CH665919A5 - Dispositif de fermeture de chateau de stockage de combustible nucleaire use. - Google Patents
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Description
DESCRIPTION
La présente invention est relative au stockage à long terme de combustible usé qui a été retiré d'un réacteur nucléaire et, plus particulièrement, à un château pour le stockage de combustible usé comportant un système de fermeture extrêmement fiable dont l'étanchéité peut être contrôlée au moment de l'obturation du château et ultérieurement, lors du stoackage à long terme du combustible usé.
Les châteaux de stockage à sec constituent une forme de stockage à long terme du combustible usé. Après que la chaleur produite par un assemblage combustible soit tombée à une quantité prédéterminée, telle que 0,5 à 1,0 kilowatt par assemblage, après peut-être 10 années de stockage, le combustible usé est transféré dans le château qui est obturé et transporté jusqu'à une aire de stockage au-dessus du sol pour un stockage de longue durée.
Les exigences à imposer à un tel château sont particulièrement strictes. Le château doit être à l'abri des agressions chimiques pendant le stockage à long terme. En outre, il doit être mécaniquement assez robuste pour empêcher ne serait-ce que de minuscules ruptures ou fractures lors du stockage à long terme et pendant le transport où le château risque d'être malmené ou de subir des accidents tels que des chutes. De plus, le château doit pouvoir émettre dans l'environnement la chaleur produite par le combustible usé tout en protégenant néanmoins l'environnement contre les rayonnements produits par le combustible usé. La température des barres doit être maintenue au-dessous d'une température maximale telle que 385°C pour éviter la détérioration de la gaîne en Zircaloy. Des dispositions doivent aussi être prises pour assurer qu'une réaction en chaîne ne puisse être entretenue à l'intérieur du château, c'est-à-dire que le facteur de multiplication effectif Keff demeure inférieur à un, de façon à ce qu'une réaction auto-entretenue ne survienne pas. Ces conditions imposent des exigences strictes au château qui doit remplir sa fonction de stockage d'.une manière absolument fiable.
Pendant le stockage, le château peut être noyé dans l'hélium, qui transmet facilement la chaleur à travers les étroits intervalles entre les bords des plaques et les parois des profilés s
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en U. Le château, qui peut avoir une masse supérieure à cent mille kilogrammes une fois chargé de combustible usé, fait normalement 4,8 mètres hauteur et environ 2,5 mètres de diamètre sans les ailettes de refroidissement.
La présente invention vise principalement à réaliser un château ayant un système de fermeture qui confine le combustible usé à l'intérieur du château avec un degré élevé de fiabilité et qui permette de contrôler l'étanchéité aux fuites de gaz pendant la fermeture du château et ensuite.
Considérant cet objectif, la présente invention réside dans un système de fermeture de château, comprenant un élément de base creux de château comportant une région d'ouverture étagée conçue pour recevoir du combustible nucléaire usé, et un agencement de couvercle pour fermer cette région d'ouverture, caractérisé en ce que ledit agencement de couvercle comporte un élément de fermeture primaire dont une région du pourtour est placée sur une première partie horizontale, un moyen pour fixer l'élément de fermeture primaire sur la région d'ouverture, et un joint primaire étanche aux gaz disposé entre l'élément de fermeture primaire et la première partie horizontale pour empêcher la fuite du gaz hors du château et en ce que l'élément de fermeture primaire a un premier passage pour gaz situé intérieurement par rapport au joint primaire étanche aux gaz pour injecter du gaz afin de contrôler je joint primaire étanche aux gaz et un second passage situé extérieurement par rapport au joint primaire étanche aux gaz conçu pour recevoir tout gaz ayant fui à travers le joint primaire étanche aux gaz pendant l'essai.
Le couvercle de protection peut supporter les chocs mécaniques donnés par des accidents tels que des chutes. Le couvercle de protection comporte de préférence un joint torique élasto-mère qui coopère avec la région d'ouverture de l'élément de base du château, un conduit obturable pour recevoir une conduite verticale, et un passage obturable pour gaz afin d'injecter du gaz dans le château tout en évacuant de l'eau par un tuyau installé provisoirement dans la conduite verticale. Une fois l'eau retirée, l'élément de fermeture primaire est installé, puis un élément de fermeture étanche est mis en place par soudage, la soudure constituant le joint secondaire étanche aux gaz. L'élément de fermeture étanche comporte un passage pour gaz fermable pour réaliser un contrôle de redondance des fuites de gaz à travers le joint primaire au moment de l'installation de l'élément de fermeture et afin de contrôler les fuites lors du stockage à long terme.
De préférence, un agencement de détecteur de pression de gaz communiquant avec l'intérieur du château est installé dans une cavité de l'élément de base du château pour produire un signal d'alarme si la pression à l'intérieur du château atteint un niveau prédéterminé. Un tel signal d'alarme peut soit indiquer une situtation anormale exigenant une attention immédiate, soit être sans gravité en indiquant simplement que l'étalonnage du capteur a changé. Un passage fermable pour gaz vers la cavité est présent dans l'élément de base du château pour permettre l'injection de gaz pour réétalonner le capteur si un signal d'alarme et émis.
