FR2697104A1 - Réacteur rapide équipé d'un système de commande pour réflecteur. - Google Patents
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Abstract
Un réacteur rapide comprend un cur de combustibles nucléaires, un fût qui entoure une périphérie extérieure du coeur, un réflecteur annulaire qui entoure une périphérie extérieure du fût, une cloison de séparation qui entoure une périphérie extérieure du réflecteur annulaire et qui supporte le fût au moyen d'une structure de support agencée radialement dans le réacteur rapide, la cloison de séparation constitue une paroi intérieure d'un passage de réfrigérant pour un réfrigérant primaire, un écran à neutrons qui entoure une périphérie extérieure de la cloison de séparation et qui est disposé dans le passage de réfrigérant, une cuve de réacteur entourant une périphérie extérieure de l'écran et comportant une paroi intérieure qui constitue une paroi extérieure du passage de réfrigérant, et une cuve de protection qui entoure une périphérie extérieure de la cuve de réacteur.
Description
Réacteur rapide équipé d'un système de commande pour réflecteur
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION
La présente invention se rapporte à un réacteur rapide, et plus particulièrement à un réacteur rapide équipé d'un système de commande de réflecteur pour commander la réactivité du coeur en utilisant un réflecteur à neutrons.
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION
La présente invention se rapporte à un réacteur rapide, et plus particulièrement à un réacteur rapide équipé d'un système de commande de réflecteur pour commander la réactivité du coeur en utilisant un réflecteur à neutrons.
Un exemple d'un réacteur surrégénérateur rapide conventionnel est montré à la fig. 47. En se rapportant à la fig. 47, un réacteur surrégénérateur rapide 10 comprend un coeur 11 en forme de colonne qui est supporté par un fût de coeur 12 disposé à l'extérieur du coeur 11 et une cuve de réacteur 13 est disposée à l'extérieur du fût 12 du coeur. Une cuve de protection 14 destinée à protéger la cuve de réacteur 13 est disposée à l'extérieur de la cuve de réacteur 13 et un réflecteur 15 est disposé plus à l'extérieur de la cuve de protection 14. Un passage 16 de réfrigérant par lequel un réfrigérant primaire s'écoule en direction du bas est formé entre le fût 12 et la cuve de réacteur 13.Une pompe électromagnétique 17 est disposée perpendiculairement audessus du coeur et un échangeur de chaleur intermédiaire 18 et une couronne 19 pour l'évacuation de la chaleur de désintégration sont disposés au-dessus de la pompe électromagnétique 17.
Au cours du fonctionnement réel du réacteur surrégénérateur rapide 10 de la fig. 47, le réfrigérant primaire, tel que du sodium liquide, remplit la cuve de réacteur du réacteur 13 et du plutonium subit alors une fission dans le coeur. Ce coeur 11 contient du plutonium et de l'uranium appauvri, et de la chaleur est produite en fonction de la fission du plutonium, en émettant ainsi des neutrons. Les neutrons émis sont réfléchis par le réflecteur disposé de manière à entourer la périphérie extérieure de la cuve de protection 14 et sont alors absorbés par l'uranium appauvri pour produire ainsi du plutonium. Le plutonium produit de cette manière subit alors une fission et de la chaleur est produite.
En fonction de la combustion du coeur, le réflecteur 15 est déplacé verticalement de manière relative tout en maintenant un état critique dans le coeur 11, grâce à quoi la combustion progresse de manière graduelle et produit de la chaleur pendant une longue période.
Le réfrigérant primaire se déplace vers le haut dans la cuve de réacteur 13, comme montré par la flèche en trait'plein à la fig. 47 par le fonctionnement de la pompe électromagnétique 17, puis il descend dans le passage de réfrigérant 16 à travers l'échangeur intermédiaire de chaleur 18 et s'écoule alors à nouveau dans la pompe électromagnétique 17 à travers le coeur 11. Le réfrigérant primaire traverse le coeur 11 en absorbant la chaleur produite dans le coeur Il et la chaleur est transférée vers l'échangeur de chaleur intermédiaire 18. Un réfrigérant secondaire s'écoule dans l'échangeur de chaleur intermédiaire 18 à travers un tube d'entrée 20 comme montré par la flèche en tirets à la fig. 47 et, dans l'échangeur de chaleur intermédiaire 18 se produit l'opération d'échange de chaleur entre le réfrigérant primaire et le réfrigérant secondaire.
La chaleur du coeur 11 est amenée à l'extérieur de la cuve de réacteur 13 via un tube de sortie 21, et cette chaleur est alors utilisée en tant que source de puissance.
Cependant, dans le réacteur surrégénerateur rapide conventionnel 10 et la structure montrée à la fig. 47, puisqu'il n'est pas prévu d'écran à neutrons dans la cuve de réacteur et que le réflecteur est disposé à l'extérieur de la cuve de réacteur, la cuve de réacteur et le réflecteur diffusent une quantité importante de chaleur à l'intérieur d'une structure d'écran qui reçoit le réacteur surrégénérateur rapide.Afin d'évacuer cette chaleur, la structure d'écran du reacteur surrégénérateur rapide conventionnel doit être pourvue d'un équipement de refroidissement ayant une forte capacité, posant ainsi un problème important
En outre, puisque le réacteur surrégénérateur rapide conventionnel émet une quantité importante de neutrons à l'extérieur de la cuve de réacteur et que des gaz tels que l'argon et l'azote sont actives dans une atmosphère de la structure d'écran, il est nécessaire de prévoir une cuve de confinement pour les gaz activés afin d'empêcher que les gaz ne parviennent à l'extérieur dans un environnement sévèrement contrôlé, dont il résulte un nouvel accroissement de la taille de l'agencement global du réacteur, posant ainsi également un problème.
En outre, puisque le réacteur surrégénérateur rapide conventionnel émet une quantité importante de neutrons à l'extérieur de la cuve de réacteur et que des gaz tels que l'argon et l'azote sont actives dans une atmosphère de la structure d'écran, il est nécessaire de prévoir une cuve de confinement pour les gaz activés afin d'empêcher que les gaz ne parviennent à l'extérieur dans un environnement sévèrement contrôlé, dont il résulte un nouvel accroissement de la taille de l'agencement global du réacteur, posant ainsi également un problème.
En outre, dans le réacteur surrégénérateur rapide conventionnel, puisque la quantité d'irradiation par les neutrons de la cuve de réacteur dépasse 1023nvt (E > 0, 1MeV) pendant la durée de vie du réacteur, on n'utilise pas d'acier inoxydable et on doit utiliser de l'acier au chrome qui est coûteux, posant ainsi également un problème économique.
En outre, dans le réacteur surrégénérateur rapide conventionnel, puisque la pompe électromagnétique est disposée directement au-dessus du coeur, une contrainte thermique importante est appliquée à la pompe électromagnétique par la chaleur du sodium liquide chauffé à haute température par le coeur et la durée de vie pour maintenir la fiabilité requise est ainsi raccourcie, et de ce fait, dans le réacteur surrégénérateur rapide conventionnel, le raccourcissement de la durée de vie de la pompe électromagnétique affecte de manière défavorable la durée de vie d'un réacteur surrégénérateur rapide de petite taille lui-même.
En outre, dans le réacteur surrégénérateur rapide conventionnel, puisque l'échangeur de chaleur intermédiaire ainsi que la pompe électromagnétique sont disposés directement au-dessus du coeur, il est nécessaire de désassembler et d'enlever la pompe électromagnétique et l'échangeur de chaleur intermédiaire au moment du remplacement du combustible, dont il résulte des opérations compliquées et difficiles de démontage et d'enlèvement, et l'éventualité d'endommager ces éléments de manière accidentelle est également augmentée.
De plus, dans le réacteur rapide conventionnel équipé d'une structure de réflecteurs mobiles, afin d'améliorer la faculté de commander le réflecteur à neutrons, on est obligé d'allonger la longueur du réflecteur à neutrons lui-même.
