FR2642888A1 - Fast reactor cooled with liquid metal - Google Patents
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Abstract
Description
REACTEUR RAPIDE REFROIDI PAR METAL LIQUIDE
La présente invention concerne un réacteur rapide refroidi par métal liquide et plus particulièrement un petit réacteur rapide refroidi par métal liquide qui est d'une sécurité intrinsèque supérieure et d'une structure simple.FAST REACTOR COOLED BY LIQUID METAL
The present invention relates to a fast reactor cooled by liquid metal and more particularly to a small fast reactor cooled by liquid metal which is of superior intrinsic safety and of simple structure.
Un réacteur rapide refroidi par métal liquide traditionnel type dans une grande centrale ou analogue présente une structure comportant un coeur fixé à l'intérieur d'un caisson de réacteur sous pression, des barres de commande qui sont entrées dans le coeur et sorties du coeur, et une machine à recharger pour changer le combustible dans le coeur. Un échangeur de chaleur et une pompe de circulation refroidissante sont disposés à l'extérieur du caisson du réacteur pour former un système de refroidissement primaire par des tubes. A typical traditional liquid metal cooled fast reactor in a large power plant or the like has a structure comprising a core fixed inside a pressurized reactor vessel, control rods which have entered the core and exits from the core, and a refill machine to change the fuel in the heart. A heat exchanger and a cooling circulation pump are arranged outside the reactor vessel to form a primary cooling system by tubes.
Le réacteur rapide traditionnel cependant, exige une technique complexe et élaborée pour la commande du fonctionnement du réacteur. The traditional fast reactor, however, requires a complex and sophisticated technique for controlling the operation of the reactor.
Des essais de réalisation de réacteurs plus petits ont été envisagés et étudiés dans divers pays, dont l'échelle de puissance est plus petite dtun certain ordre de grandeur que celle des réacteurs rapides refroidis par métal liquide existants- tels que décrits ci-dessus. Cependant, ces réacteurs peuvent présenter l'inconvénient que, la taille du système de réacteur diminuant, le système dans son ensemble devient complexe et le court de l'unité de puissance'devient comparativement élevé, avec pour résultat une détérioration économique.En outre, les petits réacteurs étudiés exigent une sécurité intrinsèque sans fonctionnement complexe et élaboré, technique de commande et, par conséquent, des mises au point à la fois dans la structure du système qui est adaptée au réacteur microminiature et la technique de commande du fonctionnement ont été entreprises. Tests for making smaller reactors have been envisaged and studied in various countries, the power scale of which is smaller by a certain order of magnitude than that of the fast reactors cooled by liquid metal - as described above. However, these reactors can have the disadvantage that, as the size of the reactor system decreases, the system as a whole becomes complex and the short of the power unit becomes comparatively high, resulting in economic deterioration. the small reactors studied require intrinsic safety without complex and elaborate operation, control technique and, consequently, adjustments have been made both in the structure of the system which is adapted to the microminiature reactor and in the technique for controlling the operation .
La présente invention a pour objet de fournir une structure simplifiée d'un réacteur rapide refroidi par métal liquide qui présente une sécurité intrinsèque et permet de réaliser un petit réacteur et une simplification à la fois de la technique de commande du fonctionnement et du système de commande du fonctionnement. The object of the present invention is to provide a simplified structure of a fast reactor cooled by liquid metal which presents an intrinsic safety and makes it possible to produce a small reactor and a simplification both of the operating control technique and of the control system. of operation.
Le réacteur rapide refroidi par métal liquide selon la présente invention comprend un caisson de réacteur rempli d'un métal liquide réfrigérant, un réflecteur radial annulaire fixé dans le caisson du réacteur, une unité de puissance s'étendant verticalement et longitudinal^ment dans le caisson du réacteur et mobile à travers le réflecteur radial annulaire, et un moyen pour entraîner l'unité de puissance dans le sens vertical.L'unité de puissance est une structure unitaire et comporte un coeur qui peut être passé à travers le réflecteur radial en déplaçant l'unité de puissance, des réflecteurs ax-iaux, supérieur et inférieur reliés au coeur en sandwich entre eux et comportant des voies d'écoulement formées dans le sens axial, et un tube d'unité de puissance relié à son extrémité inférieure à l'extrémité supérieure du réflecteur axial supérieur pour s'étendre longitudinalement dans le caisson du réacteur et comportant des orifices d'écoulement de réfrigérant dans la surface périphérique à une position prédéterminée. Le tube d'unité de puissance est suffisamment long pour que son extrémité supérieure se projette verticalement hors du caisson du réacteur lorsque le réflecteur axial inférieur du tube d'unité de puissance se projette vers le bas à partir du réflecteur radial annulaire. The fast reactor cooled by liquid metal according to the present invention comprises a reactor case filled with a coolant metal, an annular radial reflector fixed in the reactor case, a power unit extending vertically and longitudinally in the case of the reactor and movable through the annular radial reflector, and means for driving the power unit in the vertical direction. The power unit is a unitary structure and has a core which can be passed through the radial reflector by moving the power unit, axial, upper and lower reflectors connected to the core sandwiched together and having flow paths formed in the axial direction, and a power unit tube connected at its lower end to the upper end of the upper axial reflector to extend longitudinally in the reactor vessel and having flow orifices t of refrigerant in the peripheral surface at a predetermined position. The power unit tube is long enough for its upper end to project vertically out of the reactor vessel when the lower axial reflector of the power unit tube projects downward from the annular radial reflector.