L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés sur lesquels:
la figure 1 est une vue en perspective d'un assemblage combustible typique;
la figure 2 est une vue de-dessus en plan d'une piscine pour le stockage à court terme d'assemblages combustibles usés;
la figure 3 est une vue en coupe représentant l'élément de base d'un château de stockage, et un agencement de panier à grille dans l'élément de base pour, réaliser une matrice de logements de stockage pour recevoir des assemblages combustibles usés, pour transmettre à la paroi du château la chaleur produite par les assemblages usés et pour supporter une conduite verticale utilisée lors de la vidange du château;
la figure 4 est une vue en perspective de la conduite verticale représentée à la figure 3 et montre le montage de la conduite verticale sur l'agencement de panier à grille;
la figure 5 est une vue en coupe représentant une partie de la région d'ouverture de l'élément de base du château et l'agencement de couvercle après son installation;
la figure 6 est une vue en coupe représentant une bague métallique en C actionnée par un ressort qui est retenue dans l'élément de fermeture primaire pour réaliser le joint primaire étanche aux gaz;
la figure 7 est une vue en perspective représentant une partie de la bague en C de la figure 6;
la figure 8 est une vue en perspective représentant la partie supérieure de l'élément de base du château après l'installation du couvercle protecteur, et représente un tuyau d'évacuation d'eau et une tuyauterie de gaz reliés dans celle-ci à des ouvertures fermables lors de l'évacuation de l'eau hors du château;
la figure 9 est une vue en perspective de la partie supérieure de l'élément de base du château après l'installation de l'élément de fermeture primaire, et représente des tuyauteries de gaz installées dans des passages fermables pour gaz lors des contrôles du joint primaire étanche aux gaz;
la figure 10 est une vue en perspective de la partie supérieure de l'élément de base du château après l'installation de l'élément de fermeture étanche et représente une tuyauterie de gaz introduite dans un passage fermable pour gaz lors des contrôles du joint secondaire; et la figure 11 est une vue en perspective du château pendant un stockage à long terme.
La figure 1 représente un assemblage combustible 20 typique pour alimenter un réacteur en combustible nucléaire. L'assemblage 20 comporte un embout inférieur 22 et un embout supérieur 24 entre lesquels sont disposées des barres de combustible allongées 26. Chaque barre de combustible 26 comporte une gaîne cylindrique en alliage de zirconium tel que le «Zircalloy-4» existant dans le commerce et est remplie de pastilles de combustible fissile enrichi en U-235. Dans l'assemblage de barres 26 de combustible, des guidages tabulaires (non représentés) sont disposés entre les embouts 22 et 24 pour recevoir des barres de commande (non représentées) montées de manière mobile et des instruments de mesure (non représentés). Les extrémités de ces guidages tabulaires sont fixées aux embouts 22 et 24 pour former un squelette de support des barres 26 de combustible, qui ne sont pas fixées en permanence aux embouts 22 et 24. Des grilles 28 ont des ouvertures à travers lesquelles s'étendent des barres 26 de combustible et les guidages tabulaires pour grouper ces éléments en faisceau. Les assemblages combustibles existant dans l'industrie comportent de 179 à 264 barres de combustible, suivant les modèles. Un assemblage combustible typique fait environ 4,1 mètres de long, environ 19,7 cm de large et pèse environ 585 kg.
Après une vie utile d'environ 3 années dans un réacteur à eau sous pression, l'enrichissement en U-235 d'un assemblage combustible 20 est épuisé. En outre, divers produits de fission ayant différentes périodes, sont présents dans les barres 26. Ces produits de fission dégagent une radioactivité et une chaleur intenses quand les assemblages 20 sont sortis du réacteur et les assemblages 20 sont donc placés dans une piscine contenant des sels de bore dissous dans de l'eau (ci-après appelée borée pour un stockage à court terme. Une telle piscine est désignée par le repère 30 sur la figure 2.
La piscine 30 a une profondeur typique de 12,2 mètres. Un certain nombre de râteliers 32 de combustible usé placés au fond de la piscine 30 sont pourvus de logements de stockage 34 pour recevoir verticalement des assemblages combustibles 20. Un bloc support 36 de château se trouve au fond de la piscine 30.
Durant le stockage des assemblages combustibles 20 dans la
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piscine 30, la composition du combustible usé change dans les barres 26. Les isotopes à période courte se désintègrent et, par conséquent, la proportion de produits de fission à période relativement longue augmente. De ce fait, le niveau de radioactivité et de chaleur produit par un assemblage combustible 20 diminue relativement vite pendant un temps et atteint finalement un état dans lequel la chaleur et la radioactivité diminuent très lentement. Même à ce niveau réduit, cependant, les barres 26 doivent être isolées de manière fiable par rapport à l'environnement pendant un avenir indéfini.
Considérant la figure 3, l'élément de base 38 du château 40 a un fond 42 et un intérieur creux 44 réalisé par une paroi cylindrique 46. L'élément de base 38 comporte une partie 48 en acier au carbone d'environ 25 cm d'épaisseur qui sert à protéger l'environnement contre les rayons gamma. Une couche de revêtement 50 en acier inoxydable couvrant le fond 42 et la paroi 46 est appliquée sur la partie 48, par exemple, en plaçant la partie 48 sur un plateau tournant et en la faisant tourner tout en soudant une spirale continue autour de l'intérieur à l'aide de baguettes de soudage en acier inoxydable de façon à ce qu'une surface en acier inoxydable couvre entièrement l'intérieur 44 de la partie 48 afin de la protéger contre les agressions chimiques. L'élément de base 38 est entouré d'une couche d'environ 7,0 cm d'épaisseur de matière 52 absorbant les neutrons qui peut être une résine. Une résine appropriée pour servir de matière 52 est vendue par Bisco Products Inc., 1420 Renaissance Drive, Park Ridge, Illinois 60068, sous la référence NS-3. La matière enveloppante 52 est une couche extérieure 54 d'acier inoxydable pour protéger le château 40 contre l'environnement. Le château 40 comporte aussi des ailettes de refroidissement 56 en acier au carbone, de préférence traité pour protéger l'acier au carbone contre les agressions chimiques de l'environnement. Les ailettes 56 sont soudées à la partie 48 et s'étendent à travers la matière 52 et la couche 54. Bien qu'ils ne soient pas représentés, il est avantageux de fixer deux tourillons en haut et en bas de l'élément de base 38 afin de faciliter les manipulations.