Toutefois, l'allongement du réflecteur à neutrons augmente son poids, et en outre, affecte la structure du noyau ellemême, et par conséquent on ne souhaite pas allonger la longueur du réflecteur à neutrons à divers points de vue. En particulier, dans un réacteur rapide du type dit à réflecteur en "coeur" dans lequel le réflecteur à neutrons est disposé dans la cuve de réacteur, il est difficile d'utiliser un réflecteur à neutrons allongé du point de vue de la structure interne au coeur, ce qui pose le problème ci-avant de manière remarquable.
La fig. 48 est une illustration montrant une structure d'une centrale d'énergie nucléaire conventionnelle 30 comprenant un système de commande pour celle-ci. En se rapportant à la fig.
48, un coeur 32 est reçu dans un réacteur 31 et le coeur 32 produit de la chaleur par une réaction de fission en chaîne et échauffe un réfrigérant primaire qui traverse le coeur. Le réfrigérant primaire chauffé est alimenté dans un échangeur de chaleur intermédiaire 34 via une ligne latérale 33 à haute température pour réfrigérant primaire, et l'opération d'échange de chaleur est effectuée dans l'échangeur de chaleur intermédiaire 34 entre le réfrigérant primaire et un réfrigérant secondaire pour transférer la chaleur vers le réfrigérant secondaire. Après l'opération d'échange de chaleur, le réfrigérant primaire dont la température est abaissée est à nouveau remis en circulation dans le réacteur 31 via une ligne latérale 35 à basse température pour le réfrigérant primaire. Une telle recirculation du réfrigérant primaire est effectuée au moyen d'une pompe de circulation 36 pour le réfrigérant.
Le réfrigérant secondaire dont la température est augmentée du fait de l'opération d'échange de chaleur est transféré vers un générateur de vapeur 38 en tant qu'échangeur de chaleur de puissance via une ligne latérale à haute température pour le réfrigérant secondaire 37 et chauffe de l'eau dans le générateur de vapeur 38. Le réfrigérant secondaire dont la température est abaissée dans le générateur de vapeur 38 est remis en circulation dans l'échangeur de chaleur intermédiaire 34 via une ligne latérale 39 à basse température pour le réfrigérant secondaire. Une telle recirculation du réfrigérant secondaire est assurée au moyen d'une pompe de circulation 40 pour le réfrigérant secondaire.
L'eau chauffée par le phénomène d'échange de chaleur dans le générateur de vapeur 38 passe à l'état de vapeur qui est alimentée vers une turbine 42 et entraîne cette dernière pour produire ainsi de la puissance. L'eau est alimentée dans le générateur de vapeur 38 au moyen d'une pompe d'alimentation d'eau 43 via une ligne d'alimentation en eau 57 et le taux d'écoulement de l'eau alimentée Gw est régulé par une valve de regulation 44 du taus d'écoulement de l'eau d'alimentation.
Dans la centrale d'énergie nucléaire 30 conventionnelle la commande de la puissance est effectuée de la manière suivante.
Le système de commande de la centrale nucléaire 30 comprend une unité de fixation de puissance 45 pour fixer une puissance, une unité de commande 47 pour la puissance du réacteur afin de commander une barre de commande 46, un régulateur 48 pour le débit du réfrigérant primaire afin de réguler le débit du réfrigérant primaire, un régulateur 49 du débit de réfrigérant secondaire afin de réguler le débit du réfrigérant secondaire, et un régulateur 50 du débit d'alimentation d'eau pour réguler le débit d'alimentation d'eau Gw vers le générateur de vapeur 38.
L'unité de commande 47 de la puissance du réacteur commande et traite une vitesse d'entraînement de la barre de commande en réponse à un signal de fixation de puissance provenant de l'unité de fixation de puissance 45, une température de sortie du réacteur, détectée par un détecteur de température 51, servant de signal de rétroaction et un niveau de flux de neutrons - détecté par le détecteur à neutrons - servant de signal auxiliaire, et commande alors le mouvement vertical dintroduction ou d'extraction de la barre de commande 46 en fonction du résultat commandé et traité. La puissance du réacteur 31 est régulée en déplaçant verticalement la barre de commande 46.
Le régulateur 48 de débit de réfrigérant primaire commande la vitesse de rotation (nombres de tours par minute) de la pompe de circulation 36 pour le réfrigérant primaire en réponse au signal de la fixation de puissance provenant de l'unité de fixation de puissance 45, le débit de réfrigérant primaire détecté par le détecteur 53 du débit de réfrigérant primaire servant de signal de rétroaction. Le débit de réfrigérant primaire est régulé en changeant la vitesse de rotation de la pompe de circulation 36 pour le réfrigérant primaire.
Le régulateur 49 du débit de réfrigérant secondaire commande la vitesse de rotation (nombre de tours par minute) de la pompe de circulation 40 pour le réfrigérant secondaire en réponse au signal de fixation de puissance provenant de l'unité de fixation de puissance 45, le débit de réfrigérant secondaire détecté par le détecteur 54 de débit de réfrigérant secondaire servant de signal de rétroaction. Le débit de réfrigérant primaire est régulé en changeant la vitesse de rotation de la pompe de circulation 40 pour le réfrigérant primaire.
Le régulateur 50 du débit d'alimentation en eau commande un degré d'ouverture de la valve de régulation 44 d'alimentation en eau en réponse au signal de fixation de puissance provenant de l'unité de fixation de puissance 45, le débit d'alimentation en eau détecté par le détecteur 55 du débit d'alimentation en eau servant de signal de rétroaction, et une température de vapeur détectée par le détecteur de température de vapeur 56 servant de signal auxiliaire. Le débit d'alimentation en eau vers le générateur de vapeur 38 est régulé en changeant le degré d'ouverture de la valve de régulation du débit d'alimentation en eau.
Comme décrit ci-dessus, dans la centrale nucléaire conventionnelle 30, l'amplitude ou le degré d'introduction, c'est-à-dire de chargement, de la barre de commande 46, les débits des réfrigérants primaire et secondaire et le débit d'alimentation en eau vers le générateur de vapeur 38 sont fixés par l'unité de fixation de puissance 45, et afin de maintenir les valeurs fixes en ce qui concerne ces facteurs, l'unité de fixation de puissance 45, l'unité de commande 47 de la puissance du réacteur, le régulateur 48 du débit de réfrigérant primaire, le régulateur 49 du débit de réfrigérant secondaire, et le régulateur 50 du débit d'alimentation en eau sont en fonctionnement, maintenant ainsi la valeur de la puissance désirée.
Cependant, le système de commande de la centrale nucléaire conventionnelle est composé de l'unité de fixation de puissance, de l'unité de commande de la puissance du réacteur, du régulateur de débit de réfrigérant primaire, du régulateur de débit de réfrigérant secondaire et du régulateur de débit d'alimentation en eau, et il est ainsi compliqué de par sa structure. En outre, puisque l'unité de commande de la puissance du réacteur commande directement la barre de commande, il y a un danger d'extraire par erreur la barre de commande en raison d'une défaillance de l'unité de commande de la puissance du réacteur elle-même. Ce problème a été habituellement envisagé dans le cas d'un réacteur surrégénérateur rapide dans lequel la puissance est grossièrement réglée en entraînant le réflecteur et le risque réside dans un actionnement erroné du réflecteur.
RESUME DE L'INVENTION objectif principal de la présente invention est d'éliminer sensiblement les défauts et les inconvénients rencontrés dans l'art antérieur et de proposer un réacteur rapide de petite taille, capable de diffuser de chaleur et de neutrons vers l'extérieur d'un réacteur, qui sont absorbés par une structure d'écran ayant une construction simple et un équipement de refroidissement, et capable d'utiliser la chaleur de manière effective.
Un autre objectif de la présente invention est de proposer une structure de commande pour des neutrons, capable d'améliorer la capacite de commander la réactivité d'un réflecteur à neutrons sans allonger le réflecteur lui-même.
Un autre objectif de la présente invention est de proposer une centrale d'énergie nucléaire ayant une structure compacte et capable d'éliminer les problèmes rencontrés dans l'art antérieur comme décrit ci-dessus et capable de régler finement la puissance de la centrale d'énergie en réglant la puissance de manière grossière par entraînement du- réflecteur à une vitesse constante et en régulant le débit d'alimentation en eau vers le générateur de vapeur.