Dans un mode de réalisation de la présente invention, un tube de chauffe du système secondaire comportant des voies d'écoulement pour le réfrigérant est prévu à l'intérieur du tube d'unité de puissance pour s'étendre de son extrémité supérieure à son extrémité inférieure. A l'intérieur du tube d'unité de puissance et entre le tube de chauffe du système secondaire et le réflecteur axial supérieur, une pompe de circulation est disposée pour faire circuler le réfrigérant. In an embodiment of the present invention, a secondary system heating tube having flow paths for the refrigerant is provided inside the power unit tube to extend from its upper end to its end. lower. Inside the power unit tube and between the secondary system heating tube and the upper axial reflector, a circulation pump is arranged to circulate the refrigerant.
Dans le réacteur rapide refroidi par métal liquide selon la présente invention, le réfrigérant dans le caisson du réacteur est chauffé par le coeur de l'unité de puissance et dirigé vers le haut dans le tube d'unité de puissance par l'action de la convection naturelle ou par l'actionnement de la pompe de circulation si elle est fixée à ce dernier. La montée, ou courant ascendant du réfrigérant chauffé circule dans le caisson du réacteur à travers les orifices d'écoulement de réfrigérant dans le tube d'unité de puissance, pour que la chaleur du réfrigérant chauffé soit utilisée par des dispositifs échangeurs de chaleur.Au cas où un tube de chauffe du système secondaire est disposé dans le tube d'unité de puissance, la chaleur du réfrigérant chauffé est absorbée par le tube de chauffe du système secondaire et distribuée à l'extrémité supérieure du tube d'unité de puissance pour permettre à la chaleur de se dissiper à des fins d'utilisation de l'énergie thermique. In the fast reactor cooled by liquid metal according to the present invention, the refrigerant in the reactor vessel is heated by the core of the power unit and directed upwards in the power unit tube by the action of the natural convection or by actuating the circulation pump if it is attached to the latter. The rise, or updraft, of the heated refrigerant flows through the reactor vessel through the refrigerant flow ports in the power unit tube, so that the heat from the heated refrigerant is used by heat exchangers. When a secondary system heating tube is placed in the power unit tube, the heat from the heated refrigerant is absorbed by the secondary system heating tube and distributed to the upper end of the power unit tube to allow the heat to dissipate for the purpose of using thermal energy.
La commande du fonctionnement du réacteur rapide refroidi par métal liquide de la présente invention peut être réalisée facilement en changeant simplement la position relative entre le réflectèur radial fixe et le coeur mobile par entraînement vertical de l'unité de puissance. Ainsi, lorsque le coeur est déplacé vers le haut ou vers le bas à travers le réflecteur radial annulaire par déplacement vertical de l'unité de puissance, la condition dans laquelle le coeur est entouré par les réflecteurs supérieur et inférieur et les réflecteurs radiaux change selon la position du coeur relativement au réflecteur radial, et la quantité d'énergie thermique en provenance du coeur change en fonction de la condition environnante.Au fur et à mesure que le coeur est abaissé à travers le réflecteur radial, la puissance du réacteur change selon la séquence suivante puissance critique - puissance nominale - puissance maximale - puissance partielle - arrêt d'urgence. The operation of the liquid metal cooled fast reactor of the present invention can be easily accomplished by simply changing the relative position between the fixed radial reflector and the movable core by vertical drive of the power unit. Thus, when the heart is moved up or down through the annular radial reflector by vertical displacement of the power unit, the condition in which the heart is surrounded by the upper and lower reflectors and the radial reflectors changes according to the position of the core relative to the radial reflector, and the amount of thermal energy coming from the core changes according to the surrounding condition. As the core is lowered through the radial reflector, the power of the reactor changes according to the following sequence critical power - nominal power - maximum power - partial power - emergency stop.
Etant donné la structure unique du réacteur rapide refroidi par métal liquide de la présente invention, la sécurité intrinsèque (caractéristiques de sécurité du réacteur connues sous le nom d'Effet Doppler) est obtenue. Ainsi, lorsque la température du réfrigérant est exagérée, le tube d'unité de puissance et les autres élements adjacents sont expansés thermiquement, avec pour effet que le coeur, qui est positionné au fond du tube d'unité de puissance, se déplace vers le fond du caisson du réacteur puisque l'ex- trémité supérieure du tube d'unité de puissance est fixe pendant le fonctionnement du réacteur. D'autre part, le réflecteur radial, qui est fixé au caisson du réacteur, monte par expansion thermique puisque le fond du réacteur est fixe et, en conséquence, le coeur est inséré relativement profond dans le réflecteur radial.Ainsi, la-réactivité du coeur est diminuée par le déplacement l'un par rapport à l'autre des deux éléments. Given the unique structure of the liquid metal cooled fast reactor of the present invention, intrinsic safety (safety features of the reactor known as the Doppler Effect) is obtained. Thus, when the temperature of the refrigerant is exaggerated, the power unit tube and the other adjacent elements are thermally expanded, with the effect that the core, which is positioned at the bottom of the power unit tube, moves towards the bottom of the reactor vessel since the upper end of the power unit tube is fixed during reactor operation. On the other hand, the radial reflector, which is fixed to the reactor casing, rises by thermal expansion since the bottom of the reactor is fixed and, consequently, the core is inserted relatively deep in the radial reflector. heart is decreased by the displacement of the two elements relative to each other.