Toujours en référence à la figure 3, l'agencement de panier à grille 58 comprend un premier ensemble 60 de grandes plaques 62, 64, 66, 68 et 70 et un deuxième ensemble 72 de grandes plaques 74, 76, 78, 80 et 82. Ces plaques peuvent être fabriquées en tôles d'aluminium d'environ 3,7 mètres de haut et 2,0 cm d'épaisseur. Lors de leur fabrication, les plaques métalliques du premier ensemble 60 sont pourvues d'encoches allongées orientées vers le haut (non représentées) qui s'étendent du bas au milieu des plaques et qui sont espacées entre elles d'environ 26,3 cm. Les plaques du deuxième ensemble 72 sont pourvues d'encoches allongées correspondantes (non représentées) qui s'étendent du haut des plaques au milieu de celles-ci et qui, elle aussi, sont espacées entre elles de 26,3 cm. Les plaques du premier ensemble 60 et du deuxième ensemble 72 sont ensuite assemblées en introduisant les encoches les unes dans les autres (de manière très comparable à des peignes que l'on accroche en orientant leurs dents les unes vers les autres puis en ramenant les peignes l'un contre l'autre) puis en soudant les intersections obtenues par des soudures longues en corcon. II apparaît qu'une telle construction donne une matrice de logements de stockage allongés 84 espacés entre eux de 26,3 cm, d'un centre à l'autre et possédant un axe qui s'étend sensiblement perpendiculairement au plancher 42. L'agencement de panier à grille 58 comporte aussi un certain nombre de petites plaques 86 soudées sur le pourtour de la matrice réalisée par les premier et second ensembles 60 et 72 de grandes plaques. Comme représenté à la figure 3, les bords des différentes plaques sont introduits de manière amovible dans des profilés en U allongés 88 qui sont soudés à la paroi 46 et qui s'étendent sensiblement perpendiculairement au plancher 42. Lors de l'utilisation du château 40, des cellules creuses allongées (non représentées) à parois en acier inoxydable qui forment des sections transversales sensiblement et qui supportent des feuilles en matière «poison neutroni-que» telle que du carbure de bore peuvent être introduites dans les logements de stockage 84. Des assemblages combustibles 20 sont alors introduits dans les cellules pour le stockage à long terme sous une atmosphère d'hélium, la chaleur produite par les assemblages 20 étant transmise via l'agencement de panier à grille 58 à travers d'étroits espaces remplis d'hélium au niveau des profilés en U 88, jusqu'à la paroi 46 pour être dissipée. Les logements de stockage peuvent aussi servir à stocker du combustible solidifié dans des récipients métalliques de solidification, sans les cellules, ou du combustibles solidifié et des assemblages combustibles peuvent être stockés dans des logements de stockage différents du même château.
Dans le cadre de l'aperçu qui précède, la figure 3 représente aussi une conduite verticale 90 qui est fixée à l'agencement de panier à grille 58 et qui s'étend sensiblement perpendiculairement au plancher 42. Comme représenté à la figure 4, l'extrémité inférieure de la tuyauterie 90 est pourvue de trous de vidange 92 afin que de l'eau borée puisse atteindre l'intérieur de la tuyauterie 90 lors de la vidange du château 40, une opération qui sera décrite plus loin en détail. Il faut relever que l'agencement de panier à grille 58 est légèrement espacé au-dessus du plancher 42 et ne gêne pas l'écoulement de l'eau vers les trous 92. Pendant l'opération de vidange, le château 40 peut être légèrement incliné pour faciliter l'écoulement de l'eau vers le trous 92, ou le plancher 42 peut présenter une légère pente en direction des trous 92.
Toujours en référence à la figure 4, un élément triangulaire inférieur de support 94 en aluminium est soudé aux plaque 64 et 74 de l'agencement 58. L'élément 94 a une ouverture (non représentée) à travers laquelle l'étend la tuyauterie 90, l'élément 94 étant raccordé à la tuyauterie 90 par une soudure 96. De la même manière, l'élément triangulaire supérieur de support 98, qui a une ouverture 100 à travers laquelle s'étend la tuyauterie 90, est soudé aux plaques 64 et 74. Cependant, la tuyauterie 100 n'est pas soudée à l'élément 98, empêchant par ce fait la tuyauterie 90 de déformer l'agencement de panier à grille 58 si l'agencement 58 et la tuyauterie 90 connaissent des vitesses de dilatation différentes lorsque varie la température à l'intérieur du château.
Considérant maintenant la figure 5, l'élément de base 38 se termine vers le haut en une région d'ouverture étagée 102 qui comporte des parties horizontales 104, 106, 108 et 110. La région 104 comporte ausse des parties verticales 112, 114 et 116. La couche 50 de revêtement en acier inoxydable s'étend sur la région d'ouverture étagée 102. Des alésages filetés 118 sont présents dans la partie horizontale 104 et des alésages filetés 120 sont présents dans la partie horizontale 106.
