FR2665290A1 - Reacteur rapide. - Google Patents
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Abstract
Un réacteur rapide comprend une cuve (12) de réacteur à disposer verticalement dans un bâtiment; une structure supérieure (13) de cuve; une structure de tambour (14), suspendue à la cuve (12) sensiblement à une partie centrale de la cuve (12) et définissant une partie annulaire (15) entre une périphérie extérieure de la structure de tambour (14) et une périphérie intérieure de la cuve (12); un noyau de réacteur (18) disposé dans la structure de tambour; un moyen échangeur de chaleur intermédiaire (19) disposé au-dessus du noyau de réacteur (18); un moyen de pompage (16) disposé dans la cuve (12) pour faire circuler un caloporteur; et une zone réflectrice (35) disposée dans la cuve (12) de façon à être mobile verticalement le long de la périphérie extérieure du noyau (18). La réactivité du noyau (18) peut être réglée par la zone réflectrice pour réduire remarquablement la quantité d'irradiation neutronique de la cuve (12).
Description
La présente invention concerne un réacteur rapide et, plus
particulièrement, un réacteur rapide surrégénérateur utilisant du sodium métallique liquide comme caloporteur. On connaît, dans l'art classique de ce domaine, des procédés de réglage de réactivité d'un réacteur rapide, par exemple, un procédé dans lequel une condition de chargement d'absorbeur de neutrons, comme des tiges de commande, est modifiée et un autre procédé dans lequel une quantité de fuite de neutrons est réglée en utilisant un réflecteur Le dernier procédé est particulièrement efficace pour un noyau ou coeur de réacteur de petites dimensions et un réacteur expérimental SEFOR a fonctionné dans le passé (SEFOR, expérimentation critique: 1969, U 02-Pu P 2, refroidissement au sodium, puissance thermique 20 MW, dimension de noyau: environ 566 1) Le réacteur SEFOR comporte une zone réflectrice divisée en secteurs sur l'extérieur du réacteur, et les secteurs réflecteurs divisés sont montés et abaissés afin de modifier ainsi la relation de position relative entre les secteurs réflecteurs et la partie noyau de
réacteur, en réglant ainsi la fuite des neutrons.
Une centrale du type IOM We à usage militaire, aux U.S A, a fait l'objet d'une communication, en tant qu'exemple de conception d'un réacteur de petites dimensions utilisant un réflecteur, dans une référence de "IECEE-87 Intersociety Energy Conversion Engineering Conference T A Moss and E B Baumeister, A Liquid-Metal Reactor/Air Brayton-cycle option for a Multimegawatt Terrestrial Power (MPT) Plant" Proc of IECEC-87 page 1596. Le noyau de réacteur de cette référence était prévu pour réaliser un noyau de longue durée de vie en utilisant comme combustible de l'oxyde d'uranium enrichi La puissance de noyau était de 55 M Wt ( 5500 K We) ce qui est faible Une commande de réactivité était réalisée par un déplacement vertical d'un réflecteur
disposé à l'extérieur d'une cuve de réacteur.
Le demandeur de la présente invention a déposé le 19 janvier 1989 une demande de brevet japonnais qui décrit un réflecteur et un mécanisme élévateur destinés au réflecteur disposé sur la partie périphérique extérieure de la cuve de réacteur (brevet japonnais
ouvert à l'inspection publique (KOKAI) NO 2-222861).
Dans la structure décrite dans cette demande de brevet ouverte à l'inspection publique, le réflecteur prend, à une étape initiale de démarrage du cycle de combustion de réacteur, une position située face à une extrémité inférieure du noyau de réacteur, le combustible de noyau de réacteur disposé à l'extrémité inférieure du noyau de réacteur brûle ensuite, et le combustible de noyau de réacteur brûle progressivement, au fur et à mesure d'une élévation successive du réflecteur, depuis son extrémité inférieure vers son
extrémité supérieure.
Telle qu'elle est décrite, la technologie dans laquelle la zone réflectrice est disposée face au noyau de réacteur pour commander ainsi les fuites des neutrons est connue comme étant un moyen efficace de commande de réactivité du noyau de réacteur Cependant, dans un réacteur rapide classique, un réflecteur est disposé à une partie externe de la cuve de réacteur et, pour cette raison, une grande quantité de neutrons est irradiée vers la cuve de réacteur, ce qui provoque un problème de sélection étroite des procédés de fonctionnement du réacteur et des matières de la cuve de réacteur De plus, un dispositif élévateur du réflecteur est disposé sur une partie externe de la cuve de réacteur, de sorte que l'agencement d'équipements périphériques autour du réacteur rapide est rendu compliqué et occupe un espace relativement important. Un but de la présente invention est d'éliminer sensiblement les défauts et inconvénients rencontrés dans l'art antérieur et de réaliser un réacteur rapide susceptible de réduire l'irradiation neutronique d'une cuve de réacteur et d'améliorer sa fiabilité, tout en effectuant de façon efficace une commande de réactivité
du noyau de réacteur.
Ce but ainsi que d'autres peuvent être atteints selon la présente invention en réalisant un réacteur rapide comprenant: une cuve de réacteur à disposer verticalement dans un bâtiment de réacteur; une structure supérieure de cuve de réacteur disposée à une partie supérieure de la cuve de réacteur; une structure de tambour suspendue à la cuve de réacteur sensiblement à une partie centrale de la cuve de réacteur de façon à définir une partie annulaire entre une périphérie extérieure de la structure de tambour et une périphérie intérieure de la cuve de réacteur; un noyau de réacteur disposé dans la structure de tambour; un moyen échangeur de chaleur intermédiaire disposé à une partie située au-dessus du noyau de réacteur; un moyen de pompage disposé dans la cuve de réacteur pour faire circuler un caloporteur; et une zone réflectrice disposée dans la cuve de réacteur de façon à être mobile verticalement le long
de la périphérie extérieure du noyau de réacteur.
Dans des modes de réalisation préférés, un réflecteur est disposé dans la zone réflectrice de façon à être mobile verticalement le long de la
périphérie extérieure du noyau de réacteur.
Il peut en outre comprendre un mécanisme d'entraînement de réflecteur incluant un moyen d'entraînement destiné à déplacer verticalement les réflecteurs, un moyen de guidage le long duquel le réflecteur se déplace verticalement et un élément
destiné à empêcher le réflecteur de descendre au-
dessous d'une position limite inférieure dans la cuve
de réacteur.
Il peut aussi comprendre en outre un élément cylindrique intérieur disposé entre une périphérie intérieure de la cuve de réacteur et une périphérie extérieure de la structure de tambour de façon à définir une espace entre la périphérie intérieure de la cuve de réacteur et une périphérie extérieure de l'élément cylindrique, l'espace étant rempli d'un gaz de couverture et le moyen d'entraînement de réflecteur
étant disposé dans l'espace.
De préférence, le réflecteur est composé de matière en forme de grains, et les matières de réflecteur sont emmagasinées dans un réservoir de stockage disposé à une partie supérieure de la zone réflectrice, le réservoir de stockage comportant un orifice à travers lequel les matières réflectrices sont
amenées vers la zone réflectrice.
De façon avantageuse, l'orifice du réservoir de stockage est fermé par un élément formant bouchon qui est fondu thermiquement pour ouvrir l'orifice et le réservoir de stockage peut, en particulier, être composé de plusieurs sections comportant chacune des orifices à travers lesquels les matières réflectrices sont amenées dans la zone réflectrice: la zone réflectrice peut alors être composée de plusieurs sections correspondant respectivement aux sections de
réservoir de stockage.
Selon une modalité, la zone réflectrice est déplacée verticalement, depuis une partie inférieure correspondant à une partie inférieure du noyau de réacteur à un stage initial de combustion, vers une
partie supérieure du noyau de réacteur.
Le réacteur peut comprendre en outre un moyen de partition ou cloison qui est disposé dans une partie inférieure de la structure de tambour de façon à traverser horizontalement l' intérieur de la cuve de réacteur et sur lequel est monté le noyau de réacteur: le moyen de partition peut alors être une plaque de partition
comportant plusieurs perforations.