La figure 1 illustre un mode de réalisation du réacteur rapide refroidi par métal-liquide selon la présente invention;
Les figures 2a à 2f illustrent de manière séquentielle la position du coeur selon la présente invention du moment où la puissance du réacteur est critique jusqu'au moment où a lieu l'arrêt d'urgence; et
Les figures 3a à 3c illustrent respectivement d'autres modes de réalisation du reacteur rapide refroidi par métal liquide selon la présente invention.FIG. 1 illustrates an embodiment of the fast reactor cooled by metal-liquid according to the present invention;
FIGS. 2a to 2f illustrate sequentially the position of the core according to the present invention from the moment when the power of the reactor is critical until the moment when the emergency stop takes place; and
FIGS. 3a to 3c respectively illustrate other embodiments of the fast reactor cooled by liquid metal according to the present invention.
Sur la figure 1 qui illustre un mode de réalisation du réacteur rapide refroidi par métal liquide selon la présente invention, le réacteur comporte un caisson de réacteur 1 et une unité de puissance 2. In FIG. 1 which illustrates an embodiment of the fast reactor cooled by liquid metal according to the present invention, the reactor comprises a reactor casing 1 and a power unit 2.
Le caisson du réacteur 1 renferme un réfrigérant 3 consistant essentiellement en un métal fondu, par exemple du Na ou NaK. Un réflecteur radial, annulaire, 4 est fixé à la portion inférieure à l'intérieur du caisson du réacteur 1 par un élément de support 5. L'élément de support 5 comporte une plaque de support annulaire 5a présentant le même diamètre intérieur que celui du réflecteur radial 4 et un tube ouvert 5b se projetant vers le bas à partir de l'ex- trémité interne de la plaque de support annulaire Sa avec une portion étendue vers l'intérieur 5d à son extrémité inférieure. La plaque de support annulaire 5a est reliée à la paroi interne du caisson du réacteur 1 et le réflecteur radial 4 est relié à la plaque de support annulaire 5a pour s 'étendre vers le haut de sorte que les bords internes respectifs du tube ouvert 5b et du réflecteur radial 4 soient en alignement. La plaque de support annulaire 5a comporte une pluralité de trous 5c pour le passage à travers cette dernière du réfrigérant 3. The reactor 1 casing contains a refrigerant 3 consisting essentially of a molten metal, for example Na or NaK. A radial, annular reflector 4 is fixed to the lower portion inside the reactor vessel 1 by a support element 5. The support element 5 comprises an annular support plate 5a having the same internal diameter as that of the radial reflector 4 and an open tube 5b projecting downwards from the internal end of the annular support plate Sa with an inwardly extended portion 5d at its lower end. The annular support plate 5a is connected to the internal wall of the reactor vessel 1 and the radial reflector 4 is connected to the annular support plate 5a to extend upwards so that the respective internal edges of the open tube 5b and of the radial reflector 4 are in alignment. The annular support plate 5a has a plurality of holes 5c for the passage through the latter of the refrigerant 3.
Le caisson du réacteur 1 est fixé à son extrémité inférieure au fond d'un puits 6 qui entoure le caisson 1 et est empêché de bouger horizontalement par une rebord 7 s'étendant horizontalement vers l'intérieur de la paroi latérale du puits 6 en direction d'une partie supérieure du caisson du réacteur 1. The reactor vessel 1 is fixed at its lower end to the bottom of a well 6 which surrounds the vessel 1 and is prevented from moving horizontally by a flange 7 extending horizontally inwards from the side wall of the well 6 towards of an upper part of the reactor 1 casing.
L'unité de puissance 2 comporte un coeur 8 présentant un diamètre tel- que le coeur 8 peut passer à travers le réflecteur radial 4, des réflecteurs axiaux supérieur et inférieur 9a et 9b, respectivement, reliés au coeur 8 pris en sandwich entre ceux-ci. Les deux réflecteurs axiaux 9a, 9b comprennent une pluralité de voies d'écoulement s'étendant axialement 9c pour le réfrigérant 3, lesquelles voies d'écoulement 9c sont alignées longitudinalement avec les orifices d'écoulement de réfrigérant du coeur 8, et un tube d'unité de puissance 10 relié à son extrémité inférieure à une extrémité supérieure du réflecteur axial supérieur 9a. The power unit 2 comprises a core 8 having a diameter such that the core 8 can pass through the radial reflector 4, upper and lower axial reflectors 9a and 9b, respectively, connected to the core 8 sandwiched between them this. The two axial reflectors 9a, 9b comprise a plurality of axially extending flow paths 9c for the refrigerant 3, which flow paths 9c are aligned longitudinally with the refrigerant flow orifices of the core 8, and a tube d power unit 10 connected at its lower end to an upper end of the upper axial reflector 9a.