Toujours en référence à la figure 5, l'agencement de couvercle 122 comporte un couvercle protecteur 124, un élément de fermeture primaire 126 en acier au carbone et un élément de fermeture étanche 128 en acier inoxydable. Le couvercle étanche 124 a une partie 130 en acier au carbone avec une couche de revêtement 132 en acier inoxydable qui peut être appliquée par soudage comme indiqué précédemment. La partie 130 est pourvue d'un évidement annulaire 134, qui, pendant l'opération de revêtement, est remplie d'acier inoxydable de façon à ce que la couche 132 s'étende dans l'évidement 134. Un évidement annulaire 136 ayant une section transversale queue d'aronde est découpé dans l'acier inoxydable de l'évidement 134. In joint torique élastomère 138 est «prisonnier» dans l'évidement 136 afin de pouvoir être installé à demeure lors de la réalisation du couvercle protecteur 124, et n'a par conséquent pas à être installé juste avant le montage du couvercle 124 sur l'élément de base 38 du château. Il faut souligner que la partie du revêtement 50 en acier inoxydable sur la partie horizontale 104 qui reçoit le joint torique 138 est usinée pour réaliser une surface plane afin de bien caler le joint torique 138.
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Toujours en référence à la figure 5, le conduit 140 a une partie inférieure conique 142 et une partie supérieure 144 conçue pour recevoir la tête 146 d'un bouchon 148 en acier inoxydable. L'évidement annulaire 150 de la tête 146 reçoit un joint torique métallique 152. Le joint torique 152 est «prisonnier» du bouchon 148 par l'application de petits points de colle reliant les côtés du joint torique 152 aux parois de l'évidement 150, en plusieurs endroits, lors de la réalisation du bouchon 148, en veillant à éviter la contamination des surfaces d'étanchéité du joint torique 152 par la colle. Le joint torique 152 peut également être retenue sur le bouchon 148 par deux colliers (non représentés) installés dans des évidements (non représentés) conti-gus à l'évidement 150 et s'étendant vers le joint torique 152 pour le maintenir en place. Avec le joint torique 152 prisonnier de cette manière, le bouchon 148 est manipulable d'une seule pièce. Une couronne de trous non filetés 154 sur le pourtour de la tête 146 reçoit des vis à tête ronde 156 dont la partie inférieure filetée est logée dans des alésages filetés 158 du couvercle de protection 124.
Toujours en référence à la figure 5, une soupape 159 est placée dans le conduit 140 légèrement au-dessus de l'extrémité supérieure de la conduite verticale 90 (pour permettre la dilatation thermique de celle-ci), et comporte une chambre 161 de soupape qui est soudée au couvercle 124, un élément 163 de soupape monté de manière coulissante dans la chambre 161, des joints toriques métalliques 156 et 167 retenus aux deux extrémités de l'élément 163, un ressort 169 qui est fixé à l'extrémité inférieure de la chambre 161 et qui pousse vers le haut la soupape 163, une bille 171 mobile à l'intérieur de l'élément 163 et un ressort 173 qui pousse la bille 171 vers le bas. Ainsi qu'on l'évoquera plus loin, la soupape 159 coopère avec une commande 175 de soupape dans la conduite verticale 90. La commande 175 de soupape comporte une plaque 177 qui est fixée sur l'intérieur de la conduite verticale 90 et qui contient une couronne de passages 179. Un axe 181 est fixé à la plaque 177 dans une position sous la bille 171. L'épaisseur de la plaque 177, et la bague protectrice 183 autour de la conduite verticale 90 protègent les ressorts 169 et 173 contre les effets directs du flux de neutrons.
Toujours en référence à la figure 5, le passage 160 pour gaz a une partie intermédiaire agrandie 162 et une partie supérieure 164 qui reçoit la tête 166 du bouchon fileté 168 en acier inoxydable. La tête 166 possède un évidement annulaire dans lequel le joint torique métallique 170 est retenu de la manière décrite précédemment. La région supérieure 172 de la partie 162 est filetée pour recevoir le bouchon 168. Un raccord rapide 174 est monté dans la partie 162 sous la région supérieure 172. Le raccord 174 comporte un clapet à bille (non représenté) interne et est conçu pour s'encliqueter avec un raccord rapide correspondant sur une tuyauterie de gaz. Des raccords rapides appropriés dans connus dans la technique et existent sur le marché.
Toujours en référence à la figure 5, le couvercle protecteur 124 a lui aussi une région 176 du pourtour à épaisseur réduite à travers laquelle s'étendent 36 trous non filetés 178.