Le moyen de pompage peut être une pompe électromagnétique disposée au-dessous du noyau de réacteur, ou au-dessus du noyau de réacteur, ou dans la
partie annulaire.
Selon une modalité, le noyau de réacteur est d'une forme verticale en colonne satisfaisant à l'équation H/D> 1 et o le rapport L/H est dans la plage comprise entre environ 0,3 et 0,7, o H est la hauteur de la partie de combustible du noyau de réacteur, D est le diamètre équivalent du noyau de réacteur, et L est
la longueur verticale effective de la zone réflectrice.
La partie annulaire comprend, de façon avantageuse, une zone d'élévation de tige d'arrêt du réacteur qui est définie sur un côté périphérique extérieur de la partie annulaire et dans laquelle une tige d'arrêt de réacteur est disposée de façon à être mobile verticalement; la zone réflectrice peut alors être formée à l'extérieur de la zone d'élévation de tige d'arrêt de réacteur et en ce qu'un moyen absorbeur de neutrons est en outre disposé à l'extérieur de la
zone réflectrice.
Selon les particularités du réacteur rapide de la présente invention, la zone réflectrice de commande de la réactivité du noyau de réacteur est disposée de façon mobile verticalement dans la cuve de réacteur, de sorte que la quantité d'irradiation neutronique sur la cuve de réacteur peut être réduite d'une manière significative par comparaison avec un réacteur rapide classique, ce qui améliore remarquablement la fiabilité
de fonctionnement du noyau de réacteur.
En vue d'une meilleure compréhension de la présente invention et pour montrer comment celle-ci est mise en oeuvre, on va maintenant décrire, à titre d'exemple, des modes de réalisation préférés, en se référant aux dessins annexés dans lesquels: La Fig 1 est une vue en coupe en élévation d'un réacteur rapide selon un premier mode de réalisation de la présente invention; Les Fig 2 et 3 sont des vues semblables à celle de la Fig 1 représentant un deuxième et un troisième modes de réalisation de la présente invention; Les Fig 4 à 7 sont aussi des vues semblables à celles des Fig 1, 2 ou 3 représentant des modifications de la présente invention dans lesquelles une pompe électromagnétique est disposée à divers emplacements, à l'exclusion de la partie inférieure de
noyau de réacteur.
La Fig 8 est une vue en coupe d'une partie d'un réacteur rapide selon un quatrième mode de réalisation de la présente invention; La Fig 9 est également une vue en coupe d'une partie d'un réacteur rapide selon un cinquième mode de réalisation de la présente invention; La Fig 10 est aussi une vue en coupe transversale d'une partie d'un réacteur rapide selon un sixième mode de réalisation de la présente invention; La Fig 11 est une vue en coupe horizontale du mode de réalisation de la Fig 6 représentant une structure de zone réflectrice; La Fig 12 est une vue en coupe horizontale d'un exemple d'une structure de noyau de réacteur; La Fig 13 est une coupe horizontale d'une structure habituelle d'un ensemble de combustible; La Fig 14 est une coupe horizontale d'une structure spécifique d'un ensemble de combustible; La Fig 15 est un graphe représentant des relations entre un rayon de noyau de réacteur, une réactivité d'amenée due au réflecteur et d'une réactivité de combustion dans un noyau de réacteur en colonne. La Fig 16 est un graphe représentant une relation entre un déplacement de position d'un réflecteur de commande de combustion et un coefficient de vide de Na; La Fig 17 est un graphe représentant une répartition axiale de puissance à des étapes de combustion initiale, intermédiaire, et finale de noyau de réacteur; La Fig 18 est un graphe représentant des relations entre le rapport de volume de combustible, la réactivité dans le vide et la durée de vie de réactivité; La Fig 19 est un graphe représentant des relations entre la longueur effective du réflecteur, le rapport de volume du combustible, la zone de vide zéro et un allongement de durée de vie de réactivité; La Fig 20 est un graphe représentant une relation entre un enrichissement axial et un coefficient de vide; La Fig 21 est un graphe représentant une relation entre la réactivité dans le vide et un rapport entre la longueur L du réflecteur et la hauteur H du noyau de réacteur; La Fig 22 est un graphe représentant une relation entre le rayon de noyau de réacteur et le rapport L/H pour des valeurs "non-négatives" du coefficient de vide; La Fig 23 est un graphe représentant un mode d'amenée de réactivité dans un phénomène de réduction de débit à l'étape finale d'un cycle de combustion de noyau de réacteur; Les Fig 24 et 25 sont des vues destinées à l'explication d'autres modes de réalisation du noyau de réacteur; Les Fig 26 et 27 sont des vues en coupe d'agencements de noyaux d'ensembles de combustible comportant une répartition axiale d'enrichissement; La Fig 28 est une vue représentant une répartition d'enrichissement d'un ensemble de combustible situé le plus en périphérie du noyau de réacteur de la Fig 26; La Fig 29 est une vue représentant une répartition d'enrichissement d'un ensemble central de combustible du noyau de réacteur de la Fig 27; et Les Fig 30 à 33 sont des vues en coupe d'agencements d'ensembles de combustible du noyau de réacteur selon d'autres modes de réalisation de la
présente invention.
La Fig 1 représente le premier mode de réalisation d'un réacteur rapide conforme à la présente invention. En se référant à la Fig 1, une cuve de protection 11 entour une cuve de réacteur (RV) 12 qui comporte une partie d'extrémité supérieure o est disposée une structure supérieure de RV 13 La RV 12 est
installée à la verticale dans un bâtiment de réacteur.
Un tambour de suspension 14 est suspendu à la structure supérieure de RV 13, jusqu'à une partie centrale de la RV 12 et une partie annulaire 15 est définie entre la surface périphérique intérieure de la RV 12 et la surface
périphérique extérieure du tambour de suspension 14.
Dans le tambour de suspension 14 sont disposés une pompe électromagnétique 16, un dispositif 17 de mélange de flux, un noyau 18 de réacteur et un échangeur de chaleur intermédiaire 19 dans cet ordre en partant du côté inférieur du tambour Un sodium primaire est mis en circulation depuis le noyau 18 de réacteur, entre dans l'échangeur de chaleur intermédiaire 19 à travers un orifice primaire d'entrée et s'écoule ensuite à travers un orifice primaire de
sortie 21 de l'échangeur de chaleur intermédiaire 19.
Le sodium primaire sortant par l'orifice primaire de sortie 21 descend dans la partie annulaire 15 et entre le noyau 18 de réacteur à travers la pompe électromagnétique 16 puis le dispositif 17 de mélange
de flux.
Le collecteur d'entrée 23 et le collecteur de sortie 25, reliés respectivement à un orifice d'entrée secondaire 22 et à un orifice de sortie secondaire 24, sont disposés à la partie supérieure de l'échangeur de chaleur intermédiaire 19 Les deux collecteurs 23 et 25 sont reliés l'un et l'autre à un tube 26 de transfert de chaleur en forme de U Un sodium secondaire introduit dans le collecteur d'entrée 23 à travers l'orifice d'entrée secondaire 22 effectue l'opération d'échange de chaleur avec le sodium primaire pendant la traversée du tube de transfert de chaleur 26 vers le collecteur de sortie 25 et, après cette opération d'échange de chaleur, le sodium secondaire est amené vers l'extérieur à travers l'orifice de sortie
secondaire 24.
Une zone réflectrice 35 est disposée dans la partie annulaire 15 sur le côté de la périphérie intérieure de la RV 12 et un réflecteur 37 est disposé dans la zone réflectrice 35 Le réflecteur 37 est entraîné verticalement dans la RV 12 par un moteur électrique 40 disposé sur la structure supérieure 13 au moyen d'un mécanisme d'entraînement 38 comportant un mécanisme 39 empêchant la chute du réflecteur à son extrémité inférieure La réflecteur 37 est situé de façon à faire face, à l'étape initiale de combustion du réacteur, à l'extrémité inférieure du noyau 18 de ce dernier, afin de brûler le combustible du noyau 18 de réacteur disposé à la partie d'extrémité inférieure du noyau 18 de réacteur et le réflecteur 37 est ensuite élevé progressivement depuis la partie inférieure vers la partie supérieure afin de brûler le combustible du noyau de réacteur En supposant que H est la hauteur de la partie de combustible du noyau 18 de réacteur et que D est son diamètre équivalent, et que L soit la longueur effective du réflecteur 37, la forme verticale en colonne du noyau 18 de réacteur est prévue pour satisfaire à l'équation H/D > 1 et le rapport L/H doit
être dans une plage comprise entre 0,4 et 0,6.