Le tube d'unité de puissance 10- présente le même diamètre que celui du coeur 8 et des réflecteurs 9a, 9b et s'étend vers le haut dans le caisson du réacteur 1. Le tube d'unité de puissance 10 est suffisamment long pour que son extrémité supérieure se projette hors du caisson du réacteur 1 lorsque l'extrémité inférieure du réflecteur axial inférieur 9b est insérée profondément dans le réflecteur 'radial 4, et étendue en dessous de ce dernier. Le tube d'unité de puissance 10 comporte une pluralité d'orifices d'écoulement 10c dans la surface périphérique à une position prédéterminée sous la surface du réfrigérant 3 et près de cette dernière afin que le réfrigérant circule de l'intérieur vers l'extérieur du'tube d'unité de puissance 10 lorsque l'extrémité inférieure du réflecteur axial inférieur 9b est insérée dans le réflecteur radial 4.Le tube d'unité de puissance 10 comporte en outre des trous à air Idd dans la surface périphérique à une position prédéterminée qui se situe au-dessus de la surface du réfrigérant 3 pour que le réfrigérant 3 puisse circuler facilement à travers les trous à air 10d.The power unit tube 10- has the same diameter as that of the core 8 and the reflectors 9a, 9b and extends upwards in the reactor vessel 1. The power unit tube 10 is long enough to that its upper end projects out of the reactor vessel 1 when the lower end of the lower axial reflector 9b is inserted deeply into the radial reflector 4, and extended below the latter. The power unit tube 10 has a plurality of flow orifices 10c in the peripheral surface at a predetermined position below and near the surface of the refrigerant 3 so that the refrigerant flows from the inside to the outside of the power unit tube 10 when the lower end of the lower axial reflector 9b is inserted into the radial reflector 4. The power unit tube 10 also has air holes Idd in the peripheral surface at a position which is located above the surface of the refrigerant 3 so that the refrigerant 3 can easily flow through the air holes 10d.
En outre, une pompe de circulation 12 est disposée à l'intérieur du tube d'unité de puissance 10 au-dessus du réflecteur axial supérieur 9a, et un tube de chauffe du système secondaire 11 comportant des voies d'écoulement llc pour le réfrigérant 3 est placé au-dessus de la pompe de circulation 12. L'extrémité supérieure du tube d'unité de puissance 10 est fermée hermétiquement par un élément de blindage 13. In addition, a circulation pump 12 is arranged inside the power unit tube 10 above the upper axial reflector 9a, and a secondary system heating tube 11 comprising flow paths llc for the refrigerant. 3 is placed above the circulation pump 12. The upper end of the power unit tube 10 is hermetically sealed by a shielding element 13.
Un convertisseur thermoélectrique 14'est raccordé à la portion périphérique externe à l'extrémité supérieure du tube d'unité de puissance 10 dans la section inférieure des deux sections définies par la face d'extrémité supérieure du tube d'unité de puissance 10, et un radiateur 16 est raccordé à la portion périphérique externe dans la section supérieure et, de plus, des tubes de chauffe 17 du système de radiateur sont prévus pour s'étendre à travers les deux sections afin qu'un fluide travaillant circule par le tube de chauffe 11 du système secondaire et les tubes de chauffe 17 du système de radiateur. A thermoelectric converter 14 is connected to the external peripheral portion at the upper end of the power unit tube 10 in the lower section of the two sections defined by the upper end face of the power unit tube 10, and a radiator 16 is connected to the external peripheral portion in the upper section and, in addition, heating tubes 17 of the radiator system are provided to extend through the two sections so that a working fluid circulates through the tube heater 11 of the secondary system and the heater tubes 17 of the radiator system.
Comme décrit ci-dessus, l'unité de puissance 2 dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1 est composée substantiellement du coeur 8, des réflecteurs axiaux 9a, 9b, du tube d'unité de puissance 10, du tube de chauffe 11 du système secondaire, du tube de chauffe 17 du système de radiateur, du convertisseur thermoélectrique 14 et du radiateur 16. Cette unité de puissance 2 est déplacée verticalement vers le haut et vers le bas de manière unitaire par un dispositif d'entraînement (non représenté). Le caisson du réacteur 1 est fermé à son extrémité supérieure par un bouchon de blindage 18 comportant une ouverture à travers laquelle le tube d'unité de puissance 10 est étendu de manière mobile verticalement. As described above, the power unit 2 in the embodiment illustrated in FIG. 1 is composed substantially of the core 8, the axial reflectors 9a, 9b, the power unit tube 10, the heating tube 11 of the secondary system, the heating tube 17 of the radiator system, the thermoelectric converter 14 and the radiator 16. This power unit 2 is moved vertically up and down in a unitary manner by a drive device (not shown ). The reactor vessel 1 is closed at its upper end by a shielding plug 18 having an opening through which the power unit tube 10 is movably extended vertically.
Dans les éléments constituants décrits ci-dessus, par exemple, un oxyde mixte consistant essentiellement en du U et du Pu, ou du UN peut être employé comme combustible utilisé dans le coeur 8, et du Be ou BeO, par exemple, peut être utilisé comme matériau des réflecteurs 4 et 9. Comme matériau des tubes de chauffe 11 et 17, en particulier, des tubes de chauffe 17 du système de radiateur, du Nb-Zr est approprié lorsque du Ce est utilisé dans une plage de températures comprises entre 4500C et 9000C. Lorsque le fluide travaillant est du K, le Ni est approprié; dans ce cas, il est généralement utilisé dans une plage de températures comprises entre 5000C et 10000C. In the components described above, for example, a mixed oxide consisting essentially of U and Pu, or UN can be used as fuel used in core 8, and Be or BeO, for example, can be used as material of reflectors 4 and 9. As material of the heating tubes 11 and 17, in particular, the heating tubes 17 of the radiator system, Nb-Zr is suitable when Ce is used in a temperature range between 4500C and 9000C. When the working fluid is K, Ni is suitable; in this case, it is generally used in a temperature range between 5000C and 10000C.
Les éléments constituants qui sont en contact avec le réfrigérant 3 et autres que ceux mentionnés ci-dessus, à savoir, la paroi interne du caisson du réacteur 1, l'élément de support 5, le tube d'unité de puissance 10, etc, peuvent être réalisés, par exemple, en acier inoxydable, et comme matériau de l'élément de blindage 13, un matériau anti-neutrons, par exemple, du LiH, B4C, etc, ou un matériau anti rayons-gamma, par exemple, du W, peut être utilisé. The constituent elements which are in contact with the refrigerant 3 and other than those mentioned above, namely, the internal wall of the reactor vessel 1, the support element 5, the power unit tube 10, etc., can be made, for example, of stainless steel, and as the material of the shielding element 13, an anti-neutron material, for example, LiH, B4C, etc., or an anti-gamma ray material, for example, W, can be used.