Considérant ensuite les deux figures 5 et 8, l'installation du couvercle protecteur 124 va maintenant être décrite. Avant que l'élément de base 38 du château ne soit abaissé sur le socle 36 du château (figure 2), et de préférence pendant la fabrication de l'élément 38, les goujons 180 sont enduits de produit d'étanchéité et vissés dans les alésages filetés 118. Pour éviter la pénétration d'eau dans les alésages 120, les vis à tête ronde 182 sont également enduites de produit d'étanchéité et installées à faux frais dans les alésages 120. Le couvercle protecteur 124 est installé après le chargement des assemblages combustibles 20 dans l'élément de base 38 est alors que l'élément 38 est encore placé sur le socle 36 du château. Pendant la première étape de l'installation, le bouchon 148 (avec le joint torique 152 prisonnier) et le bouchon 168 (avec le joint torique 152 prisonnier) sont absents sur le couvercle protecteur 124. Par télécommande, le couvercle protecteur 124 est déposé sur l'élément de base 38 et aligné avec lui, de façon à ce que la conduite verticale 90 soit en place pour être introduite dans la partie 142 du conduit 140 et de façon à ce que les goujons 180 soient en place pour être introduits par les trous 178. Des écrous 184 sont ensuite vissés sur les goujons 180 et un tuyau 186 d'évacuation d'eau est introduit dans le conduit 140, où le joint torique métallique 167 assure l'étanchéité avec l'extrémité du tuyau 186. Une nouvelle pression exercée vers le bas par le tuyau 186 déplace l'élément 168 de soupape jusqu'à ce que le joint torique 165 appuie de manière étanche contre l'extrémité de la conduite verticale 90. Juste avant la création de ce dernier joint d'étanchéité, l'axe 181 déplace la bille 171 pour créer un parcours d'écoulement depuis la conduite verticale 90, via les passages 179 et la soupape 159 jusqu'au tuyau 186. La tuyauterie 186 d'alimentation en hélium se terminant en raccord rapide 188 est introduite dans le passage 160 pour gaz, où le raccord 188 s'encliquète avec le raccord 174 et ouvre le clapet interne du raccord 174. De l'hélium est injecté dans le château 40 et, en même temps, l'eau borée est évacuée via le tuyau 186 et pompée jusqu'à une installation de décontamination. II faut noter que le combustible usé élève la température interne du château 40 jusqu'au point d'ébullition de l'eau borée lors de l'évacutation de l'eau borée, si bien qu'un long temps de séchage est inutile pour supprimer les dernières traces d'eau. Au terme de la vidange, le tuyau 186 et la tuyauterie 188 sont retirés, et le raccord rapide 174 et la soupape 159 servent de protections adéquates pour retenir l'hélium dans le château 40. Le château 40 est ensuite sorti de la piscine 30 et on le laisse sécher, on retire les vis à tête ronde 182 et on polit la partie horizontale 106 pour préparer l'installation de l'élément de fermeture primaire 126. Cette installation s'effectue par télécommande puisque, bien que le couvercle 124 soit en place, le flux de rayonnement à travers le couvercle 124 reste suffisant pour présenter des risques pour la santé. Il faut relever que le couvercle protecteur 124 constitue la protection primaire contre les chocs, par exemple les chocs nés de chutes accidentelles ou d'incidents alors que le château 40 est placé en position horizontal pendant son transport.
Revenant à la figure 5, l'élément de fermeture primaire 126 comporte une couronne de trente six trous non filetés 192 sur son pourtour, la partie supérieure des trous 192 étant agrandie pour recevoir les têtes des vis à tête ronde 182. Le passage 194 pour gaz a une partie intermédiaire agrandie 196 et une partie supérieure 198 qui reçoit la tête 200 du bouchon fileté 202. La tête 202 a un évidement annulaire qui reçoit le joint torique métallique 204, le joint torique 204 étant prisonnier de l'évidement de la manière décrite précédemment. La partie intermédiaire 196 a une région filetée 206 pour recevoir le bouchon 200. Un raccord rapide 208 est monté dans la partie 196 dans une position à l'écart de la région filetée 206.
Toujours en référence à la figure 5, le passage 210 pour gaz a une partie intermédiaire agrandie 212 et une partie supérieure 214 qui reçoit la tête 216 du bouchon fileté 218. La tête 216 comporte un évidement annulaire dans lequel un joint torique métallique 220 est prisonnier de la manière décrite précédemment. La partie intermédiaire 212 comporte une région filetée 222 pour recevoir le bouchon 218. Un raccord rapide 224 est monté dans la partie 212 dans une position à l'écart de la région 222.
Toujours en référence à la figure 5, le dessous de l'élément de fermeture primaire 126 possède un évidement annulaire 226 qui a une section transversale en queue d'aronde de façon à ce que le joint torique élastomère 228 puisse y être retenu. L'évidement annulaire 230, qui est concentrique par rapport à l'évidement 226, est également réalisé dans l'élément de fermeture primaire 126. Il faut noter ques les évidements 226 et 230 sont situés l'un à côté de l'autre, et que le passage 210 pour gaz
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communique avec la région entre les évidements 226 et 230. La bague en C 232 actionnée par un ressort est retenue dans l'évidement 230 de la manière décrite plus loin. Pendant l'assemblage de l'élément de base 38 du château, la région de la partie horizontale 106 qui reçoit le joint 228 et la bague 232 est usinée pour réaliser une surface plane.
Considérant ensuite les figures 6 et 7, la bague en C 232 comporte un ressort hélicoïdal 232 partiellement entouré d'un capot 236 en acier inoxydable. Ces bagues en C actionnées par un ressort existent sur le marché. En trois endroits séparés par un même espace autour de l'évidement 230 sont réalisés d'autres évidements 236 dans l'élément de fermeture primaire 126. Des pattes de montage 238 sont fixées dans les évidements 236 par des vis à tête ronde 240. Les branches 242 des pattes de montage 238 s'étendent entre les spires du ressort 234 pour retenir la bague 232 dans l'évidement 230.
Considérant ensuite les deux figures 5 et 9, on décrira les modes d'installation de l'élément de fermeture primaire 126. L'élément de fermeture 26, avec le joint 228 et la bague 232 prisonniers dans celui-ci mais dépourvu des bouchons 202 et 218 (avec leurs joints toriques 204 et 220), est placé sur le socle 38 afin que les trous 192 soient alignés aves les alésages 120. On installe alors les vis 182. La bague en C 232 actionnée par un ressort réalise le joint primaire étanche aux gaz pour l'agencement 122 de couvercle, et des passages 194 et 210 sont prévus afin que ce joint primaire puisse être contrôlé au moment de l'installation de l'élément de fermeture primaire 126. La tuyauterie 244 d'alimentation en hélium se terminant dans le raccord rapide 246 est introduite dans le passage 194, où le raccord 246 s'encliquète avec le raccord 208. De la même manière, la tuyauterie 248 de vérification d'étanchéité se terminant par le raccord rapide 250 est introduite dans le passage 210. De l'hélium, sous une pression d'environ deux atmosphères, est injecté dans l'espace entre le couvercle protecteur 124 et l'élément de fermeture primaire 126 via la tuyauterie 244. On mesure alors les fuites, de préférence à l'aide d'un détecteur de fuites d'hélium à chromatographe en phase gazeuse, relié à la tuyauterie 248. Des détecteurs de fuites appropriés existent sur le marché. Un chiffre typique pour un débit de fuites maximal permissible est de IO-4 centimètres cubes d'hélium par seconde dans des conditions normales de température et de pression.