Ces objectifs ainsi que d'autres peuvent être atteints selon la présente invention en proposant, selon un premier aspect, un réacteur rapide caractérisé en ce qu'il comprend un coeur composé de combustibles nucléaires, un fût de coeur entourant une périphérie extérieure du coeur, un réflecteur annulaire entourant une périphérie extérieure du fût, une paroi de séparation entourant une périphérie extérieure du reflecteur annulaire et supportant le fût au moyen d'une structure de support agencée radialement par rapport au réacteur rapide, la paroi de séparation constituant une paroi intérieure d'un passage de réfrigérant pour un réfrigérant primaire, un écran à neutrons entourant une périphérie extérieure de la paroi de séparation et disposé dans le passage de réfrigérant, une cuve de réacteur entourant une périphérie extérieure de 1 'écran à neutrons et présentant une paroi intérieure qui constitue une paroi extérieure du passage de réfrigérant, et une cuve de protection entourant une périphérie extérieure de la cuve de réacteur.
En outre, afin d'atteindre les objectifs ci-dessus, le réacteur de la présente invention, du type à commande de réflecteur, dans lequel la réactivité du coeur est commandée en ajustant la fuite des neutrons depuis le coeur en déplaçant verticalement le réflecteur à neutrons agencé à l'extérieur du coeur du réacteur immergé dans le réfrigérant, est caractérisé en ce que la périphérie du coeur située audessus du réflecteur à neutrons est entourée par une substance qui présente une capacité à réfléchir les neutrons inférieure à celle du réfrigérant.
En outre, afin d'atteindre les objectifs ci-dessus, la centrale nucléaire de la présente invention comprend un réflecteur à neutrons disposé dans le réacteur rapide et entraîné à une vitesse constante pour maintenir une combustion dans le coeur en modifiant une plage combustion du coeur afin de régler de manière grossière la puissance thermique du réacteur rapide, et une unité de commande pour la centrale afin de changer la température du réfrigérant primaire à une entrée du réacteur rapide en réglant un débit d'alimentation en eau vers le générateur de vapeur et en réglant de manière fine la puissance thermique du réacteur rapide en fonction d'un effet de rétroaction basé sur la température.L'unité de commande de la centrale comprend: un étage de calcul de puissance thermique pour calculer une puissance thermique du générateur de vapeur en réponse à la température de vapeur saisie à une sortie du générateur de vapeur, à la pression de vapeur à la sortie de ce générateur et au débit de vapeur; un étage de commande de puissance thermique afin de comparer la puissance thermique calculée par l'étage de calcul de puissance thermique avec une valeur fixée de la puissance thermique du générateur de vapeur, et pour fixer un signal de débit d'alimentation en eau; et un étage de commande de débit qui détecte un débit d'alimentation en eau, qui compare le débit d'alimentation détecté avec le signal de débit d'alimentation en eau fixé par l'étage de commande de puissance thermique et qui fixe un signal en relation avec un degré d'ouverture d'une valve de régulation du débit d'alimentation en eau afin de commander ainsi le débit d'alimentation en eau.
Conformément au réacteur rapide de la présente invention, puisque le réflecteur est disposé très proche de la périphérie extérieure du coeur, les neutrons sont réfléchis de manière effective et la combustion et la surrégénération du combustible nucléaire peuvent donc être menées de manière effective. En outre, puisque le réflecteur est lui-même immergé dans le réfrigérant primaire, la chaleur produite par le réflecteur est utilisée en tant que puissance du réacteur rapide, améliorant ainsi l'efficacité de fonctionnement du réacteur.
Ensuite, puisque l'écran à neutrons du réacteur rapide de la présente invention est disposé à l'intérieur de la cuve de rédacteur et dans le passage de réfrigérant, la chaleur produite par l'écran à neutrons peut être utilisée en tant que puissance du réacteur et une quantité moindre de neutrons est émise vers l'intérieur et vers l'extérieur de la cuve de réacteur. Ainsi, l'émission des neutrons vers la cuve de réacteur peut être réduite, grâce à quoi la cuve de réacteur peut être formée en acier inoxydable, qui est un matériau bon marché, procurant ainsi un avantage économique.En outre, on peut alléger les exigences d'étanchéité pour la structure d'écran qui contient le réacteur rapide et réduire le chauffage de l'équipement de refroidissement associé à la structure d 'écran ainsi que l'air qui rayonne dans la structure d'écran, ce qui rend compacts la structure d'écran et l'équipement de refroidissement.
En outre, selon la présente invention puisque le coeur disposé au-dessus du réflecteur à neutrons est entouré par une substance qui présente une capacité de réfléchir les neutrons inférieure à celle du réfrigérant, au début de la durée de vie pour lequel le réflecteur à neutrons est disposé au dessous du réflecteur, la périphérie du coeur est couverte par cette substance afin de supprimer, jusqu'à une valeur inférieure, la réactivité par comparaison avec une structure conventionnelle dans laquelle la surface entière du coeur est couverte par le réfrigérant, ce qui augmente l'enrichissement du combustible.De plus, dans le cas où le réflecteur à neutrons est déplacé vers le haut, la réactivité est augmentée par le changement des positions relatives du réflecteur à neutrons et du coeur, et la zone entourée par le réfrigérant est progressivement élargie tout en réduisant la zone entourée par cette substance, grâce à quoi la réactivité due à la différence des propriétés de réflexion des neutrons des deux parties est déplacée entre cette substance et le réfrigérant.
En outre, selon la centrale nucléaire conforme à la présente invention, puisque le réflecteur du réacteur rapide est entraîné à une vitesse prédéterminée, l'unité de commande pour la barre de commande ou pour le réflecteur, qui est nécessaire pour les structures conventionnelles, peut être éliminée, et de plus, la puissance du réacteur rapide peut être grossièrement commandée par le réflecteur, ce qui empêche ainsi un fonctionnement du réflecteur par erreur en cas de défaillance du dispositif de commande du réflecteur.
De plus, dans la centrale nucléaire de la présente invention, la puissance réelle du générateur de vapeur est calculée par l'unité de commande la centrale en fonction de la température de vapeur, de la pression de vapeur et du débit de vapeur et la différence entre la valeur de puissance fixée de la centrale et le débit d'alimentation en eau vers le générateur de vapeur est également calculée, commandant ainsi le débit d'alimentation en eau vers le générateur de vapeur. En fonction de la commande du débit d'alimentation en eau vers le générateur de vapeur, on peut commander la puissance du réacteur rapide grâce à l'effet de rétroaction en température.
En fait, au cas où la puissance réelle de la centrale d'énergie est supérieure à la valeur fixée, le débit d'alimentation en eau vers le générateur de vapeur est réduit, et par conséquent, la température du réfrigérant primaire à l'orifice d'entrée du réacteur est augmentée via le réfrigérant secondaire, l'échangeur de chaleur intermédiaire et le réfrigérant primaire, dont résulte une réduction de la réaction de fission en chaîne dans le coeur et donc une réduction de la puissance du réacteur. Au contraire, dans le cas où la puissance réelle est inférieure à la valeur fixée, on augmente le débit d'alimentation en eau, et par conséquent la température du réfrigérant primaire à l'orifice d'entrée du réacteur est réduite via le réfrigérant secondaire, l'échangeur de chaleur intermédiaire et le réfrigérant primaire, dont résulte l'augmentation de l'activation de la réaction de fission en chaîne dans le coeur et donc l'augmentation de la puissance du réacteur.
Grâce à cet effet de rétroaction en température, l'unité de commande de la centrale peut réqler finement la puissance du réacteur rapide.