Dans le réacteur rapide refroidi par métal liquide comportant l'agencement qui précède, un métal fondu, par exemple, du Na ou NaK, qui est utilisé comme réfrigérant 3 est injecté dans un état où il a été porté à une température qui n'est pas inférieure au point de fusion au moyen dtun dispositif de chauffage électrique enroulé autour de caisson du réacteur 1 ou en distribuant un gaz à haute température à travers l'espace entre le caisson du réacteur 1 et la paroi du puits 6. Ensuite, l'unité de puissance 2 est installé dans le caisson du réacteur 1, et le réfrigérant 3 dans le caisson du réacteur 1 circule par convection naturelle ou par actionnement de la pompe de circulation 12. In the liquid metal cooled fast reactor having the above arrangement, a molten metal, for example, Na or NaK, which is used as coolant 3 is injected in a state where it has been brought to a temperature which is not not lower than the melting point by means of an electric heater wrapped around the reactor vessel 1 or by distributing a gas at high temperature through the space between the reactor vessel 1 and the wall of the well 6. Next, the power unit 2 is installed in the reactor 1 casing, and the refrigerant 3 in the reactor 1 casing circulates by natural convection or by actuation of the circulation pump 12.
La circulation du réfrigérant 3 se fait dans les directions indiquées par les flèches sur la. figure 1. Plus particulièrement, la chaleur produite selon la réactivité du coeur 8 est absorbée par le réfrigérant pour provoquer une hausse de température du réfrigérant. Le réfrigérant chauffé passe successivement par les voies d'écoulement 9c dans le réflecteur axial 9a et le tube d'unité de puissance 10, puis est comprimé dans la pompe de circulation 12. Lorsque le réfrigérant monte le long du tube de chauffe 11 du système secondaire, la chaleur du réfrigérant 3 chauffé est extraite, puis sortie du tube d'unité de puissance 10 des orifices d'écoulement 10c du tube d'unité de puissance 10 dans le caisson du réacteur 1.Le réfrigérant 3 retombe dans le caisson du réacteur 1 puis passe successivement dans le tube ouvert 5b de l'élément de support 5 par les orifices 5c de la plaque de support annulaire 5a, et passe de nouveau dans le coeur 8 par les voies d'écoulement 9c du réflecteur axial inférieur 9b. Dans le mode de réalisation de la figure 1, la circulation du réfrigérant s'effectue en utilisant la pompe de circulation 12, mais le réfrigérant peut circuler par convection naturelle si nécessaire.The refrigerant 3 circulates in the directions indicated by the arrows on the. Figure 1. More particularly, the heat produced according to the reactivity of the core 8 is absorbed by the refrigerant to cause an increase in temperature of the refrigerant. The heated refrigerant passes successively through the flow paths 9c in the axial reflector 9a and the power unit tube 10, then is compressed in the circulation pump 12. When the refrigerant rises along the heating tube 11 of the system secondary, the heat from the heated refrigerant 3 is extracted, then taken out of the power unit tube 10 from the flow orifices 10c of the power unit tube 10 in the reactor vessel 1. The refrigerant 3 falls back into the reactor vessel reactor 1 then passes successively through the open tube 5b of the support element 5 through the orifices 5c of the annular support plate 5a, and again passes into the core 8 through the flow paths 9c of the lower axial reflector 9b. In the embodiment of FIG. 1, the circulation of the refrigerant is carried out using the circulation pump 12, but the refrigerant can circulate by natural convection if necessary.
La chaleur absorbée du réfrigérant par le tube de chauffe il du système secondaire est transférée à travers celui-ci jusqu a son extrémité supérieure et rayonnée. La différence de température entre la portion de rayonnement (côté de température élevée) du tube de chauffe 11 du système secondaire et la portion réceptrice de chaleur (côté de basse température) des tubes de chauffe 17 du système de radiateur est alors convertie en énergie électrique par le convertisseur thermoélectrique 14 (rendement de conversion d'environ 7 %) et utilisée comme énergie électrique. La chaleur restante est transférée par les tubes de chauffe 17 du système de radiateur et refroidie dans le radiateur. Un fonctionnement du réacteur nucléaire va être expliqué relativement aux figures 1 et 2A à 2F. Pour lancer le réacteur nucléaire, l'unité de puissance 2 est descendue par insertion graduelle dans le réflecteur radial 4 à partir de l'extrémité inférieure, c'est-à-dire, le réflecteur axial inférieur 9b. En conséquence, la position l'un par rapport à l'autre du réflecteur radial 4 et du coeur 8 change progressivement et le coeur 8 se trouve finalement entouré par le réflecteur radial 4 jusqu'à un certain point (figure 2A) afin que la puissance du réacteur rapide refroidi par métal liquide atteigne le point criti que. Au fur et à mesure que l'unité de puissance 2 est insérée plus profondément dans le réflecteur radial 4, la puissance du réacteur augmente petit à petit.Dans le cas d'un coeur initial, la puissance nominale est atteinte avant que le coeur 8 ne soit positionné profondément au ni- veau central du réflecteur radial 4 (figure 2B). Lorsque le coeur initial est complètement inséré au centre du reflecteur radial 4 (figure 2C), la