La bague en C 232 actionnée par un ressort peut présenter une excellente étanchéité pendant de longues périodes si elle est correctement calée lors de son montage initial. La détermination de bon calage de la bague 232 est l'objet de la procédure de contrôle décrite ci-dessus. Un minuscule corps étranger ou une légère imperfection de la bague 232 ou des surfaces d'étanchéité de l'évidement 330 ou de la partie 106 peuvent provoquer un débit de fuites inacceptable. Les autres joints présents dans le système de fermeture du château de la présente invention sont loin d'être aussi critiques que la bague 232 et n'ont donc pas à être contrôlés. Les joints toriques métalliques tels que les joints 152, 170, 204 et 220 prisonniers respectivement des bouchons 148, 168, 202 et 218 ont une grande fiabilité intrinsèque et, de toutes façons, ont des dimensions relativement petites et, par conséquent, ne risquent pas de présenter des débits de fuites excessifs même si de petits défauts apparaissent. Le joint torique élastomère 138, qui n'est pas fiable pour une étanchéité à long therme aux gaz, peut avec le temps se détériorer du fait de la chaleur produite par le combustible usé. Le joint torique 138 est présent principalement pour rendre le couvercle protecteur 124 étanche par rapport à l'élément de base 138 lors de l'injection d'hélium via le passage 160 pendant l'opération de vidange de l'eau. De même, le joint élastomère 228 n'est pas fiable pour une étanchéité à long terme; le joint 228 sert uniquement à définir une région isolée autour de la bague 232 pour les prélèvements effectués par le détecteur d'hélium lors du contrôle de la bague 232.
Considérant une fois encore la figure 5, l'élément de fermeture étanche 128 en acier inoxydable possède un passage 252 pour gaz dans lequel est monté un raccord rapide 254. Le passage 252 a une région filetée 256 et une partie 258 qui reçoit la tête du bouchon fileté 260. La tête du bouchon fileté 260 comporte un évidement annulaire dans lequel est retenu un joint torique métallique 262, de la manière décrite précédemment.
Considérant ensuite les deux figures 5 et 10, l'installation de l'élément de fermeture étanche 128 va maintenant être décrite. Une fois l'élément de fermeture 128 en place sur la partie horizontale 108, le niveau de la totalité du rayonnement du corps s'échappant par l'agencement 122 de couvercle est ralativement modeste, si bien qu'il est sans danger pour que la suite des opérations d'obturation s'effectue sans télécommande. Le pourtour de l'élément de fermeture étanche 128 est soudé à la partie horizontalel 10 par une soudure 264, qui réalise le joint secondaire étanche aux gaz du système de fermeture de la présente invention. Ce joint se contrôle en injectant de l'hélium sous une pression d'environ deux atmosphères, via une tuyauterie d'alimentation en hélium 266 qui se termine par un raccord rapide 268 qui s'encliquète avec le raccord 254 dans le passage 252 pour gaz, dans la région entre l'élément de fermeture primaire 126 et l'élément de fermeture étanche 128. On contrôle les fuites autour de la soudure 264 à l'aide d'un détecteur de fuites d'hélium à chromatographe en phase gazeuse ou autre appareil de détection de fuites. Ensuite, un élément de fermeture supérieur 270 possédant une couche d'environ 7,0 cm d'épaisseur de matière neutrophage 272 et une couche extérieure 274 en acier inoxydable est appliqué de manière adhérente sur l'élément de fermeture étanche 128. L'élément de fermeture 270 a une ouverture cylindrique 276 pour recevoir le bouchon 278, qui permet d'accéder au bouchon 260 si on désire ultérieurement contrôler la soudure 264. Le bouchon 278 a un corps en matière neutrophage 280 avec une couche extérieure 282 en acier inoxydable. Après la mise en place de l'élément de fermeture supérieur 270, l'élément de fermeture annulaire 284, qui possède un corps en matière neutrophage 286 et une couche extérieure 288 en acier inoxydable, est mis en place par soudage pour terminer l'opération de fermeture. Le château 40 et le combustible usé dans celui-ci peuvent alors être transportés jusqu'à un site de stockage éloigné. Un tel site de stockage est représenté à la figure 11, qui montre un château 40 reposant sur un support 290 en béton armé en zone rurale, une route d'accès 292 étant souhaitable lorsqu'on apporte le château sur le support 290 et au moment des contrôles périodiques du château 40.