La nature ainsi que d'autres caractéristiques de la présente invention seront rendues plus claires ci-après au moyen de descriptions de modes de réalisation préférés et en se référant aux dessins ci-joints.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Les dessins ci-joints montrent:
Fig. 1 une coupe axiale, c'est-à-dire en élévation, d'un premier mode de réalisation d'un réacteur rapide de la présente invention;
Fig. 2 une vue en coupe prise suivant la ligne II-II à la fig. 1;
Fig. 3 une vue en coupe prise le long la ligne III-III à la fig.I;
Fig. 4 une coupe schématique en élévation montrant en partie un second mode de réalisation conforme à la présente invention;
Figs. 5A et 5B des vues qui expliquent le fonctionnement dans le cas où l'on déplace un réflecteur à neutrons vers le haut;
Fig. 6 une vue qui explique le fonctionnement dans le cas du début de la durée de vie (BOL);
Fig. 7 une vue en élévation schématique semblable à celle de la fi. 4, mais se rapportant à un troisième mode de réalisation de la présente invention;
Fig. 8 une coupe schématique en élévation semblable à celle de la fig. 4, mais se rapportant à un quatrième mode de réalisation de la présente invention;
Fig. 9 une coupe schématique en élévation semblable à celle de la fig. 4, mais se rapportant à un cinquième mode de réalisation de la présente invention;;
Fig. 10 une coupe schématique en élévation semblable à celle de la fig 4, mais se rapportant à un sixième mode de réalisation de la présente invention;
Fig.ll une vue schématique en élévation d'un réacteur rapide d'un septième mode de réalisation selon la présente invention;
Fig. 12 une vue en coupe et à grande échelle d'une structure de support de réacteur du septième mode de réalisation;
Fig. 13 une vue schématique en élévation d'un réacteur rapide d'un huitième mode de réalisation selon la présente invention;
Fig. 14 une vue en élévation partielle d'un mécanisme d'entraînement pour barre d'absorption des neutrons, dans un état de période d'arrêt à basse température, selon un mode de réalisation d'un autre aspect de la présente invention;;
Fig. 15 une vue en coupe partielle d'un mécanisme d'entraînement pour une barre d'absorption de neutrons du mode de réalisation de la fig. 14, dans un état dans lequel un électro-aimant attire la barre d'absorption de neutron à un moment lorsqu'une température de réfrigérant monte jusqu'à une température prédéterminée;
Fig. 16 une vue en coupe partielle d'un mécanisme d'entraînement pour barre d'absorption de neitrons du mode de réalisation de la fig. 14 dans un état juste avant que l'électro-aimant n'attire la barre d'absrption de neutrons à un moment lorsque la température du réfrigérant monte jusqu'à une température prédéterminée;
Fig. 17 une vue d'un agencement schématique d'une centrale d'énergie nucléaire selon un mode de réalisation d'un autre aspect de la présente invention;;
Fig. 18 un diagramme montrant le déroulement du processus dans une unité de commande pour la centrale selon la présente invention;
Fig. 19 un diagramme montrant le déroulement des opérations dans un étage de calcul pour la puissance thermique;
Fig. 20 un diagramme montrant le déroulement des opérations dans un étage de commande de la puissance thermique;
Fig. 21 un diagramme montrant le déroulement des opérations dans un étage de commande du débit;
Fig. 22 une vue d'un agencement schématique d'une centrale nucléaire selon un autre mode de réalisation de la présente invention;
Fig. 23 un diagramme montrant le déroulement des opérations à l'instant du début de fonctionnement de la centrale d'énergie nucléaire du mode de réalisation de la fig. 22;;
Fig. 24 un diagramme montrant le déroulement des opérations pour la compensation de la consommation du combustible dans le réacteur de la centrale nucléaire du mode de réalisation de la fig. 22;
Fig. 25 un diagramme montrant le déroulement des opérations pour le suivi de la charge du générateur dans la centrale nucléaire du mode de réalisation de la fig. 22;
Fig. 26 une vue en coupe d'un réacteur selon un mode de réalisation de la présente invention;
Fig. 27 une vue en plan du réacteur montré à la fig. 26;
Fig 28 une vue semblable à celle de la fig. 26, montrant un autre mode de réalisation d'un réacteur de la présente invention;
Fig. 29 une vue en plan du réacteur montré à la fig. 28;
Figs. 30A et 30B des vues en plan montrant des exemples de la manière de changer la puissance du réacteur dans le réacteur de la présente invention;;
Fig. 31 une vue en coupe d'un réacteur selon un autre mode de réalisation de la présente invention;
Fig. 32 une vue en coupe horizontale, c'est-à-dire transversale, au niveau de l'emplacement du coeur du réacteur de la fig. 31;
Fig. 33 une vue en coupe d'un réacteur selon encore un autre mode de réalisation de la présente invention;
Fig. 34 une vue en coupe horizontale, c'est-à-dire transversale, au niveau de la situation du coeur du réacteur de la fig. 33;
Fig. 35 une vue semblable à celle de la fig. 34, dans laquelle un réacteur a une structure différente de celui de la fig 34;
Fig. 36 une vue semblable à celle de la fig. 34, dans laquelle un réacteur a une autre structure différente de celui de la fig. 34;
Fig. 37 une vue semblable à celle de la fig. 34, dans laquelle un réacteur a une autre structure différente de celui de la fig. 34;
Fig. 38 une vue semblable à celle de la fig.34, dans laquelle un réacteur a encore une autre structure différente de celui de la fig. 34;
Fig. 39 une vue semblable à celle de la fig. 34, dans laquelle un réacteur a une autre structure différente de celui de la fig. 34;
Fig. 40 une vue semblable à celle de la fig. 34, dans laquelle un réacteur a encore une autre structure différente de celui de la fig. 34;
Fig 41 une vue semblable à celle de la fig. 34, dans laquelle un réacteur a encore une autre structure différente de celui de la fig. 34;
Fig. 42 une vue semblable à celle de la fig. 34, dans laquelle un réacteur a encore une autre structure différente de celui de la fig. 34;
Fig. 43 une ve semblable à celle de la fig. 33, mais se rapportant à un réacteur d'un antre mode de réalisation de la présente invention;;
Fig. 44 une vue en coupe montrant un bâtiment de réacteur selon un mode de réalisation de la présente invention;
Fig. 45 une vue en coupe prise suivant la ligne XLV-XLV à la fig. 44;
Fig. 46 une vue en plan montrant une enceinte de confinement pour échange de combustible;
Fig. 47 une vue en coupe montrant un exemple d'un réacteur rapide de structure conforme à l'art antérieur;
Fig. 48 un agencement d'une centrale d'énergie nucléaire conventionnelle.