puissance du réacteur atteint un maximum qui dépasse de plusieurs dizaines de pour cent la puissance nominale de la figure 2B. Il est entendu que l'agencement est tel qu'il peut faire face à un excès de puissance grâce au système de transfert thermique. Alors que le coeur 8 est inséré plus profondément au-delà de la position centrale du réflecteur radial 4 (figure 2D), la puissance du réacteur diminue progressivement, et la puissance nominale est de nouveau obtenue à la position représentée sur la figure 2D.Le fonctionnement à puissance nominale a lieu de manière effective à cette position représentée sur la figure 2D. Lorsque le coeur 8 est davantage abaissé jusqu'à la position de la figure 2E, le fonctionnement à puissance partielle peut se produire. Lorsque le coeur 8 a complètement traversé le réflecteur radial 4 (figure 2F), le réacteur est placé dans lacondition d'arrêt d'urgence. The heat absorbed from the refrigerant by the heating tube II of the secondary system is transferred through it to its upper end and radiated. The temperature difference between the radiation portion (high temperature side) of the heating tube 11 of the secondary system and the heat receiving portion (low temperature side) of the heating tubes 17 of the radiator system is then converted into electrical energy. by the thermoelectric converter 14 (conversion efficiency of about 7%) and used as electrical energy. The remaining heat is transferred through the heating tubes 17 of the radiator system and cooled in the radiator. An operation of the nuclear reactor will be explained in relation to FIGS. 1 and 2A to 2F. To start the nuclear reactor, the power unit 2 is lowered by gradual insertion into the radial reflector 4 from the lower end, that is to say, the lower axial reflector 9b. Consequently, the position relative to each other of the radial reflector 4 and of the heart 8 gradually changes and the heart 8 is finally surrounded by the radial reflector 4 up to a certain point (FIG. 2A) so that the power of the fast reactor cooled by liquid metal reaches the critical point. As the power unit 2 is inserted deeper into the radial reflector 4, the power of the reactor increases gradually. In the case of an initial core, the nominal power is reached before the core 8 is positioned deeply at the central level of the radial reflector 4 (FIG. 2B). When the initial core is completely inserted in the center of the radial reflector 4 (FIG. 2C), the power of the reactor reaches a maximum which exceeds by several tens of percent the nominal power of FIG. 2B. It is understood that the arrangement is such that it can cope with excess power thanks to the heat transfer system. As the core 8 is inserted deeper beyond the central position of the radial reflector 4 (Figure 2D), the power of the reactor gradually decreases, and the nominal power is again obtained at the position shown in Figure 2D. operation at nominal power takes place effectively at this position shown in FIG. 2D. When the core 8 is further lowered to the position of Figure 2E, partial power operation can occur. When the core 8 has completely passed through the radial reflector 4 (FIG. 2F), the reactor is placed in the emergency stop condition.
Dans le cas d'un coeur de phase finale, une puissance nominale peut être obtenue alors que le coeur 8 est positionné au niveau central dans le réflecteur radial 4-(figure 2C). Tandis que la commande du fonctionnement du réacteur est effectuée, la pompe de circulation 12 est actionnée en fonction du niveau de puissance du réacteur. Une modification importante du niveau de puissance du réacteur peut être obtenue en changeant la position de l'unité de puissance 2 afin que la position l'un par rapport à l'autre du coeur 8 et du réflecteur radial 4 soit modifiée. Lorsqu'un léger changement du niveau de puissance est requis, la modification de puissance peut être réalisée en con trôlant simplement le débit de la pompe de circulation 12 si le réacteur comporte une pompe de circulation comme la pompe 12.Autrement dit, si le débit de la pompe de circulation 12 est diminué, la température du coeur augmente provisoirement, puis est ramenée à la position originale par l'effet de la réaction négative, avec pour résultat que la puissance est réduite. Un effet inverse est obtenu si le débit de la pompe de circulation 12 est augmenté. In the case of a final phase core, nominal power can be obtained while the core 8 is positioned centrally in the radial reflector 4- (FIG. 2C). While the operation of the reactor is controlled, the circulation pump 12 is actuated as a function of the power level of the reactor. A significant change in the power level of the reactor can be obtained by changing the position of the power unit 2 so that the position relative to each other of the core 8 and the radial reflector 4 is changed. When a slight change in the power level is required, the change in power can be carried out by simply controlling the flow rate of the circulation pump 12 if the reactor has a circulation pump like pump 12. In other words, if the flow of the circulation pump 12 is decreased, the temperature of the heart increases temporarily, then is brought back to the original position by the effect of the negative reaction, with the result that the power is reduced. An opposite effect is obtained if the flow rate of the circulation pump 12 is increased.