Le réacteur rapide du premier mode de réalisation conforme aux particularités décrites ci-dessus
fonctionne de la manière suivante.
Le sodium primaire envoyé hors du noyau 18 de réacteur entre dans l'échangeur de chaleur intermédiaire 19 à travers orifice primaire d'entrée 20 et est ensuite refoulé hors de orifice primaire de sortie 21 Le sodium descend ensuite dans la partie annulaire 15, et il est aspiré par la pompe électromagnétique 16 et entre dans le noyau 18 de
réacteur à travers le dispositif 17 de mélange de flux.
Pendant ce temps le sodium secondaire est envoyé dans le collecteur d'entrée 23 à travers l'orifice d'entrée secondaire 22, guidé vers le collecteur de sortie 23 à travers le tube 26 de transfert de chaleur et envoyé ensuite vers l'extérieur à travers l'orifice de sortie secondaire 24 Pendant la traversée du tube 26 de transfert de chaleur, l'opération d'échange de chaleur est effectuée entre les sodiums primaire et secondaire. il Le réflecteur 37 est positionné à son extrémité inférieure de façon à faire face à l'extrémité inférieure du noyau 18 de réacteur lors de l'étape initiale de combustion de ce dernier et, par conséquent, le combustible au noyau de réacteur est
brûlé en partant de la partie inférieure de ce dernier.
Le réflecteur 37 est ensuite élevé progressivement le long d'un mécanisme d'entraînement 38 par l'actionnement du moteur d'entraînement 40 de façon à brûler progressivement le combustible du noyau de réacteur conformément à ce mouvement ascendant du réflecteur Les neutrons qui fuient depuis le noyau 18 de réacteur sont réfléchis par le réacteur 37 afin de commander ainsi les fuites neutroniques et de réduire ainsi la quantité d'irradiation de la RV 12 par ces neutrons. Selon le mode de réalisation décrit ci-dessus, puisque le noyau 18 de réacteur est commandé depuis sa partie extérieure, l'échangeur de chaleur intermédiaire 19 est situé à la partie supérieure du noyau 18 de réacteur Par conséquent, la cuve 12 de réacteur peut être rendue compacte et, par exemple, le diamètre de la cuve 12 de réacteur sera d'environ 2 m dans un réacteur
d'une puissance de 50 000 K We.
En outre puisque le réflecteur 37 est disposé à l'intérieur de la cuve 12 de réacteur, la quantité d'irradiation neutronique peut être réduite de façon significative, ce qui améliore la fiabilité de
fonctionnement du réacteur.
La Fig 2 représente le deuxième mode de réalisation du réacteur rapide selon la présente invention, dans lequel des références numériques similaires sont attribuées à des éléments et organes
correspondant à ceux qui sont représentés à la Fig 1.
En se référant la Fig 2, une plaque de partition ou cloison 48 est disposée au-dessous de l'extrémité inférieure du tambour de suspension 14, en laissant un léger espace entre eux de façon à traverser l'intérieure de la cuve de réacteur (RV) 12 et le noyau 18 de réacteur est positionné au-dessus de la plaque de partition 48 La pompe électromagnétique 16 est fixée sur la plaque de
partition 48.
La plaque de partition 48 comporte un nombre de perforations 49 qui s'étendent chacune axialement dans
la RV 12 et sont traversées par le sodium.
Les autres structures de ce mode de réalisation sont sensiblement les mêmes que celles du premier mode
de réalisation représenté à la Fig 1.
Selon ce mode de réalisation, puisque le noyau 18 de réacteur repose sur la plaque de partition 48, son
installation peut être rendue stable.
La Fig 3 représente le troisième mode de réalisation conforme à la présente invention, dans lequel des références numériques correspondant à celles des Fig 1 ou 2 sont attribuées à des éléments ou
organes correspondant.
Dans le mode de réalisation de la Fig 3, un élément cylindrique 51 est en outre disposé entre la surface périphérique intérieure de la RV 12 et la surface périphérique extérieure du tambour de suspension 14 de façon à diviser la partie annulaire 15 en sections intérieure et extérieure, parmi lesquelles la section intérieure est remplie de sodium 52 et la section extérieure est remplie d'un gaz de couverture 53 En outre, dans ce mode de réalisation, comme représenté à la Fig 3, le réflecteur 37, le mécanisme 38 d'entraînement de réflecteur et le mécanisme 39 empêchant la chute du réacteur sont situés dans la section extérieure de la partie annulaire 15 entre la RV 12 et l'élément cylindrique 51 Les autres structures sont sensiblement les mêmes que celles de la
Fig 1.
Selon ce troisième mode de réalisation, le réflecteur 37 est élevé dans l'atmosphère du gaz de couverture 53 et le mécanisme d'entraînement de réflecteur ne passe pas dans le sodium 52, ce qui améliore sa fiabilité Dans ce mode de réalisation, il est également possible de disposer la plaque de partition 48 comme représenté à la Fig 2 dans la RV 12
pour supporter le noyau 18 de réacteur.
Les Fig 4 à 7 représentent des modes de réalisation modifiés dans lesquels la pompe électromagnétique 16 est disposée à un emplacement autre que la partie située au-dessous de la position
inférieure du noyau 18 de réacteur.
Dans le mode de réalisation de la Fig 4, le noyau 18 de réacteur est disposé dans le tambour de suspension 14 comme représenté à la Fig 1, mais la pompe électromagnétique 16 est située au-dessus de la partie supérieure du noyau 18 de réacteur Les autres dispositions de ce mode de réalisation sont
sensiblement les mêmes qu'à la Fig 1.
Selon ce mode de réalisation, puisque la pompe électromagnétique 16 est disposée au-dessus du noyau 18 de réacteur, la pompe électromagnétique 16 peut être sortie à la partie supérieure du tambour de suspension 14 pour l'entretien ou l'inspection périodiques, par exemple Cette opération peut être effectuée sans enlever hors du noyau 18 de réacteur le combustible du
noyau de réacteur.
Dans le mode de réalisation de la Fig 5, la plaque de partition 48 de la structure décrite en référence au mode de réalisation de la Fig 2 est située dans la RV 12 et le noyau 18 de réacteur est situé au-dessus de celle-ci La pompe électromagnétique 16 est disposée au- dessus du noyau 18 de réacteur comme représenté à la Fig 4 Selon ce mode de réalisation, on parvient sensiblement aux mêmes effets que ceux du
mode de réalisation de la Fig 4.
Dans le mode de réalisation de la Fig 6, la pompe électromagnétique 16 est disposée dans la partie annulaire 15 entre la périphérie intérieure de la RV 12 et la périphérie extérieure du tambour de suspension 14 dans lequel le noyau 18 de réacteur est disposé Dans ce mode de réalisation, il faut prévoir pour la pompe électromagnétique un trajet à travers lequel puisse
passer le mécanisme 38 d'entraînement de réflecteur.
Les autres dispositions sont par contre sensiblement les mêmes que celles du mode de réalisation représenté
à la Fig 1.
Selon ce mode de réalisation, puisque le sodium primaire traversant la partie annulaire 15 a été soumis à l'opération d'échange de chaleur par l'échangeur de chaleur intermédiaire 19, la température du sodium primaire est basse (environ 3500 C) par comparaison avec la température (environ 500 >C) avant l'opération d'échange de chaleur Par conséquent, la pompe électromagnétique 16 peut être utilisée dans un environnement à basse température, ce qui augmente la durabilité et la fiabilité de la pompe
électromagnétique 16.