Les dessins ci-joints montrent:
Fig. 1 une coupe axiale, c'est-à-dire en élévation, d'un premier mode de réalisation d'un réacteur rapide de la présente invention;
Fig. 2 une vue en coupe prise suivant la ligne II-II à la fig. 1;
Fig. 3 une vue en coupe prise le long la ligne III-III à la fig.I;
Fig. 4 une coupe schématique en élévation montrant en partie un second mode de réalisation conforme à la présente invention;
Figs. 5A et 5B des vues qui expliquent le fonctionnement dans le cas où l'on déplace un réflecteur à neutrons vers le haut;
Fig. 6 une vue qui explique le fonctionnement dans le cas du début de la durée de vie (BOL);
Fig. 7 une vue en élévation schématique semblable à celle de la fi. 4, mais se rapportant à un troisième mode de réalisation de la présente invention;
Fig. 8 une coupe schématique en élévation semblable à celle de la fig. 4, mais se rapportant à un quatrième mode de réalisation de la présente invention;
Fig. 9 une coupe schématique en élévation semblable à celle de la fig. 4, mais se rapportant à un cinquième mode de réalisation de la présente invention;;
Fig. 10 une coupe schématique en élévation semblable à celle de la fig 4, mais se rapportant à un sixième mode de réalisation de la présente invention;
Fig.ll une vue schématique en élévation d'un réacteur rapide d'un septième mode de réalisation selon la présente invention;
Fig. 12 une vue en coupe et à grande échelle d'une structure de support de réacteur du septième mode de réalisation;
Fig. 13 une vue schématique en élévation d'un réacteur rapide d'un huitième mode de réalisation selon la présente invention;
Fig. 14 une vue en élévation partielle d'un mécanisme d'entraînement pour barre d'absorption des neutrons, dans un état de période d'arrêt à basse température, selon un mode de réalisation d'un autre aspect de la présente invention;;
Fig. 15 une vue en coupe partielle d'un mécanisme d'entraînement pour une barre d'absorption de neutrons du mode de réalisation de la fig. 14, dans un état dans lequel un électro-aimant attire la barre d'absorption de neutron à un moment lorsqu'une température de réfrigérant monte jusqu'à une température prédéterminée;
Fig. 16 une vue en coupe partielle d'un mécanisme d'entraînement pour barre d'absorption de neitrons du mode de réalisation de la fig. 14 dans un état juste avant que l'électro-aimant n'attire la barre d'absrption de neutrons à un moment lorsque la température du réfrigérant monte jusqu'à une température prédéterminée;
Fig. 17 une vue d'un agencement schématique d'une centrale d'énergie nucléaire selon un mode de réalisation d'un autre aspect de la présente invention;;
Fig. 18 un diagramme montrant le déroulement du processus dans une unité de commande pour la centrale selon la présente invention;
Fig. 19 un diagramme montrant le déroulement des opérations dans un étage de calcul pour la puissance thermique;
Fig. 20 un diagramme montrant le déroulement des opérations dans un étage de commande de la puissance thermique;
Fig. 21 un diagramme montrant le déroulement des opérations dans un étage de commande du débit;
Fig. 22 une vue d'un agencement schématique d'une centrale nucléaire selon un autre mode de réalisation de la présente invention;
Fig. 23 un diagramme montrant le déroulement des opérations à l'instant du début de fonctionnement de la centrale d'énergie nucléaire du mode de réalisation de la fig. 22;;
Fig. 24 un diagramme montrant le déroulement des opérations pour la compensation de la consommation du combustible dans le réacteur de la centrale nucléaire du mode de réalisation de la fig. 22;
Fig. 25 un diagramme montrant le déroulement des opérations pour le suivi de la charge du générateur dans la centrale nucléaire du mode de réalisation de la fig. 22;
Fig. 26 une vue en coupe d'un réacteur selon un mode de réalisation de la présente invention;
Fig. 27 une vue en plan du réacteur montré à la fig. 26;
Fig 28 une vue semblable à celle de la fig. 26, montrant un autre mode de réalisation d'un réacteur de la présente invention;
Fig. 29 une vue en plan du réacteur montré à la fig. 28;
Figs. 30A et 30B des vues en plan montrant des exemples de la manière de changer la puissance du réacteur dans le réacteur de la présente invention;;
Fig. 31 une vue en coupe d'un réacteur selon un autre mode de réalisation de la présente invention;
Fig. 32 une vue en coupe horizontale, c'est-à-dire transversale, au niveau de l'emplacement du coeur du réacteur de la fig. 31;
Fig. 33 une vue en coupe d'un réacteur selon encore un autre mode de réalisation de la présente invention;
Fig. 34 une vue en coupe horizontale, c'est-à-dire transversale, au niveau de la situation du coeur du réacteur de la fig. 33;
Fig. 35 une vue semblable à celle de la fig. 34, dans laquelle un réacteur a une structure différente de celui de la fig 34;
Fig. 36 une vue semblable à celle de la fig. 34, dans laquelle un réacteur a une autre structure différente de celui de la fig. 34;
Fig. 37 une vue semblable à celle de la fig. 34, dans laquelle un réacteur a une autre structure différente de celui de la fig. 34;
Fig. 38 une vue semblable à celle de la fig.34, dans laquelle un réacteur a encore une autre structure différente de celui de la fig. 34;
Fig. 39 une vue semblable à celle de la fig. 34, dans laquelle un réacteur a une autre structure différente de celui de la fig. 34;
Fig. 40 une vue semblable à celle de la fig. 34, dans laquelle un réacteur a encore une autre structure différente de celui de la fig. 34;
Fig 41 une vue semblable à celle de la fig. 34, dans laquelle un réacteur a encore une autre structure différente de celui de la fig. 34;
Fig. 42 une vue semblable à celle de la fig. 34, dans laquelle un réacteur a encore une autre structure différente de celui de la fig. 34;
Fig. 43 une ve semblable à celle de la fig. 33, mais se rapportant à un réacteur d'un antre mode de réalisation de la présente invention;;
Fig. 44 une vue en coupe montrant un bâtiment de réacteur selon un mode de réalisation de la présente invention;
Fig. 45 une vue en coupe prise suivant la ligne XLV-XLV à la fig. 44;
Fig. 46 une vue en plan montrant une enceinte de confinement pour échange de combustible;
Fig. 47 une vue en coupe montrant un exemple d'un réacteur rapide de structure conforme à l'art antérieur;
Fig. 48 un agencement d'une centrale d'énergie nucléaire conventionnelle.
DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES
La fig. 1 montre une structure d'un réacteur rapide selon un mode de réalisation de la présente invention. Le réacteur rapide 60 montré comprend un coeur 61 composé d'unités à combustible remplies de combustibles nucléaires et le coeur 61 a sensiblement la forme d'une colonne dans une structure entière. La périphérie extérieure du coeur 61 est entourée par un fût 62 de coeur pour protéger celui-ci et un réflecteur annulaire 63 est disposé à l'extérieur du fût 62 de manière à entourer celui-ci. Une structure formant cloison de séparation 65 est disposée à l'extérieur du réflecteur 63 de manière à entourer le réflecteur 63 et à définir une paroi intérieure d'un passage de réfrigérant 64 pour un réfrigérant primaire. Une paroi extérieure du passage de réfrigérant 64 est définie par une cuve 6 de réacteur à l'extérieur de la structure formant cloison de séparation 65. Un écran à neutrons 67 est disposé dans le passage de réfrigérant 64 de manière à entourer le coeur 61. L'extérieur de la cuve de réacteur 66 est protégé par une cuve de protection 68.
La fig. 1 montre une structure d'un réacteur rapide selon un mode de réalisation de la présente invention. Le réacteur rapide 60 montré comprend un coeur 61 composé d'unités à combustible remplies de combustibles nucléaires et le coeur 61 a sensiblement la forme d'une colonne dans une structure entière. La périphérie extérieure du coeur 61 est entourée par un fût 62 de coeur pour protéger celui-ci et un réflecteur annulaire 63 est disposé à l'extérieur du fût 62 de manière à entourer celui-ci. Une structure formant cloison de séparation 65 est disposée à l'extérieur du réflecteur 63 de manière à entourer le réflecteur 63 et à définir une paroi intérieure d'un passage de réfrigérant 64 pour un réfrigérant primaire. Une paroi extérieure du passage de réfrigérant 64 est définie par une cuve 6 de réacteur à l'extérieur de la structure formant cloison de séparation 65. Un écran à neutrons 67 est disposé dans le passage de réfrigérant 64 de manière à entourer le coeur 61. L'extérieur de la cuve de réacteur 66 est protégé par une cuve de protection 68.
Le réflecteur 63 est suspendu au rnoven d'une pluralité de tiges d'entraînement 70 qui pénètrent un bouchon supérieur 69 de manière à être déplacées verticalement au moven d'un mécanisme 71 pour l'entraînement du réflecteur.
La structure 65 formant cloison de séparation s'étend vers le haut, dans le sens de l'observation, depuis une plaque de base 72 sur laquelle est monté le coeur 61 et forme le passage annulaire 64 pour le réfrigérant entre celui-ci et la ce de réacteur 66. L'écran à neutrons 67 est disposé audes sous de ce passage de réfrigérant 64 comme mentionné cidessus. Une pompe électromagnétique annulaire 73 est agencée dans le passage de réfrigérant 64 au-dessus de l'écran à neutrons 67 et un échangeur de chaleur intermédiaire 74 est agencé encore au-dessus de la pompe électromagnétique 73. Une couronne 75 pour l'évacuation de la chaleur de désintégration est disposée encore au-dessus de l'échangeur de chaleur intermédiaire 74.
La pompe électromagnétique 73 et l'échangeur de chaleur intermédiaire 74 sont composés de façon intégrée l'un avec l'autre et la structure intégrée est en outre formée de manière intégrée et continue avec la structure supérieure du réacteur. Comme montré à la fig. 1, l'échangeur de chaleur intermédiaire 1 présente un côté tube à travers lequel passe le réfrigérant primaire et un côté chemise à travers lequel passe le réfrigérant secondaire. Un soufflet d'étanchéité 76 est disposé entre l'extrémité inférieure de la structure intégrée de la pompe électromagnétique 73 et de l'échangeur de chaleur intermédiaire 74 et l'extrémité supérieure de la cloison de séparation 65 pour absorber la dilatation ou la contraction d'un réacteur rapide de petite taille en raison de la caler et pour définir le passage 64 du réfrigérant.