Outre la surveillance visuelle périodique, lors du stockage du château 40, il peut être souhaitable de prévoir une surveillance électronique continue qui émette un signal d'alarme si la pression à l'intérieur du château 40 chute à un niveau prédéterminé, indiquant qu'une fuite de gaz s'est produite et qu'il existe un danger que des produits de fission tels que du radon gazeux n'atteignent l'environnement. Revenant à la figure 5, le système de fermeture de la présente invention prévoit en option un système de surveillance. A la figure 5, une cavité 294 communiquant avec le passage 296 pour gaz est réalisée dans l'élément de base 38. La cavité 294 communique avec l'intérieur du château 40 via le passage 298 pour gaz. La cavité 294 comporte une première partie cylindrique 300 communiquant avec le passage 298, un deuxième passage cylindrique 302 communiquant avec le passage 300, et un troisième passage 304 communiquant avec le passage 302. Un agencement 306 de détecteur de pression de gaz, qui comporte un joint torique métallique prisonnier 306, est installé dans le passage 300. Il existe sur le marché des capteurs convenant pour l'agencement 306. Par exemple, un manomètre différentiel à capacité, commercialisé par MKS Instruments Inc., Burlington, Massachusetts 01803 sous la référence 221AD-10000, peut être utilisé. Le passage 302 a une région filetée 310 pour l'installation d'un premier élément de
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bouchon 312, qui comporte un joint torique métallique prisonnier 314. La partie creuse cylindrique 316 de l'élément 312 s'étend jusqu'à l'arrière de l'agencement 306 pour pousser fermement l'agencement 306 au contact de l'extrémité du passage 300 tout en permettant néanmoins à l'arrière de l'agencement 306 de communiquer avec le passage 296 pour gaz. L'élément de bouchon 312 comporte aussi une fiché pénétrante 318 hermétique sous vide pour permettre la transmission de signaux électriques à travers l'élément de bouchon 312. De telles fiches pénétrantes sont connues dans la technique et comportent des fils s'étendant à travers le matériau céramique collé au métal qui forme le reste de l'élément de bouchon 312. Des conducteurs 319 venant de l'agencement 306 détecteur de pression de gaz s'étendent à travers le premier élément de bouchon 312 en empruntant l'intérieur creux de la partie 316 et la fiche 318.
Toujours en référence à la figure 5, le troisième passage 304 a une région filetée 322 dans laquelle se visse un deuxième élément de bouchon 324. L'élément 324 est pourvu d'un joint torique métallique prisonnier 326 et d'une fiche pénétrante 328 hermétique sous vide en matériau céramique collé à travers laquelle s'étendent des conducteurs, comme décrit précédemment. Les faces contiguës des éléments de bouchon 312 et 324 sont conçues pour réaliser une cavité 330 pour recevoir des conducteurs 332 s'étendant entre les fiches 318 et 328. Il apparaît d'après les indications ci-dessus que l'agencement 306 de détecteur de pression de gaz donne sur l'intérieur du château 40, que trois joints toriques métalliques 308, 314 et 326 rendent la cavité 294 étanche et que les signaux électriques issus de l'agencement 316 sont communiqués à l'extérieur via les conducteurs 319, la fiche 318, les conducteurs 332 et le contact rapporté 328. Des équipements extérieurs de surveillance (non représentés) de type classique sont électriquement reliés à l'agencement 306 pour fournir un signal d'alarme si l'agencement 306 de détection de pression de gaz indique que la pression à l'intérieur du château 40 est tombée à une limite prédéterminée. Le signal d'alarme peut être acheminé jusqu'à un poste de surveillance où il fait retenir une sonnerie ou attire autrement l'attention, ou peut servir à déclencher un dispositif indicateur visuel (non représenté) placé à côté du château 40 sur le support 290 et qui est observé pendant les visites périodiques de surveillance.
La présence d'un signal d'alarme ne signifie pas forcément que l'intégrité du château a été entamée. Il est bien plus vraisemblable qu'un signal d'alarme résulte d'un signal erroné produit par le capteur de pression dans l'agencement 306. Les propriétés électriques d'un capteur tendent à changer lentement avec le temps, et une «dérive» électrique de ce type est particulièrement vraisemblable si un capteur est soumis aux rudes conditions régnant dans le château 40. Ainsi, à la réception d'un signal d'alarme, il convient d'abord de réétalonner le capteur,
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pour s'assurer de ce que le signal d'alarme est valable, avant le renvoyer le château 40 dans la piscine 30.
Tourjours en référence à la figure 5, le passage 206 pour gaz se termine dans un évidement 334 dans lequel est introduit un élément de bouchon 336. L'élément de bouchon 336 est pourvu d'un joint torique métallique prisonnier 338 et de trous lisses 340 qui sont alignés avec des alésages filetés 342 de l'élément de base 38. Des vis à tête ronde 344 servent à fixer l'élément 336 et le passage étanche 296. Après le montage, le pourtour de l'élément de bouchon 336 est soudé pour réaliser une protection secondaire. Il apparaît que les fuites de gaz par le passage 296 sont empêchées par les joints toriques métalliques 308 et 338 et la soudure sur l'élément de bouchon 334. Un raccord rapide 346, du type indiqué précédemment, est monté dans le passage 296 pour gaz.
Toujours en référence à la figure 5, l'élément cylindrique 348 de bouchon possédant un corps en matière neutrophage 350 d'environ 7,0 cm d'épaisseur et une couche extérieure 353 en acier inoxydable est installé après le soudage de l'élément de bouchon 336. De la même manière, l'élément cylindrique 354 de bouchon, possédant un corps 356 absorbant les neutrons et une couche extérieure 358 en acier inoxydable, recouvre l'élément 224 une fois installé.
Si un signal d'alarme est reçu, un technicien mesure d'abord la radioactivité autour du château, et en particulier dans la région des éléments de bouchon 348 et 354. Des mesures d'un niveau acceptable autour des éléments de bouchon 348 et 354 indiquent qu'il n'est pas dangereux de retirer l'élément 348 et d'eliminer la soudure qui rend étanche l'élément de bouchon 336. Une fois cette soudure supprimée, le technicien mesure à nouveau le rayonnement et, s'il est à un niveau acceptable, continue en dévissant les vis à tête ronde 344 et en retirant l'élément de bouchon 336. Une tuyauterie terminée par un raccord rapide est alors introduite dans le passage 296, et de l'hélium est injecté pour amener la pression dans le passage 300 à un niveau prédéterminée afin d'étalonner le capteur dans l'agencement 306 en appliquant une pression prédéterminée sur un des ses côtés. En supposant que ce réétalonnage établit que le signal d'alarme était intempestif, on ré-installe les éléments de bouchon 336 et 348.