Dans le mode de réalisation de la Fig 7, le noyau 18 de réacteur est disposé au-dessus de la plaque de partition 48 comme représenté à la Fig 2 et la pompe électromagnétique 16 est disposée dans la partie
annulaire comme représenté à la Fig 6.
Selon ce mode de réalisation, la durabilité et la fiabilité de la pompe électromagnétique 16 peuvent
aussi être améliorées.
La Fig 8 est une vue partielle en coupe du quatrième de mode de réalisation selon la présente invention dans lequel le noyau 18 de réacteur est disposé sensiblement à la partie axiale centrale de la cuve de réacteur 12 et supporté par le tambour de
suspension 14.
Un échangeur de chaleur intermédiaire, non représenté, est disposé au-dessus du noyau 18 de réacteur et le sodium primaire 54 chauffé dans le noyau 18 de réacteur est soumis à l'opération d'échange de chaleur avec le sodium secondaire dans l'échangeur de chaleur intermédiaire et le sodium primaire 54 laissant ensuite dans la partie annulaire 55 formée dans la zone périphérique extérieure de l'échangeur de chaleur intermédiaire et il est ensuite guidé à nouveau vers le
noyau 18 de réacteur.
Dans la zone périphérique extérieure de la partie annulaire 55 est formée une zone 56 d'élévation de tige d'arrêt de réacteur dans laquelle une tige 57 d'arrêt de réacteur du type flottant est disposée de façon à pouvoir être levée verticalement La tige 57 d'arrêt de réacteur du type flottant, lors d'une période d'arrêt de réacteur, est abaissée par son propre poids dans la partie annulaire 55 vers une position d'extrémité inférieure, c'est-à-dire une position chargée, de la zone 56 d'élévation de tige d'arrêt de réacteur alors que, dans une période de début de fonctionnement, la tige d'arrêt 57 est élevée, c'est-à-dire dans une position rétractée, dans la zone 56 d'élévation de tige d'arrêt par une pression comprimant le sodium primaire en association avec un actionnement d'une pompe primaire du système, non représentée, c'est-à-dire par une pression provoquée par le sodium primaire 54 envoyé dans la zone 56 d'élévation de tige d'arrêt à travers
une ouverture 56 a d'extrémité inférieure de celle-ci.
Une zone réflectrice 58 est disposée sur le côté périphérique extérieur de la zone 56 d'élévation de tige d'arrêt de réacteur sur une partie correspondant au noyau 18 de réacteur et un absorbeur neutronique 59 est disposé sur l'extérieur de la zone réflectrice 58 de façon à supprimer la quantité d'irradiation neutronique pendant toute la période de fonctionnement de la RV 12 à l'intérieur de la plage de valeurs limitée. Au-dessus de la zone réflectrice 58 et de l'absorbeur neutronique 59 est disposé un réservoir 60 de stockage de réflecteur contenant un réflecteur 61 composé de grains ou de poudres Un espace rempli de gaz défini dans la partie supérieure du réservoir de stockage 60 et un espace de gaz défini dans la partie d'extrémité supérieure de la zone réflectrice 58 communiquent entre eux au moyen d'une tubulure de régulation de pression 62 afin de maintenir toujours
égale les pressions dans les deux espaces.
Le réservoir de stockage 60 comporte un orifice
63 qui est formé à son extrémité inférieure c'est-à-
dire une partie supérieure de la zone réflectrice 58, et qui est fermé par un bouchon 64 formé d'une matière à faible point de fusion, comme de l'aluminium, de l'antimoine ou du baryum Le réflecteur 61 en forme de grains ou poudres tombe de façon continue sous l'effet de son propre poids dans la zone réflectrice 58 à travers l'orifice 63 après fusion du bouchon 64 au moyen d'un élément chauffant électrique, non représenté, disposédans la RV 12 Le réflecteur 61 composé d'une matière à capacité de réflexion neutronique élevée et gardant son état de grains ou de poudres dans une plage de température comprise entre la température ambiante et une température pouvant atteindre environ 7000 C, la matière satisfaisant à de telles conditions pouvant être du B 4 C faiblement enrichi, du Si C, du Zr H ou du Ti H Le réflecteur 61 descendu dans la zone réf lectrice 58 peut compenser l'abaissement de la réactivité dû à la combustion du
noyau 18 de réacteur, ce qui sera décrit plus loin.
Un réservoir 65 de récupération de réflecteur est disposé au-dessous de la zone réflectrice 58 et lui est
relié par un orifice 66 à son extrémité inférieure.
L'orifice 66 est fermé par un bouchon 67 formé d'une matière à bas point de fusion et le bouchon 67 est fondu au moyen d'un élément chauffant électrique, non représenté, grâce à quoi les grains ou poudres constituant le réflecteur 61 tombent dans le réservoir
de récupération sous l'effet de leur propre poids.
Un passage 68 d'écoulement de sodium primaire est formé autour de la périphérie intérieure de la RV 12 et un espace d'air, c'est-à-dire une couche d'air, 70, est défini à la périphérie extérieure de la RV 12 entre celle-ci et une paroi de béton 69 Par conséquent, en cas d'accident, le sodium primaire 54 traversant le passage 68 de sodium primaire est refroidi par l'air de
la couche d'air 70 lorsqu'il la traverse.
Le quatrième mode de réalisation conforme aux particularités décrites cidessus fonctionne de la
façon suivante.
Lors de la mise en route d'un réacteur nucléaire la pompe primaire du système, non représentée, est actionnée en premier lieu pour amener le sodium primaire 54 vers la partie intérieure du noyau 18 de réacteur à travers la partie annulaire 55 Comme représenté par des flèches à la Fig 8 une partie du sodium primaire 54 est envoyée dans la zone 56 d'élévation de tige de d'arrêt de réacteur à travers l'orifice 56 a d'extrémité inférieure et la tige 57 d'arrêt du type flottant est donc élevée par ces pressions parvenant dans cette zone 56 afin de prendre ainsi la position totalement rétractée de la tige 57
d'arrêt de réacteur.
Puis, le bouchon 64 qui ferme l'orifice 63 de sortie de réservoir 60 de stockage de réflecteur est fondu par le chauffage électrique et il est donc ouvert, de sorte que le réflecteur 61 descend de façon continue et est amené dans la zone réflectrice 58 pendant la période de marche du réacteur Le réservoir de stockage de réflecteur se vide à l'étape finale de fonctionnement du réacteur. Dans le présent mode de réalisation, une quantité de réflecteur 61 qui doit tomber par unité de temps est décidée, en tenant compte de la réactivité, de façon à correspondre à la réactivité qui diminue au fur et à mesure de la combustion du noyau 18 de réacteur et, par conséquent, cet abaissement de réactivité peut être compensé par la quantité de réflecteur 61 que l'on fait tomber dans la zone réflectrice 58 Le réacteur nucléaire peut donc fonctionner avec une puissance constante sans exiger de procédure mécanique pendant
tout le cycle de fonctionnement.
En fonctionnement réel, plusieurs réservoirs 60 de stockage de réflecteur sont disposés d'une manière correspondant au nombre des opérations de réacteur supposées au cours de la durée de vie d'une centrale électrique En d'autres termes, les réservoirs 60 de stockage de réflecteur coïncident en nombre d'emplacement avec les temps d'opération, ou bien plusieurs temps d'opération sont prévus et un ou plusieurs réservoirs 60 de stockage de réflecteur sont utilisés pendant le cycle de fonctionnement du réacteur en fonction de la puissance du réacteur, de l'emplacement de la zone réflectrice 58, de la quantité d'irradiation neutronique dans la cuve de réacteur 12 etc. Dans un tel cas, la quantité du réflecteur 61 que l'on fait tomber dans la zone réflectrice 58 est décidée conformément au degré d'abaissement de la réactivité du noyau 18 de réacteur en raison de la combustion pendant un cycle de fonctionnement Par exemple, au cas ou le degré d'abaissement de réactivité du noyau est d'environ 1 % /\K/KK', la quantité de réflecteur 61 qui tombe est d'environ 150 Kg lorsque l'on utilise un petit noyau de réacteur du type allongé
et du B 4 C ( 100 %B).