Le réacteur de la fig. 1 utilise un combustible nucléaire qui contient du plutonium pour le coeur 61. Au cours du fonctionnement réel du réacteur, le plutonium subit une fission et produit de la chaleur, et simultanément, les neutrons rapides en excès sont absorbés par de l'uranium appauvri, produisant ainsi du plutonium en quantité supérieure à celle qui doit être consommée. Le réflecteur 63 réfléchit des neutrons émis depuis le coeur 61 afin de faciliter ainsi la combustion et la surrégénération du combustible nucléaire dans le coeur 61.
Le réflecteur 63 est progressivement déplacé verticalement en fonction de la progression de la consommation du combustible, tout en maintenant l'état critique du combustible, et ainsi, une nouvelle portion du combustible dans le coeur 61 est alors progressivement consommée, maintenant ainsi la combustion pendant une période prolongée.
En fonctionnement réel, on remplit du sodium liquide en tant réfrigérant primaire dans la cuve de réacteur 66 sous pression, et la chaleur produite dans le coeur 61 est transférée à l'extérieur tout en refroidissant le coeur 61 au moyen du réfrigérant primaire. Le réfrigérant primaire s'écoule de la manière suivante.
Les flèches en trait plein à la fig. 1 représentent la direction d'écoulement du réfrigérant primaire, et comme montré par ses flèches, le réfrigérant primaire se déplace vers le bas sous l'action de la pompe électromagnétique 73 jusqu'au fond de la cuve de réacteur 66 en passant par l'intérieur de l'écran à neutrons 67. Ensuite, le réfrigérant primaire passe par l'intérieur du coeur 61 en direction du haut et entre dans le côté tube de l'échangeur de chaleur intermédiaire 74 à la partie supérieure de la cuve de réacteur 66. Le réfrigérant primaire assure l'échange de chaleur avec le réfrigérant secondaire dans l'échangeur de chaleur intermédiaire 74, puis s'il s'écoule vers l'extérieur et est renvoyé vers le bas par le fonctionnement de la pompe électromagnétique 73.
Le réfrigérant secondaire s'écoule dans le côté chemise de l'échangeur de chaleur intermédiaire 74 à travers une pipe d'entrée 77 et est chauffé par le réfrigérant primaire par le phénomène d'échange de chaleur. Ensuite r le réfrigérant secondaire sort de l'échangeur de chaleur intermédiaire 74 via une pipe de sortie 78 et la chaleur du réfrigérant secondaire est alors convertie en une puissance dynamique pour d'autres utilisations.
En se rapportant à la fig. 2, on notera que dans ce mode de réalisation six tiges d'entraînement 70 sont agencées à des distances égales depuis la partie centrale de l'agencement des tiges d'entraînement. Les chemises intérieure 79 et extérieure 80 de l'échangeur de chaleur intermédiaire 74 sont situées à l'extérieur des tiges d'entraînement 70, et les tubes de transfert de chaleur 81 sont disposés entre ces chemises intérieure 79 et extérieure 80. L'échangeur de chaleur intermédiaire 74 et la pompe électromagnétique 73 sont tous deux suspendus de façon intégrale au moyen d'une enveloppe extérieure 82.
Comme on peut le voir aux figs. 1 et 2, dans ce mode de réalisation, l'échangeur de chaleur intermédiaire 74 a une configuration annulaire et le réflecteur 63 et les tiges d'entraînement 70 sont agencés à l'intérieur de l'échangeur de chaleur intermédiaire 74 dans lequel les tiges d'entraînement 70 sont agencées à des zones écartées de la zone centrale de manière à ne pas interférer avec le coeur 61. En réalité, la partie supérieure du coeur 61 dans la cuve de réacteur 66 est un espace vacant et par conséquent, le coeur 61 peut être échangé pour inspection o pour une autre raison sans enlever la pompe électromagnétique 73 et l'échangeur de chaleur intermédiaire 74.
La fig. 3 montre la vue en coupe transversale du réacteur rapide de la fig. 1 prise suivant la ligne III-III et en considérant la fig. 3, le coeur 61 a une section transversale entièrement circulaire et le fût 62 est disposé à l'extérieur du coeur 61. Le réflecteur annulaire 63 est disposé plus à l'extérieur du fût 62 et suspendu par les tiges d'entraînement 70. La structure formant cloison de séparation 65 est agencée à l'extérieur du réflecteur 63 et une pluralité de nervures 83 sont prévues sur la partie intérieure de la structure de cloison de séparation 65 de manière à se projeter radialement vers l'intérieur du réacteur rapide 60. Ces nervures 83 pénètrent dans le réflecteur 63 et supportent partie périphérique extérieure du fut 62 à leurs parties terminales distales. Le réflecteur 63 est divisé en six tronçons comme montré, qui sont respectivement suspendus par les tiges d'entraînement 70 de manière à être verticalement mobiles sans interférence avec les nervures 83.
Comme montré à la fig. 3, l'écran à neutrons 67 qui a une structure entièrement annulaire est agencé sur une périphérie extérieure de la structure de cloison de séparation 65 de telle manière qu'une pluralité de colonnes 84 sont agencées avec des écartements les unes par rapport aux autres. D'après un tel agencement, le réfrigérant primaire passe à l'intérieur de l'écran à neutrons 67 pour refroidir de manière effective l'organe 67 qui forme l'écran à neutrons.
Ce mode de réalisation de la structure et l'agencement décrit ci-dessus fonctionnera de la manière suivante.
Puisque le réflecteur 63 de ce mode de réalisation est disposé au voisinage proche de la périphérie extérieure du coeur 61, les neutrons peuvent être réfléchis de manière effective, grâce à quoi la consommation et la surrégénération du combustible peuvent être assurées de manière effective, et en fonction de la progression de la consommation du combustible, le réflecteur 63 peut être progressivement déplacé verticalement tout en maintenant l'état critique, de sorte que la nouvelle partie de combustible du coeur 61 est consommée progressivement de facon continue, maintenant la combustion pendant une période prolongée.
L'écran à neutrons 67 intercepte les neutrons qui passent à travers le réflecteur ou le contournent afin de réduire de ce fait la quantité de neutrons émis dans l'espace dans la cuve de réacteur 66 et la structure d'écran. Grâce à ce fait, on peut utiliser de l'acier inoxvdable en tant que matériau de construction pour la cuve de réacteur 66, procurant ainsi un avantage économique. En outre, puisque la chaleur et les gaz tels que de l'argon et de l'azote qui sont activés dans la structure d'écran peuvent être réduits dans leur quantité, l'équipement de refroidissement de la structure d'écran peut être rendu compact et de petite taille, allégeant ainsi des exigences d'étanchéité vis-à-vis de l'argon et de l'azote activés.
En poutre, puisque le réflecteur 63 et l'écran à neutrons 67 sont plongé dans le réfrigérant primaire, la chaleur produite par le réflecteur peut être utilisée de manière effective en tant que puissance pour le réacteur rapide 60, réalisant ainsi un réacteur rapide plus efficace.
En outre, dans ce mode de réalisation, puisque la pompe électromagnétique 73 est disposée du côté aval de l'échangeur de chaleur intermédiaire 74, le réfrigérant primaire entraîné par la pompe électromagnétique 73 a la température la plus basse dans le cycle de circulation du réfrigérant primaire.
Ainsi, les contraintes thermiques qui sont appliquées à la pompe électromagnétique 73 sont très faibles et la pompe électromagnétique 73 présente une excellente durabilité pour une utilisation à long terme, dont résulte la prolongation de la durée de vie du réacteur rapide lui-même.
En outre également, puisque la pompe électromagnétique 73 et les organes associés sont disposés au-dessus du coeur 61 sans interférence avec le coeur, au moment où il faut échanger le codeur, le coeur utilisé 61 peut être sorti de la cuve de réacteur 66 en enlevant le bouchon supérieur 69 et en tirant directement le coeur 61 verticalement en direction du haut jusqu'à l'extérieur. Ceci élimine les opérations d'enlèvement de l'échangeur de chaleur intermédiaire 74 et de la pompe électromagnétique 73, travaux qui ne sont pas négligeables dans des réacteurs rapides de structure conventionnelle, pour l'opération de remplacement du combustible, en évitant ainsi les endommagements ou les ruptures de la pompe électromagnétique 73 ou des autres organes pendant l'opération de remplacement du combustible.