La sécurité intrinsèque du réacteur rapide refroidi par métal liquide selon la présente invention représenté sur la figure 1 va être expliqué. Comme réaction immédiate, lorsqu'un combustible d'oxyde mixte ou un combustible de nitrure est utilisé, l'effet de réaction de réactivité négative de l'effet Doppler peut être escomptée. D'autre part, comme réaction différée, des effets par le système de support du coeur et du caisson du réacteur, qui est spécifique au réacteur de la présente invention,-peuvent être escomptés. Autrement dit, lorsque la température du réfrigérant 3 devient trop élevée et que l'unité de puissance 2 est expansée thermiquement, le coeur 8 relié à l'extrémité inférieure de l'unité de puissance 2 est déplacé relativement au réflecteur radial 4 vers la face inférieure.Le réflecteur radial 4, qui est fixé à sa base à l'élément de support 5 du caisson du réacteur 1, est déplacé vers le haut en raison de l'expansion thermique du caisson du réacteur 1. Par conséquent, l'effet de réaction de réactivité négative peut être obtenu à condition que le niveau central du coeur 8 soit maintenu au même niveau, ou plus bas, que le niveau central du réflecteur radial 4. Dans le cas d'un coeur bouillant, la réactivité est réduite parce que le réacteur rapide de la présente invention est petit. The intrinsic safety of the fast reactor cooled by liquid metal according to the present invention shown in FIG. 1 will be explained. As an immediate reaction, when a mixed oxide fuel or a nitride fuel is used, the negative reactivity reaction effect of the Doppler effect can be expected. On the other hand, as a delayed reaction, effects by the support system of the core and of the reactor vessel, which is specific to the reactor of the present invention, can be discounted. In other words, when the temperature of the refrigerant 3 becomes too high and the power unit 2 is thermally expanded, the core 8 connected to the lower end of the power unit 2 is moved relative to the radial reflector 4 towards the face The radial reflector 4, which is fixed at its base to the support element 5 of the reactor vessel 1, is moved upward due to the thermal expansion of the reactor vessel 1. Consequently, the effect negative reactivity reaction can be obtained provided that the central level of the core 8 is maintained at the same level, or lower, than the central level of the radial reflector 4. In the case of a boiling core, the reactivity is reduced because that the fast reactor of the present invention is small.
Comme décrit ci-dessus, le réacteur rapide refroidi par métal liquide représenté sur la figure 1 présente une sécurité intrinsèque. Par exemple, lorsque la pompe de circulation 12 s' arrête et qu'il devient, en outre, impossible d'arrêter d'urgence le coeur 8 comme représenté sur la figure 2F à cause d'une défaillance du système d'entraînement de l'unité de puissance 2, le réfrigérant 3 circule sans problème par circulation naturelle. Lorsque la température du coeur 8 augmente jusqu'à un certain point, la réactivité du coeur 8 est diminuée par les effets de réaction immédiate et différée susmentionnés, et ainsi la température du coeur peut être maintenue en dessous du seuil permissible. As described above, the fast reactor cooled by liquid metal shown in Figure 1 has intrinsic safety. For example, when the circulation pump 12 stops and it becomes, moreover, impossible to urgently stop the heart 8 as shown in FIG. 2F due to a failure of the drive system of the power unit 2, the refrigerant 3 circulates without problem by natural circulation. When the temperature of core 8 increases to a certain point, the reactivity of core 8 is decreased by the above-mentioned immediate and delayed reaction effects, and thus the core temperature can be kept below the permissible threshold.
Le rechargement et l'entretien, les réparations, etc sont effectués comme suit. Charging and maintenance, repairs, etc. are carried out as follows.
Une fois que le coeur 8 a été arrête d'urgence après une utilisation de la manière décrite pendant, par exemple, 7 à 8 ans, l'unité de puissance 2 est extraite du caisson du réacteur 1 et remplacée par une unité de puissance 2 neuve, afin de permettre le changement de combustible du coeur 8. Au moment de l'entretien ou de la réparation des éléments constituants dans l'unité de puissance 2 également, l'unité de puissance 2 dans son intégralité est extraite et transportée dans un caisson blindé à atmosphère inerte pour faire écran au rayonnement issu du réfrigérant 3 qui y est fixé, afin de procéder à l'entretien ou à la réparation des éléments constituants dans l'unité de puissance 2. Once the core 8 has been emergency stopped after use in the manner described for, for example, 7 to 8 years, the power unit 2 is extracted from the reactor vessel 1 and replaced by a power unit 2 new, in order to allow the fuel to be changed from the core 8. At the time of maintenance or repair of the constituent elements in the power unit 2 also, the power unit 2 in its entirety is extracted and transported in a shielded box with inert atmosphere to shield the radiation from the refrigerant 3 attached to it, in order to carry out maintenance or repair of the constituent elements in the power unit 2.
Bien qu'un mode de réalisation du réacteur rapide refroidi par métal liquide selon la présente invention ait été décrit ci-dessus, le réacteur peut, par exemple, être agencé sans pompe de circulation 12 de sorte que la circulation naturelle du réfrigérant soit utilisée, en fonction de la taille du coeur. Lorsque l'énergie thermique seule est utilisée comme puissance du réacteur, la structure peut supprimer le convertisseur thermoélectrique 14 et les tubes de chauffe 17 du système de radiateur et l'extrémité supérieure du tube de chauffe 11 du système secondaire être situé à la portion périphérique externe à l'extrémité supérieure du tube d'unité de puissance 10. En outre, si l'énergie électrique et l'énergie~thermique sont utilisées toutes les deux, une énergie électrique est tirée du convertisseur thermoélectrique 14 et, en même temps, un liquide travaillant est fourni au radiateur à la portion supérieure des tubes de chauffe 17 du système de radiateur pour obtenir le rayonnement thermique à partir des tubes de chauffe 17. Although an embodiment of the liquid metal cooled fast reactor according to the present invention has been described above, the reactor can, for example, be arranged without a circulation pump 12 so that the natural circulation of the refrigerant is used, depending on the size of the heart. When thermal energy alone is used as reactor power, the structure can eliminate the thermoelectric converter 14 and the heating tubes 17 from the radiator system and the upper end of the heating tube 11 from the secondary system can be located at the peripheral portion. external to the upper end of the power unit tube 10. In addition, if both electrical energy and thermal energy are used, electrical energy is drawn from the thermoelectric converter 14 and, at the same time, a working liquid is supplied to the radiator at the upper portion of the heating tubes 17 of the radiator system in order to obtain thermal radiation from the heating tubes 17.