Comme décrit ci-dessus, lorsque le réservoir de stockage 60 devient vide après le cycle de fonctionnement, la pompe primaire du système s'arrête, de sorte que la tige 57 d'arrêt de réacteur du type flottant tombe sous l'effet de son propre poids vers la condition de tige chargée, et le fonctionnement du
réacteur nucléaire s'arrête.
Par conséquent, le réacteur nucléaire peut donc fonctionner à puissance constante sans exiger de procédure mécanique pendant tout le cycle de fonctionnement en faisant tomber le réflecteur 61 dans la zone réflectrice 58 en réponse au fonctionnement du
réacteur nucléaire.
La Fig 9 représente le cinquième mode de réalisation de la présente invention, dans lequel une zone réflectrice 78 et un réservoir de stockage 80 de réflecteur sont disposés en remplacement du réflecteur 61 et du réservoir 60 de stockage de réflecteur du
quatrième mode de réalisation mentionné ci-dessus.
Dans ce cinquième mode de réalisation, la zone réflectrice 78 est divisée en sections extérieure et intérieure 78 a et 78 b, et le réflecteur 78 tombe depuis le réservoir de stockage 80 sous l'effet de son propre poids dans la section extérieure 78 a en premier lieu et ensuite dans la section intérieure 78 b lorsque la section extérieure 78 a a été remplie jusqu'au-dessus d'une extrémité supérieure d'une plaque de partition 79. Les sections extérieure et intérieure 78 a et 78 b de la zone réflectrice 78 comprennent à leurs extrémités inférieures des orifices 66 qui sont fermés
par des bouchons 67.
Le réservoir de stockage 80 de réflecteur est situé au-dessus de la zone réflectrice 78, l'absorbeur neutronique 59, qui présente un orifice 63 de sortie à fermer par un bouchon 64, étant positionné au-dessus de la section extérieure 78 a L'intérieur du réservoir de stockage 80 de réflecteur est divisé en plusieurs sections verticales par plusieurs plaques de partition 81 comportant respectivement des orifices 81 a qui sont décalés les uns par rapport aux autres quant à leurs emplacements Selon cette structure, la chute rapide du réflecteur 78 depuis le réservoir de stockage 80 peut être empêchée même si l'orifice de sortie 63 du réservoir 80 de stockage est cassé par accident En outre, puisque la zone réflectrice 78 est divisée en deux sections 78 a et 78 b par la plaque de partition 79, on peut éviter de remplir rapidement du réflecteur 61
la zone réflectrice 78 pour une raison quelconque.
La structure et les fonctions de ce cinquième de mode de réalisation sont, pour le reste, sensiblement
identiques à celles du quatrième mode de réalisation.
Les Fig 10 et 11 représentent le sixième mode de réalisation conforme à la présente invention, dans lequel une zone réflectrice 88 et un réservoir de stockage 90 de réflecteur sont substitués au réflecteur 58 et au réservoir de stockage 60 des réflecteurs du
quatrième mode de réalisation.
Dans ce sixième mode de réalisation, la zone réflectrice 88 est divisée en petites sections dans ses directions radiale et circonférentielle, chaque section comportant à son extrémité inférieure un orifice 66
fermé par un bouchon 67.
L'intérieur du réservoir de stockage 90 de réflecteur est aussi divisé par une plaque de partition 91 en plusieurs sections 90 a correspondant aux petites sections de la zone réflectrice 88, chaque section comportant à son extrémité inférieure un orifice de sortie 63 fermé par un bouchon 64 Ces orifices de sortie 63 sont ouverts successivement à partir de l'orifice extérieur en direction circonférentielle, et les orifices extérieurs 63 suivants sont ouverts, les orifices 63 situés sur l'intérieur étant ouverts
ensuite progressivement en direction circonférentielle.
Le reste des structures ou des dispositions est sensiblement identique à celui du quatrième mode de réalisation et, par conséquent, leur fonction est
également identique.
Comme décrit ci-dessus, puisque les petites sections respectives de la zone réflectrice 88 sont remplies du réflecteur 61, la quantité d'irradiation neutronique peut être réduite uniformément En outre, même si les orifices de sorties 63 sont cassés par accident, une chute rapide du réflecteur 61 depuis le réservoir de stockage 90 peut être évitée, il peut être possible de ne pas rendre la réactivité maximale supérieure à 1 $ Par exemple, dans le cas o il existe une réactivité excessive de 30 $ (environ 10 % LAK) pendant l'étape initiale de combustion d'un cycle de fonctionnement de dix ans, la réactivité d'insertion peut être rendue inférieure à 1 $ en divisant la zone réflectrice 88 en plus de 30 petites sections, même si une petite section 88 a a été rapidement remplie d'un
réflecteur 61.
Comme décrit, selon le quatrième, le cinquième ou le sixième mode de réalisation de la présente invention, le réflecteur en forme de grains ou de poudres tombe de façon continue sous l'effet de son propre poids dans la zone réflectrice de façon à coïncider avec l'abaissement de la réactivité provoqué par la combustion du noyau de réacteur afin de compenser cet abaissement de réactivité, de sorte que les puissances de la centrale nucléaire peuvent être maintenues constantes sans utiliser de dispositif
mécanique pendant toute sa période de fonctionnement.
En outre, puisque la tige d'arrêt du type flottant est élevée par l'actionnement de la pompe primaire du système et que la tige d'arrêt est complètement rétractée au début du fonctionnement du réacteur, il n'est pas nécessaire de disposer des tiges de commandes dans le noyau de réacteur ce qui amène la
structure compacte du noyau de réacteur.
L'abaissement de la réactivité provoqué par la combustion du noyau de réacteur peut être compensée par une chute continue, sous l'effet de la pesanteur, du réflecteur en forme de grains ou de poudres dans la zone réflectrice, de sorte que le réacteur fonctionne à
puissance constante sans aucune opération mécanique.
En outre, l'arrêt du réacteur est réalisé par un insertion de la tige d'arrêt de type flottant qui tombe sous l'effet de son propre poids en réponse à l'arrêt de l'opération de la pompe primaire du système, ce qui
garantit un fonctionnement simple et précis.
La Fig 12 est une illustration d'une coupe transversale horizontale du noyau 18 de réacteur comprenant un tambour 41 de noyau dans lequel sont disposés plusieurs ensembles 42 de combustible de forme normale et des ensembles de combustible 43 de forme
spécifique, et le sodium est utilisé comme caloporteur.
Dans ce noyau 18 de réacteur une répartition des enrichissements des ensembles de combustible dans la direction radiale est prévue pour rendre plate la répartition de puissance des ensembles de combustible en direction radiale, afin d'augmenter la fuite neutronique dans la direction radiale, d'augmenter la performance de commande de réflecteur et d'augmenter les fuites neutroniques depuis l'ensemble de la structure du noyau de réacteur En d'autres termes, les ensembles de fuel sont disposés dans le tambour 41 de telle manière que l'ensemble central est faiblement enrichi, ceux qui entourent l'ensemble central présentent un enrichissement intermédiaire et ceux qui sont disposés le plus loin vers l'extérieur sont fortement enrichis. Les ensembles respectifs 42 et 43 de combustible sont composés de gaines de combustible 44 et de tirants
, respectivement, comme représenté aux Fig 13 et 14.
Les ensembles de combustible 42, 43 ne comprennent pas de conduit, c'est-à-dire que ce sont des ensembles de combustible sans conduit, dans le but d'augmenter la performance de commande du réflecteur 37 et de réduire la réactivité de vide du caloporteur Selon la structure du réacteur, il peut être possible de fabriquer un ensemble de combustible pourvu d'un conduit, et un tel cas peut être appliqué à un exemple o l'ensemble de combustible, de forme hexagonale comme représenté à la Fig 13, est pourvu d'un conduit et l'ensemble de combustible déformé comme celui qui est
représenté à la Fig 14 ne comporte pas de conduit.