Dans ce mode de réalisation, on notera que le coeur 61, le fût du coeur 62, le réflecteur 63, la structure de cloison de séparation 65, l'écran à neutrons, la cuve de réacteur 66 et la cuve de protection 68 sont agencés respectivement à l'extérieur en écartement de la partie centrale du réacteur rapide 60 et le passage de réfrigérant 64 est formé entre la structure de cloison de séparation 65 et la cuve de réacteur 66, mais comme on peut le comprendre de la description ci dessus, les structures qui suivent tombent sous la portée et l'étendue de la présente invention, c'est-à-dire que la structure selon laquelle le réflecteur 63 est divisé radialement en une pluralité de tronçons de réflecteur et les tronçons de réflecteur divisés sont supportés de façon à être axialement mobiles; la structure dans laquelle l'écran à neutrons 67 est composé d'une pluralité de colonnes ou d'un élément de paroi annulaire multi-structuré présentant des intervalles à travers lesquels passe le réfrigérant primaire; la structure dans laquell la pompe électromagnétique annulaire 73 et l'échangeur de chaleur intermédiaire 74 sont disposés dans la partie supérieure du passage de réfrigérant 64 et le réflecteur 63 est suspendu à l'intérieur de la pompe électromagnétique 73 et l'échangeur de chaleur intermédiaire 74; et la structure dans laquelle la pompe électromagnétique 73 et l'échangeur de chaleur intermédiaire 74 sont formés de manière intégrale avec la structure supérieure du réacteur et le soufflet d'étanchéité 76 est disposé entre l'extrémité inférieure de la structure intégrale et l'extrémité supérieure de la structure de paroi de séparation 65 posée sur la structure inférieure du réacteur.
La fig. 4 est un second mode de réalisation de la présente invention qui est appliqué à un réacteur rapide de petite taille à refroidissement par sodium du type comprenant un réflecteur "à coeur" dont le diamètre équivalent du coeur est environ 83 cm et la longueur effective est environ 400 cm, et on utilise un réflecteur à neutrons réalisé en acier inoxydable qui a une longueur d'environ 170 cm et une épaisseur d'environ 15 cm.
Un coeur 91 est disposé à la partie centrale à l'intérieur de la cuve de réacteur 90 et un écran à neutrons 92 est disposé de manière à entourer la périphérie du coeur 91. L'intérieur de la cuve de réacteur 90 est rempli avec un réfrigérant 93 tel que du sodium liquide.
Le coeur 91 est compose de 13 ensembles de combustibles ayant par exemple une forme hexagonale et un canal non représenté est agence a la partie centrale de l'agencement hexagonal, pour une barre d'absorption de neutrons qui doit être tirée vers le haut pendant une période de fonctionnement pour commander la réactivité du coeur 91, et le coeur 91 est entouré par un fût non représenté.
A l'extérieur de ce fût, une structure de cloison de séparation, non représentée, pour séparer le passage du réfrigérant 93 est agencée écartée à une distance prédéterminée du fût, et une zone 95 pour déplacer le réflecteur à neutrons 94 utilisé pour le fonctionnement du coeur 91 est définie par l'espace entre le fût et la structure de cloison de séparation.
Un absorbeur de neutrons 85 formé par exemple de bore naturel ayant par comparaison avec le réfrigérant 93 une moindre capacité à réfléchir les neutrons, et présentant la même section transversale aue celle du réflecteur à neutrons 94 est disposé au-dessus du réflecteur à neutrons 94 de manière à réaliser une structure continue pour celui-ci. L'absorbeur à neutrons 85 comporte une partie d'extrémité supérieure à laquelle est raccordée une partie d'extrémité inférieure d'une tige d'entraînement 96. Selon cette structure, la tige d'entraînement 96 est déplacée verticalement par le fonctionnement d'un mécanisme d'entraînement 98 et, par conséquent, le réflecteur à neutrons 94 et l'absorbeur 85 sont déplacés ensemble verticalement dans la zone de déplacement 95 entre le fût et la structure de cloison de séparation.
Ce second mode de réalisation fonctionnera de la manière suivante.
Tout d'abord, on décrira le changement de réactivité dans le cas où le réflecteur à neutrons 94 et l'absorbeur à neutrons 85 sont déplacés vers le haut depuis la relation des positions montrées à la fig. 5A jusqu'à celle qui est montrée à la fig. 5B. A ce moment, il est bien entendu naturel que la réactivité soit augmentée par le changement de la relation relative des positions entre le réflecteur à neutrons 94 et le coeur 91, mais le changement de la réactivité est provoqué par le fait qu'une zone entourée par le réfrigérant dans le coeur et une zone entourée par l'absorbeur de neutrons 85 sont différentes l'une de l'autre.
Notamment, en se reportant à la fig. 5A, la périphérie extérieure du coeur 91 est entourée par le réfrigérant 93 au niveau de la zone ayant une longueur L1 et par l'absorbeur à neutrons 85 au niveau de la zone ayant une longueur L2.
D'autre part, en se reportant à la fig. 5B, la périphérie extérieure du coeur 91 est entourée par le réfrigérant 93 au niveau de la zone ayant une longueur L3 et par'l'absorbeur à neutrons 85 au niveau de la zone ayant une longueur L4. De ce fait, dans la relation des positions à la fig. 5B, la zone entourée par le réfrigérant 93 est augmentée d'une zone qui correspond à la longueur a (L3 - L1 = L2 - L4 = a) et la zone entourée par l'absorbeur à neutrons 85 est diminuée par une zone correspondant à la longueur a par comparaison avec la relation des positions de la fig. 5A. Ainsi, la différence entre les propriétés de réflexion des neutrons entre l'absorbeur à neutrons 85 et le réfrigérant 93 dans cette zone de longueur a est ajoutée à la réactivité sur la surface latérale du coeur 91.
La fig. 6 montre un état au début de la vie, dans lequel le réflecteur à neutrons 94 est placé à la partie inférieure du coeur 91. Dans cet état, la périphérie du coeur 91 est entourée par l'absorbeur à neutrons 85, plutôt qe par le réfrigérant 93 qui a une capacité réduite de réflexion des neutrons par comparaison avec le réfrigérant 93, de sorte que la réactivité peut être supprimée jusqu'à une valeur faible par comparaison avec une structure de l'art antérieur dans laquelle le coeur est entouré par le réfrigérant. Ainsi, on peut améliorer l'enrichissement du combustible dans une mesure qui correspond à la réactivité supprimée afin de distribuer grâce à ceci la prolongation de la duré de vie réactive du coeur 91.Dans ce cas, on préfère entourer la périphérie entière du coeur 91 par l'absorbeur à neutrons 85.
La fig. 7 représente un troisième mode de réalisation du réacteur rapide selon la présente invention. En se reportant à la fig. 7, dans ce mode de réalisation, on utilise un état de vide ou un état de remplissage à l'air qui présente une propriété de réflexion des neutrons inférieure à celle du réfrigérant 93 à la place de l'absorbeur à neutrons 85 dans le précédent mode de réalisation. En fait, comme montré à la fig. 7, un espace scellé 87 est défini par un élément 86 en forme de boîte au-dessus du réflecteur à neutrons 94 et cet espace 87 est mis sous vide ou rempli avec du gaz.
Afin de comparer les effets atteints par les structures des deux modes de réalisation ci-dessus avec ceux qu'on atteint avec la structure conventionnelle, les durées de réactivité pour des calculs de combustion des coeurs de ces structures sont montrées dans la table ci-après.