Il apparaît d'après la description qui précède que le système de fermeture de château de combustible usé de la présente invention réalise une fermeture mécaniquement robuste ayant des joints d'étanchéité surabondants très fiables. Un agencement de couvercle facilite la vidange du château et les contrôles d'un joint primaire étanche aux gaz et d'un joint secondaire étanche aux gaz. Le système de fermeture de la présente invention permet aussi la surveillance à long terme de la pression à l'intérieur du château et le réétalonnage du capteur de surveillance.
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Claims (8)
1. Dispositif de fermeture de château, comprenant un élément de base creux (38) de château comportant une région d'ouverture étagée (102) conçue pour recevoir du combustible nucléaire usé, et un agencement de couvercle (122) pour fermer cette région d'ouverture, caractérisé en ce que ledit agencement de couvercle (122) comporte un élément de fermeture primaire (126) dont une région du pourtour est placée sur une première partie horizontale, un moyen (182) pour fixer l'élément de fermeture primaire (126) sur la région d'ouverture (102), et un joint primaire (232) étanche aux gaz disposé entre l'élément de fermeture primaire et la première partie horizontale pour empêcher la fuite du gaz hors du château, et en ce que l'élément de fermeture primaire (126) a un premier passage (194) pour gaz situé intérieurement par rapport au joint primaire (232) étanche aux gaz pour injecter du gaz afin de contrôler le joint primaire (232) étanche aux gaz et un second passage (210) situé extérieurement par rapport au joint primaire (232) étanche aux gaz et conçu pour recevoir tout gaz ayant fui à travers le joint primaire (232) étanche aux gaz pendant l'essai.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un autre joint (228) est disposé extérieurement par rapport au joint primaire (232) l'élément de fèrmeture primaire (126) et la première partie horizontale, le second passage (210) pour gaz communiquant avec la région entre le joint primaire (232) et ledit autre joint (228).
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REVENDICATIONS
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le joint primaire (232) étanche aux gaz comprend une bague métallique en C actionnée par un ressort, en ce qu'une gorge (330) est prévue pour retenir la bague en C dans l'élément de fermeture primaire (126), et en ce que ledit autre joint (228) comprend un joint torique élastomère disposé autour de la bague en C dans une autre gorge (226) ménagée dans l'élément de fermeture primaire (126).
4, caractérisé en ce que la région d'ouverture étagée (102) comporte une première partie horizontale (106) et une deuxième partie horizontale (108) disposée au-dessus de la première partie horizontale (106), et l'agencement de couvercle (122) comporte en outre un élément de fermeture étanche (128) ayant une région de son pourtour placée sur la deuxième partie horizontale (108), en ce qu'une soudure d'étanchéité (264) s'étend entre l'élément de fermeture étanche (128) et ladite région d'ouverture (102) pour réaliser un joint secondaire étanche aux gaz afin d'empêcher le gaz à l'intérieur du château de s'échapper à l'extérieur, et en ce que l'élément de fermeture étanche (128) a un troisième passage (252) pour gaz comportant un joint d'étanchéité amovible (260, 262) situé intérieurement par rapport au joint secondaire (264) étanche aux gaz pour recevoir du gaz injecté entre l'élément de fermeture primaire (126) et l'élément de fermeture étanche (128) pour tester le joint secondaire (264) étanche aux gaz.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que des premiers moyens (202, 204) sont prévus pour rendre étanche le premier passage (194) pour gaz et des secondes moyens (218, 220) sont prévus pour rendre étanche le second passage (210) pour gaz.
5, caractérisé en ce que la région d'ouverture (102) comporte une troisième partie horizontale (104) disposée sous la première partie horizontale, et en ce que l'agencement de couvercle (122) comporte en outre un couvercle de protection (124) dont une région du pourtour est placée sur la troisième partie horizontale (104), des moyens (180, 184) pour fixer le couvercle de protection (124) sur la région d'ouverture, et un moyen (138) en contact à la fois avec le couvercle de protection (124) et la troisième partie horizontale (104) pour réaliser un autre joint (138) étanche aux gaz, le couvercle de protection ayant un quatrième passage (160) pour gaz avec un joint d'étanchéité amovible (168, 170) situé intérieurement par rapport audit autre joint (138) étanche aux gaz.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le couvercle de protection (124) a un conduit (140) ayant une partie inférieure agrandie (142), et en ce qu'une conduite verticale (90) pénètre à l'intérieur de l'élément de base (38) du château et en ce que des moyens (146, 150) sont prévus pour rendre étanche le conduit (140).
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'élément de base (38) du château comporte une cavité intérieure (294) s'étendant depuis l'extérieur de l'élément de base (38), en ce qu'un cinquième passage (298) pour gaz s'étend entre la cavité (294) et l'intérieur du château (38), et un sixième passage (296) pour gaz s'étent entre la cavité (294) et l'extérieur de l'élément de base (38) du château, en ce que des moyens de contrôle de pression (306) sont montés à l'intérieur de la cavité (294) pour détecter la pression des gaz via le cinquième passage (298) pour gaz et pour recevoir du gaz afin de ré-étalonner les moyens (306) de contrôle de pression via le sixième passage (296) pour gaz et en ce que sont prévus des moyens (312, 314, 324, 326) pour rendre étanche la cavité (294) et des moyens (336, 338) pour rendre étanche le sixième passage (296) pour gaz.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PL | Patent ceased |