On va maintenant expliquer une plage de sélection de paramètres de base importants pour régler le mode de référence de la structure du noyau de réacteur afin d'amener à "zéro" la réactivité de vide du caloporteur à la partie de noyau, en considérant en particulier les - améliorations du point de vue économique et du
point de vue de la sécurité.
La Fig 15 représente une relation entre une quantité possible de réactivité fournie et une quantité de réactivité de combustion due à un réflecteur, qui détermine un rayon R de noyau de réacteur et une durée de vie de réactivité pour un réacteur de hauteur H et
de rayon R de noyau (H/R> 1).
Dans le graphe de la Fig 15, la référence A désigne une courbe représentant la réactivité fournie lorsque le réflecteur est disposé à l'extérieur du noyau de réacteur, la référence B désigne une courbe représentant la quantité possible de réactivité de combustion due à la dimension du noyau de réacteur et la référence C désigne une courbe représentant la réactivité fournie au réflecteur dans le cas o l'on réduit une distance entre le réflecteur et le noyau de réacteur. Du point de vue de la réactivité, pour un noyau de réacteur dans lequel la commande de réflecteur est exécutée, on peut dire que la réactivité peut être rendue optimale lorsque la réduction de la réactivité due à une combustion L\Kcomb est compensée d'une manière telle que la compensation de réactivité L Kref i, due à l'élévation du réflecteur, par exemple, satisfait à l'équation A Krefi = A Kco b + A\Kcoupensat ion de température ( 1) La valeur /\Kref i représente une réactivité fournie due à la disposition du réflecteur à l'extérieur du réacteur et permet d'atteindre un effet ou une fonction remarquable lorsque le noyau de réacteur est de rayon faible R, alors que la fonction
diminue rapidement lorsque le rayon R augmente.
En ce qui concerne la réactivité de combustion, lorsque le rayon R du noyau diminue, l'enrichissement augmente pour une densité de puissance constante, et la longueur du cycle de fonctionnement augmente rapidement lorsque le rayon de noyau R diminue, alors que l'enrichissement devient faible et que la longueur de cycle de fonctionnement diminue quand le rayon R
augmente.
Dans le cas d'une puissance constante, la densité de puissance est réduite, et lorsque le rayon du noyau
R augmente, la réactivité de combustion est réduite.
Par conséquent, la réactivité peut être rendue optimale de façon à satisfaire à l'équation ( 1) en tenant compte de la relation entre les courbes A et B de la
réactivité de vide du caloporteur.
En tenant compte des points de vue mentionnés ci-
dessus, on peut dire que la limite de puissance du rayon R de réacteur est principalement décidée par la durée de vie prévue de conception et que sa limite supérieure est principalement décidée par un facteur critique (exigence de caractère sous-critique) d'un "noyau nu de réacteur" et par la quantité de réactivité
fournie provoquée par le réflecteur.
La distance entre le noyau de réacteur et le réflecteur et une plage couverte par le réflecteur constituent des paramètres importants pour la quantité réglable de réactivité provoquée par l'emplacement du réflecteur et, selon les modes de réalisation présents,
la plage couvre toute la direction circonférentielle.
L'augmentation du rayon R de noyau de réacteur peut réduire effectivement les fuites neutroniques depuis le noyau de réacteur par unité de puissance de noyau et elle favorise un allongement de la durée de vie de réactivité en raison de la réduction de
réactivité de combustion.
La structure de principe concernant le rayon R de noyau est décidée à partir des éléments ci-dessus, et on va maintenant expliquer l'empilement de combustible
en tant que mode de référence de combustible.
L'empilement de combustible est lié à une performance souhaitée (amener à "zéro" le coefficient de vide) par
rapport à la réactivité de vide du caloporteur.
La Fig 16 est un graphe représentant une relation entre un niveau axial approximatif du réflecteur de commande pendant le cycle de fonctionnement du réacteur et le coefficient de vide au
cours de la durée de vie du réacteur.
En se référant à la Fig 16, à l'étape initiale de fonctionnement au cours de laquelle la combustion progresse relativement peu, le réflecteur est moins recouvert par la partie de combustible du noyau de réacteur mais, lorsque la combustion progresse, le réflecteur est fortement recouvert par la partie de combustible du noyau de réacteur afin de compenser la réactivité Dans l'exemple de la Fig 16 (puissance de noyau de réacteur: 125 M Wt), le réflecteur est complètement recouvert par le noyau de réacteur après environ 8 ans de cycle de fonctionnement du réacteur et, à l'intérieur du cycle de fonctionnement de 8 à 12 ans, la longueur verticale du réacteur est comprise
dans la plage de hauteur du noyau de réacteur.
La Fig 17 est un graphe représentant une répartition axiale de puissance le long de l'axe central du noyau de réacteur pour indiquer la relation entre le déplacement vertical du réflecteur et la condition de combustion du noyau de réacteur A la Fig. 17, les courbes BOC, MOC et EOC représentent des cas d'une étape initiale de combustion (début de cycle), d'une étape intermédiaire de combustion (milieu de cycle) et d'une étape finale de combustion (fin de
cycle), respectivement.
Comme on peut le voir à la Fig 17, on comprendra que le pic de puissance axiale est modifié dans la direction axiale du noyau de réacteur selon le déplacement vertical du réflecteur Puisque cette valeur de pic est en accord avec la position de pic de la répartition du flux neutronique pour maintenir la fission nucléaire, la plage axiale du noyau de réacteur qui est revêtu par le réflecteur constitue la partie substantive de noyau de réacteur En outre, comme représenté par la répartition de puissance de la Fig. 17, à l'étape initiale o il existe un stock important de combustible, même la zone qui n'est pas recouverte par le réflecteur présente une répartition de puissance relativement importante Ceci signifie, en prenant en compte les fuites neutroniques dans la direction axiale, que des fuites neutroniques importantes se produisent depuis une partie du noyau de réacteur qui n'est pas recouverte du réflecteur et, comme représenté dans la partie inférieure de la Fig 16 qui représente la réactivité de vide, la réactivité de vide présente une valeur négative importante à l'étape initiale de la combustion. A l'étape intermédiaire de combustion dans laquelle le réflecteur est largement recouvert par la partie de noyau de réacteur, la partie efficace de noyau de réacteur coïncide sensiblement avec une partie recouverte par le réflecteur Dans un tel cas, l'augmentation de l'effet de réflexion radiale provoque sensiblement une réduction des fuites neutroniques en direction radiale, ce que l'on comprendra à partir de
la comparaison des courbes BOC et MOC de la Fig 17.
A l'étape finale de combustion au cours de laquelle le réflecteur est déplacé vers la partie supérieure du noyau de réacteur, la réactivité de vide devient sensiblement maximale comme représenté à la Fig 16 En effet, à l'étape finale de combustion au cours de laquelle la combustion continue à progresser, la récupération de réactivité due au réflecteur est le facteur le plus important, de sorte que la longueur du réflecteur est d'une importance significative pour l'allongement de la durée de vie de réactivité La réactivité de vide représentée à la Fig 16 augmente aussi dans l'étape finale de combustion par rapport à l'étape initiale de combustion parce que le produit de fission (FP) est produit de façon croissante et que le spectre est par conséquent durci Par comparaison avec l'étape intermédiaire de combustion, les coefficients de vide aux étapes intermédiaire et finale de combustion coïncident sensiblement l'un avec l'autre en dépit du fait que la répartition de puissance dans l'étape finale de combustion est un peu plus raide que dans l'étape intermédiaire de combustion La longueur du réflecteur est liée au caractère "non positif" de la
réactivité de vide dans l'étape finale de combustion.
Par conséquent, la longueur du réflecteur mobile après positionnement du réflecteur constitue un élément important en ce qui concerne le mode de base du noyau de réacteur pour la durée de vie de réactivité du noyau
de réacteur et pour la réactivité de vide.
On va maintenant décrire le moyen d'une optimisation de la longueur du réflecteur dans le noyau de réacteur allongé en utilisant du plutonium dans
lequel la réactivité de vide est rendue "non positive".