En outre, l'agencement peut être tel que le tube de chauffe 11 du système secondaire et la pompe de circulation 12 incorporés dans le tube d'unité de puissance 10 soient extraits et qu'un échangeur de chaleur 20 soit disposé à l'extérieur du caisson du réacteur 1 et relié à celui-ci via une pompe de circulation 12 par des tubes 19a, 19b et 19c formant un système de refroidissement primaire en boucle, comme représenté sur la figure 3A. Dans une variante, une pompe de circulation 12 et un échangeur de chaleur 20 peuvent être disposés individuellement à l'intérieur du caisson du réacteur 1 et à l'extérieur du tube d'unité de puissance 10, comme représenté sur la figure 3B.En outre, il est, bien évidemment, possible de supprimer la pompe de circulation 12 des réacteurs représentés sur les figures 3A et 3B en fonction de la taille du coeur. In addition, the arrangement can be such that the heating tube 11 of the secondary system and the circulation pump 12 incorporated in the power unit tube 10 are extracted and that a heat exchanger 20 is arranged outside. of the reactor vessel 1 and connected thereto via a circulation pump 12 by tubes 19a, 19b and 19c forming a primary cooling system in a loop, as shown in FIG. 3A. In a variant, a circulation pump 12 and a heat exchanger 20 can be arranged individually inside the reactor vessel 1 and outside the power unit tube 10, as shown in FIG. 3B. in addition, it is obviously possible to suppress the circulation pump 12 of the reactors shown in FIGS. 3A and 3B as a function of the size of the core.
Lorsque la taille du coeur 8 est augmentée jusqu'à un certain point, comme représenté sur la figure 3C, un agencement peut être réalisé dans lequel les barres de commande 21 sont insérées dans le coeur 8 quand ce dernier est descendu par abaissement de l'unité de puissance 2. Dans cette structure, un nombre requis de barres de commande 21 sont fixées à une monture 22 de barres de commande, qui est attachée de manière amovible à un support de monture 23 prévu au fond du caisson du réacteur. Les barres de commande 21 comportent à leur extrémité étendue des tubes de guidage 24 de barres de commande qui sont complètement insérés dans le coeur 8 pendant le fonctionnement nominal. Grâce à cet agencement, il n'y aurait pas de problème d'insertion des barres de commande en cas de tremblement de terre.Les barres de commande 21 peuvent être remplacées en sortant la; monture 22 de barres de commande avec les barres de: commande, après l'extraction de l'unité de puissance 2 dans le but de changer le combustible. Ainsi, le réacteur rapide refroidi par métal liquide de la présente invention peut être modifié de différentes façons en fonction de la taille du coeur, l'utilisation et l'application du réacteur, etc sans sortir du cadre de l'invention. When the size of the heart 8 is increased to a certain point, as shown in FIG. 3C, an arrangement can be made in which the control bars 21 are inserted into the heart 8 when the latter is lowered by lowering the power unit 2. In this structure, a required number of control rods 21 are fixed to a control rod mount 22, which is removably attached to a mount support 23 provided at the bottom of the reactor vessel. The control bars 21 have at their extended end guide tubes 24 of control bars which are completely inserted into the core 8 during nominal operation. Thanks to this arrangement, there would be no problem of insertion of the control bars in the event of an earthquake. The control bars 21 can be replaced by removing the; control rod mount 22 with the control rods, after the extraction of the power unit 2 in order to change the fuel. Thus, the fast reactor cooled by liquid metal of the present invention can be modified in different ways depending on the size of the core, the use and the application of the reactor, etc. without departing from the scope of the invention.
Comme il ressort de ce qui précède, la présente invention fournit un réacteur rapide refroidi par métal liquide qui permet la commande du fonctionnement, le changement du combustible, l'entretien et la réparation par simple déplacement ascendant ou descendant de l'unité de puissance relativement au caisson du réacteur.En conséquence, il est possible de supprimer un mécanisme dfentrai- nement de barres de commande et un appareil de changement de combustible qui étaient nécessaires jusqu a présent dans les réacteurs rapides refroidis par métal liquide traditionnels. I1 est également possible de supprimer une pompe de circulation et analogue selon la-taille du coeur, par exemple; ainsi, il est possible de simplifier le système et le fonctionnement nécessaires afin de réduire la taille du réacteur rapide refroidi par métal liquide. Le réacteur rapide refroidi par métal liquide de la présente invention est également d'une sécurité intrinsèque supérieure grâce à l'utilisation de l'effet de réaction de réactivité négative par effet Doppler et donc adapté à la réalisation d'un futur réacteur à sécurité intrinsèque de petite taille. As is apparent from the above, the present invention provides a liquid metal cooled fast reactor which allows operation control, fuel change, maintenance and repair by simple up or down movement of the power unit relatively As a result, it is possible to omit a drive rod drive mechanism and a fuel change device that have been required until now in traditional liquid metal cooled fast reactors. It is also possible to remove a circulation pump and the like depending on the size of the heart, for example; thus, it is possible to simplify the system and the operation necessary in order to reduce the size of the fast reactor cooled by liquid metal. The fast reactor cooled by liquid metal of the present invention is also of superior intrinsic safety thanks to the use of the negative reactivity reaction effect by Doppler effect and therefore suitable for the production of a future intrinsically safe reactor short.
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