemblages entourant un 7ème assemblage ou une barre de contrôle, d'arrêt ou

   r

   de sécurité, ce groupe étant supporté par une plaque de base qui appuie sur un pied unique, caractérisé en ce que le système de secours comprend un échangeur de chaleur placé autour du pied de support entouré par un nombre de colonnes de refroidissement.

   Système de secours suivant la revendication 4, caractérisé par 6 colonnes de refroidissement placées autour de l'échangeur de chaleur.

   Système de secours suivant la revendication 5, caractérisé en ce que chaque colonne comporte un ou plusieurs échangeurs de chaleur. <EMI ID=5.1>

   caractérisé en ce que chaque échangeur de chaleur consiste en un nombre de faisceaux de tubes hélicoïdaux englobés dans une masse métallique et entourés d'une paroi ou gaine métallique.

   Système de secours suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la

   <EMI ID=6.1>

   tour par un tissu en fibre métallique réfractaire.

   Système de secours suivant une ou plusieurs des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est séparé du coeur du réacteur par une structure métallique.

   Système de secours suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la structure métallique comporte des couches d'isolation thermique.

   Système de secours suivant la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce

   <EMI ID=7.1>

   fusion facile de sorte que la structure constitue une séparation totale mais peut Être facilement traversée par une masse en fusion.

   Système de secours tel que décrit et illustré.