Cependant, on décrira d'abord la liaison entre l'empilement de combustible et la décision concernant le rayon R de noyau de réacteur, du point de vue de la
réactivité de vide.
La Fig 18 représente la relation entre le coefficient de vide de noyau de réacteur et le rapport de volume de fuel (rémanence) pendant l'étape finale de combustion pour un diamètre D du réacteur d' d'environ 92 cm une hauteur H d'environ 3 m, et une longueur effective du réacteur L d'environ 1,7 m A la Fig 18, une courbe X représente la relation entre le rapport de volume de combustible et le coefficient de vide et une courbe Y représente la relation entre le rapport de
volume de combustible et la durée de vie de réactivité.
Le rapport de volume de combustible de rémanence est une valeur définie par l'équation nri 2 N/S ( 2) o ri désigne le rayon intérieur de la gaine, N est le nombre de gaines et S désigne la section transversale du noyau de réacteur Un combustible de densité de rémanence effective Pl est chargé à
l'intérieur d'une plage de rayon ri.
Dans le cas d'un rapport élevé de volume de combustible, les rencontres de combustible sont accrues en raison de la densité élevée de sorte que le trajet moyen libre est court et que les fuites en direction radiale peuvent être réduites, de sorte que la
réactivité de vide peut être rendue positive.
Cependant, dans cet exemple, dans lequel le rapport de volume de combustible est d'environ 35 %, le coefficient de vide est rendu "non positif" Pour allonger la durée de vie de réactivité du réacteur, il est préférable d'avoir un rapport élevé de volume de combustible alors que, pour réduire la réactivité de vide, on supposera que la limite supérieure du rapport de volume de
combustible de rémanence est d'environ 35 %.
A la suite d'une analyse du comportement du présent mode de réalisation, la Fig 19 représente une plage destinée à parvenir à une réactivité égale à "zéro" (stage final EOC de durée de vie) de vide de noyau de réacteur, compte tenu de la longueur du réflecteur et du rapport de volume de combustible (rémanence), et à parvenir à un allongement de la durée de vide de réactivité du noyau de réacteur A la Fig. 19, la courbe E définit une plage dans laquelle la réactivité de vide est rendue égale à "zéro", la courbe F représente la durée de vie de réactivité de 10 ans et la courbe G représente la durée de vie de
réactivité de 12 ans.
Dans le cas du rapport élevé de volume de combustible, pour amener à "zéro" la réactivité de vide pour la durée de vie, il sera nécessaire de prévoir une courte longueur de réflecteur afin d'augmenter les fuites neutroniques axiales En revanche, pour augmenter la durée de vie de réactivité, il est approprié d'allonger la longueur du réflecteur Par conséquent, il sera nécessaire de définir la plage dans une plage permettant d'atteindre ces conditions Dans le présent mode de réalisation, de ce point de vue, le rapport de volume de combustible est choisi égal à environ 35 % et le rapport de la longueur de réflecteur à la longueur de noyau de réacteur est choisi égal à environ 0,6. La Fig 20 représente les effets de l'enrichissement de combustible selon la représentation de la Fig 12 sur la répartition radiale, la réduction de réactivité de vide et le résultat d'une observation
de la durée de vie de réactivité.
En se référant à la Fig 20, l'effet de réactivité fournie provoqué par l'emplacement du réflecteur peut être augmenté en accroissant l'enrichissement du combustible disposé près du réflecteur, et l'on a trouvé que ceci est atteint à
l'intérieur de la plage garantissant le facteur sous-
critique d'un "noyau nu de réacteur" à l'étape initiale de combustion En ce qui concerne la réactivité de vide, dans la zone intérieure du noyau de réacteur, une composante rendant négatif le coefficient de vide en raison des fuites neutroniques diminue, tandis que, dans la zone extérieure dans laquelle l'enrichissement est élevé, une composante de fuites neutroniques vers l'extérieur augmente et, dans l'ensemble, la réactivité
de vide à l'étape finale de combustion est réduite.
Comme représenté à la Fig 20, dans le cas d'une réactivité de vide légèrement positive lorsque l'enrichissement initial est rendu uniforme en direction radiale, la réactivité de vide devient négative dans le cas d'un rapport d'enrichissement (enrichissement extérieur ú 2 / enrichissement intérieur
úi 1) d'environ 1 2.
En général, la technique consistant à rendre plate cette répartition de puissance provoque une tendance à un décalage de la réactivité de vide vers le côté positif mais, comme décrit ci-dessus, il est difficile pour un noyau de réacteur de type général plat (H/D< 1) de parvenir à la fois à l'allongement de la durée de vie de réactivité et à la réduction de la réactivité de vide Comme représenté à la Fig 20, ces deux effets peuvent être atteints spécifiquement pour
un noyau de réacteur de petites dimensions.
Le graphe de la Fig 21 représente la relation entre la longueur du réflecteur et la durée de vie de réactivité lorsque la hauteur du noyau de réacteur passe de 3 m à 6 m environ afin d'augmenter la puissance de réacteur et la durée de vie de réactivité En se référant à la Fig 21, une courbe I représente la durée de vie de réactivité pour un réacteur d'une hauteur de 3 m, une courbe J représente le rapport L/H pour le réacteur de hauteur 3 m et une courbe K représente le rapport L/H du réacteur d'une hauteur de 6 m, respectivement. Lorsque les puissances sont les mêmes, on a trouvé que la durée de vie de réactivité augmente, et double sensiblement, dans le cas o les dimensions radiales des noyaux de réacteur et des modes de combustible sont rendues uniformes La courbe I de la Fig 21 indique que ces rapports étaient sensiblement les mêmes et que l'on ne pouvait s'attendre à un effet additionnel malgré l'allongement de la longueur de
noyau de réacteur.
Le but consistant à atteindre une valeur de "zéro" pour la réactivité devide à l'étape finale de combustion est atteint à l'intérieur de la plage représentée par la courbe K par l'allongement du noyau de réacteur, et l'on parvient à un rapport L/H de 0,4 à 0,6 La légère amélioration de l'allongement de la durée de vie et le fait que le rapport L/H s'approche de 0,6 ont pu être atteints en ajustant le rapport d'enrichissement dans la direction radiale du noyau de réacteur. Par conséquent, on a trouvé que, selon le présent mode de réalisation, la longueur du réflecteur et la hauteur du noyau de réacteur sont considérées comme optimales dans la plage de 0,3 à 0,7 en tenant compte de la modification d'épaisseur de la composition du réflecteur. Comme décrit en se référant à la Fig 15, on peut dire qu'il est généralement avantageux de prévoir un grand rayon de noyau de réacteur pour l'allongement de la durée de vie de réactivité Cependant, la réduction de la réactivité de vide est obtenue grâce à un petit rayon du noyau de réacteur La relation entre la longueur du réflecteur et la réactivité de vide dans un tel cas est représentée par la Fig 22 Comme on peut le voir à cette Fig 22, dans le cas d'un réacteur à petit rayon, une valeur égale au produit (durée de vie de réactivité) x (puissance) tend à diminuer progressivement pour les mêmes conditions en fonction des emplacements du réflecteur, et il est facile de
rendre négative la réactivité de vide.
Si l'on prévoit un fonctionnement transitoire anticipé sans arrêt d'urgence (ATWS) pendant le fonctionnement à puissance nominale du réacteur, seule une rétroactivité négative de réactivité est prévue, même dans le cas d'un phénomène de type abaissant le débit du ATWS comme représenté à la Fig 23, et l'accroissement de température du caloporteur est faible même au cours de la période de bas débit, grâce à quoi le réacteur peut être arrêté de façon sûre selon
les caractéristiques spécifiques du réacteur.
Les Fig 24 à 29 représente un autre mode de
réalisation du noyau de réacteur.
En se référant à la Fig 24, dans une technologie classique, l'enrichissement axial du combustible a été rendu uniforme mais, dans le mode de réalisation présent, une zone d'uranium naturel (couverture) d'une largeur d'environ 50 cm est prévue, la position centrale étant distante de l'extrémité inférieure du noyau de réacteur d'une longueur d'environ 1/3 de la longueur effective de noyau Cette zone peut comprendre de l'uranium appauvri (DU), de l'uranium naturel (NU) et
*du neptunium (NP).
Puisqu'il est prévu une zone de couverture, comme représenté à la Fig 25, la valeur maximale d'une quantité d'irradiation intégrée neutronique rapide est abaissée et le débit de fluence de la cuve de réacteur
est donc réduit.
La modification de l'enrichissement dans la direction axiale est effectuée par des procédés représentés aux Fig 26 et 27 dans lesquels, comme représenté à la Fig 26, seuls les ensembles de combustible extérieurs, voisins du réflecteur, sont réalisés de façon à présenter chacun la structure représentée à la Fig 24 et, comme représenté à la Fig. 27, les emplacements des zones d'uranium appauvri sont différents dans la position extérieure et la position intérieure du noyau de réacteur En effet, dans le cas de la Fig 27, les ensembles de combustible extérieurs comportent chacun la zone d'uranium appauvri disposée au-dessous de la zone centrale comme représenté à la Fig 28, et les autres ensembles de combustible comportent chacun la zone d'uranium appauvri au-dessus
du niveau central.
Les Fig 30 à 33 représentent un autre mode de réalisation du noyau de réacteur dans lequel un écran à neutrons 46 est disposé dans le tambour 41 de noyau de réacteur et le noyau 18 de réacteur (Fig 30 et 31) ou à l'extérieur du tambour 41 de noyau de réacteur (Fig.
32 et 33).
L'écran 46 est prévu dans le but de réduire le taux de fluence de la cuve du réacteur et, comme représenté aux Fig 30 ou 32, comporte un orifice partiel 47 pour la mise en oeuvre du réflecteur disposé dans une position extérieure correspondant à l'orifice d'écran 47 Lorsque le rapport de fluence de l'orifice 47 de la cuve de réacteur parvient à la valeur limite selon le concept ci-dessus, l'écran à neutrons 6 est mis en oeuvre de façon à modifier l'orifice 47 comme
représenté aux Fig 31 ou 33 pour l'opération suivante.
Selon la structure du noyau de réacteur décrite ci-dessus, dans le cas o un allongement du combustible est tenté en utilisant du plutonium, à un instant quelconque de la combustion au cours de la durée de vie, la réactivité de vide est contrôlée de façon à ne pas devenir positive et, même si le débit du noyau de réacteur est abaissé, la marge naturelle de l'arrêt de réacteur peut être améliorée par l'opération de rétroaction de réactivité naturelle du réacteur nucléaire. Il faut comprendre que la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation préférés décrits et que de nombreuses autres variantes et modifications peuvent être réalisées en restant à
l'intérieur des cadres des revendications annexées.
A
Claims (14)
1 Réacteur rapide caractérisé en ce qu'il comprend: une cuve ( 12) de réacteur à disposer verticalement dans un bâtiment de réacteur; une structure supérieure ( 13) de cuve de réacteur disposée à une partie supérieure de la cuve ( 12) de réacteur; une structure de tambour ( 14) suspendue à la cuve ( 12) de réacteur sensiblement à une partie centrale de la cuve ( 12) de réacteur de façon à définir une partie annulaire ( 15, 55) entre une périphérie extérieure de la structure de tambour ( 14) et une périphérie intérieure de la cuve ( 12) de réacteur; un noyau de réacteur ( 18) disposé dans la structure de tambour; un moyen échangeur de chaleur intermédiaire ( 19) disposé à une partie située au-dessus du noyau de réacteur ( 18); un moyen de pompage ( 16) disposé dans la cuve ( 12) de réacteur pour faire circuler un caloporteur; et une zone réflectrice ( 35, 58, 78, 88) disposée dans la cuve ( 12) de réacteur de façon à être mobile verticalement le long de la périphérie extérieure du
noyau de réacteur ( 18).
2 Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un réflecteur ( 37, 61) est disposé dans la zone réflectrice ( 35, 58, 78, 88) de façon à être mobile verticalement le long de la périphérie
extérieure du noyau de réacteur ( 18).
3 Réacteur selon la revendication 2, caractérisé en qu'il comprend en outre un mécanisme d'entraînement ( 38) de réflecteur incluant un moyen d'entraînement destiné à déplacer verticalement le réflecteur ( 37), un moyen de guidage le long duquel le réflecteur ( 37) se déplace verticalement et un élément ( 39) destiné à empêcher le réflecteur ( 37) de descendre au-dessous d'une position limite inférieure dans la cuve ( 12) de réacteur.
4 Réacteur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un élément cylindrique intérieur ( 51) disposé entre une périphérie intérieure de la cuve ( 12) de réacteur et une périphérie extérieure de la structure de tambour ( 14) de façon à définir une espace entre la périphérie intérieure de la cuve ( 12) de réacteur et une périphérie extérieure de l'élément cylindrique ( 51), l'espace étant rempli d'un gaz de couverture ( 53) et le moyen d'entraînement de
réflecteur étant disposé dans l'espace.
Réacteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réflecteur est composé de matières en forme de grains ( 61), et les matières de réflecteur ( 61) sont emmagasinées dans un réservoir de stockage ( 60, 80, 90) disposé à une partie supérieure de la zone réflectrice ( 58, 78, 88), le réservoir de stockage ( 60, 80, 90) comportant un orifice ( 63, 66) à travers lequel les matières de réflecteur ( 61) sont amenées vers la
zone réflectrice ( 58, 78, 88).
6 Réacteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'orifice ( 63, 66) du réservoir de stockage ( 60, 80, 9 à) est fermé par un élément ( 64, 67) formant bouchon qui est fondu thermiquement pour ouvrir
l'orifice ( 63, 66).
7 Réacteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le réservoir de stockage ( 90) est composé de plusieurs sections ( 90 a) comportant chacune des orifices à travers lesquels les matières de réflecteur
( 61) sont amenées dans la zone réflectrice ( 88).
8 Réacteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la zone réflectrice ( 88) est composée de plusieurs sections ( 88 a) correspondant respectivement
aux sections ( 90 a) de réservoir de stockage.
9 Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone réflectrice ( 35, 58, 78, 88) est déplacée verticalement, depuis une partie inférieure correspondant à une partie inférieure du noyau de réacteur ( 18) à un stage initial de combustion, vers
une partie supérieure du noyau de réacteur ( 18).
Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen de partition ( 48) qui est disposé dans une partie inférieure de la structure de tambour ( 14) de façon à traverser horizontalement 1 ' intérieur de la cuve ( 12) de réacteur et sur lequel est monté le noyau de
réacteur ( 18).
11 Réacteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le moyen de partition ( 48) est une plaque de partition comportant plusieurs
perforations ( 49).
12 Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de pompage est une pompe électromagnétique ( 16) disposée au-dessous du noyau de
réacteur ( 18).
13 Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de pompage est une pompe électromagnétique ( 16) disposée au-dessus du noyau de
réacteur ( 18).
14 Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de pompage est une pompe électromagnétique ( 16) disposée dans la partie annulaire ( 15, 55) 15 Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau de réacteur ( 18) est d'une forme verticale en colonne satisfaisant à l'équation H/D>l et o le rapport L/H est dans la plage comprise entre environ 0,3 et 0,7, o H est la hauteur de la partie de combustible du noyau de réacteur ( 18), D est le diamètre équivalent du noyau de réacteur ( 13;, et L est la longueur verticale effective de la zone
réflectrice ( 35, 58, 78, 88).
16 Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie annulaire ( 55) comprend une zone ( 56) d'élévation de tige d'arrêt du réacteur qui est définie sur un côté périphérique extérieur de la partie annulaire ( 55) et dans laquelle une tige d'arrêt ( 57) de réacteur est disposée de façon
à être mobile verticalement.
17 Réacteur selon la revendication 16, caractérisé en ce que la zone réflectrice ( 58, 78, 88) est formée à l'extérieur de la zone ( 56) d'élévation de tige d'arrêt de réacteur et en ce qu'un moyen ( 59) absorbeur de neutrons est en outre disposé à
l'extérieur de la zone réflectrice ( 58, 78, 88).
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