Effets su la durée de réactivité
durée de réactivité Valeur relative
Réfrigérant sur partie supérieure du réflecteur environ 6 ans 1
art antérieur)
Bore naturel
(Second mode de environ 10 ans 1,7 réalisation)
Vide ou gaz
(troisième mode de environ 10 ans 1,7
réalisation)
On notera de cette table que la durée de réactivité du coeur peut être prolongée environ 1,5 fois selon les modes de réalisation de la présente invention, par comparaison avec l'exemple conventionnel.
durée de réactivité Valeur relative
Réfrigérant sur partie supérieure du réflecteur environ 6 ans 1
art antérieur)
Bore naturel
(Second mode de environ 10 ans 1,7 réalisation)
Vide ou gaz
(troisième mode de environ 10 ans 1,7
réalisation)
On notera de cette table que la durée de réactivité du coeur peut être prolongée environ 1,5 fois selon les modes de réalisation de la présente invention, par comparaison avec l'exemple conventionnel.
Dans les modes de réalisation respectifs puisque le réflecteur à neutrons 94 et une substance dont la capacité de réfléchir les neutrons est inférieure à celle du réfrigérant 93 disposé au-dessus du réflecteur 94 sont déplacés verticalement de manière intégrale, il est nécessaire de prévoir un espace pour recevoir la substance au-dessus du coeur 91. Cependant il est difficile de prévoir un tel espace dans l'intérieur exigu de la cuve de réacteur au niveau de la structure du coeur.
La fig. 8 représente un quatrième mode de réalisation qui élimine sensiblement le défaut ci-dessus. Dans ce quatrième mode de réalisation, une boîte guide 88 ayant en section approximativement la forme d'un U avec une ouverture vers le bas et s'étendant sensiblement le long de la totalité de la longueur axiale du coeur 91 est agencée de manière fixe dans une zone de déplacement 95 du côté du coeur 91. La partie d'extrémité supérieure de la boîte guide 88 communique avec un espace de gaz 99 de couverture au-dessus du niveau de réfrigérant 93 à travers un tube de communication 89 et un soufflet d'étanchéité 59 est disposé entre la partie d'extrémité supérieure du réflecteur à neutrons et une partie supérieure de la surface périphérique intérieure de la boîte guide 88.D'après cette structure, le réflecteur à neutrons 94 se déplace verticalement à l'intérieur de la boîte guide 88 et un gaz de couverture est introduit dans l'espace de gaz de couverture 99 au-dessus de la boîte guide 88. Une frontière entre le gaz de couverture introduit et le réfrigérant peut être étanchée au moyen du soufflet d'étanchéité 59.
Une tige d'entraînement 96 est reliée à la partie d'extrémité supérieure du réflecteur à neutrons 94 de manière à s'étendre dans le tube de communication 89. Par exemple, on peut utiliser d'autres moyens d'étanchéité, comme par exemple un anneau métallique, à la place du soufflet d'étanchéité 59.
Dans ce quatrième mode de réalisation, la boîte guide 88 est fixée par rapport au coeur 91, et lorsqu'un volume intérieur de la boîte guide 88 est réduit en fonction du soulèvement du réflecteur à neutrons 94, le réfrigérant 93 est fourni, dans une quantité qui correspond à la réduction du volume dans la boîte guide 88, vers une partie au-dessous du réflecteur à neutrons 94.
La fig. 9 représente un cinquième mode de réalisation du réacteur rapide de la présente invention, qui diffère du quatrième mode de réalisation par une structure telle que le tube de communication 89 s'étend vers le haut plus loin à l'extérieur de la cuve de réacteur 90 à travers un bouchon écran 97 de sorte que le gaz est introduit à l'intérieur de l'espace interne de la boîte guide 88 depuis l'ouverture d'extrémité supérieure du tube de communication prolongé 89 et que le soufflet 59 est supprimé dans ce cinquième mode de réalisation.
D'après le cinquième mode de réalisation, on peut commander une pression à l'intérieur de la boîte guide 88 depuis l'extérieur de la cuve de réacteur 90, et ainsi, on peut ajuster de manière optimale le niveau de la surface du réfrigérant 93 au-dessous du réflecteur à neutrons 94.
La fis. 10 montre un sixième mode de réalisation du réacteur rapide de la présente invention, qui comprend en commun les caractéristiques des quatrième et cinquième modes de réalisation mentionnés ci-dessus. Notamment, dans la structure du sixième mode de réalisation, le tube de communication 88 s'étend vers le haut jusqu'à l'extérieur de la cuve de réacteur 90 à travers le bouchon écran 97 afin d'introduire ainsi le gaz depuis l'extérieur de la cuve de réacteur 90 à l'intérieur de la boîte guide 88, et le soufflet d'étanchéité 59 est disposé entre la partie d'extrémité supérieure du réflecteur à neutrons 94 et la partie supérieure de la surface périphérique intérieure de la boîte guide 88 afin d'étancher de cette manière la frontière entre le gaz introduit depuis l'extérieur dans la boîte guide 88 et le soufflet 59.
La fig. il montre une structure du réacteur rapide selon un septième mode de réalisation de la présente invention, dans lequel un réacteur rapide 100 est pourvu d'une cuve de réacteur 101 dans laquelle est logée un coeur. Une cuve de confinement 102 pour le réacteur est formée sensiblement entièrement de ciment pour définir un espace intérieur, lequel définit une chambre 103 de cuve de réacteur dans laquelle le corps de la cuve de réacteur 101 est reçu et une chambre supérieure de réacteur 105 dans laquelle est logé un dôme de confinement 104 qui couvre la partie supérieure de la cuve de réacteur 101.Une partie en gradin est formée à une zone frontière entre la chambre superieure de réacteur 105 et la chambre de cuve de réacteur 103, la zone en gradin constituant une partie de support pour le coeur, pour supporter la cuve de réacteur 101. La cuve de réacteur 101 est fixée sur un anneau de support 107 pour le réacteur, fixé sur la partie de support du réacteur ou structure 106, de manière à pouvoir se dilater et se contracter thermiquement verticalement, lorsque considéré dans une condition installée, l'anneau de support 107 du réacteur étant situé au centre.
A l'intérieur de la structure de paroi en ciment de la cuve de confinement 102 du réacteur, sont disposés un conduit d'alimentation en air 108 qui communique avec la partie supérieure de la chambre supérieure du coeur 105 et un conduit d'évacuation 109 qui communique avec la partie supérieure de la chambre de la cuve de réacteur 103. Un cvlindre de refroidissement 110 pour l'air de la cuve de réacteur est agencé de manière à entourer la paroi périphérique extérieure de la cuve de réacteur 101 avec un intervalle vis-à-vis de celle-ci. Le cylindre de refroidissement d'air 110 comporte une partie d'extrémité supérieure raccordée à la partie supérieure de la cuve de réacteur 101 et une partie d'extrémité inférieure qui s'ouvre vers l'espace inférieur de la chambre de la cuve de réacteur 103.Comme clairement montré à la fig. 12, vers une partie supérieure du cvlindre de refroidissement d'air 110 pour la cuve de réacteur est disposé un soufflet d'évacuation 111 dont une extrémité est raccordée au conduit d'évacuation 109 et l'autre extrémité communique avec l'espace intérieur du cylindre de refroidissemeitt 110 pour la cuve de réacteur. En te, commue montré à la fig. 12, l'anneau de support 107 du réacteur est formé avec une partie cylindrique 107a ayant une hauteur prédéterminée et la partie cylindrique 107a est poinconnée avec une pluralité de trous traversants 112 à travers s' écoule de l'air.
Le septième mode de réalisation avant la structure décrite ci-dessus et montrée dans les fig. ll et 12 fonctionne de la manière suivante.
Le réacteur rapide 100 de ce mode de réalisation contient un coeur, non représenté, composé d'une pluralité d'ensembles de combustibles. De la chaleur est produite par fission du combustible dans le coeur et la chaleur est transmise à l'extérieur par échange de chaleur entre le réfrigérant primaire et le réfrigérant secondaire afin de convertir de ce fait la chaleur en puissance dynamique. Ainsi, au cours du fonctionnement o de la marche du coeur, la cuve de réacteur 101 est fortement chauffée il est par conséquent nécessaire de refroidir continuellement la cuve de réacteur 101. Les flèches aux figs. ll et 12 montrent la direction d'écoulement de l'air de refroidissement.Comme montré à la fig. 11, l'air de refroidissement s'écoule dans la chambre supérieure de réacteur 105 depuis le conduit d'alimentation en air 108 à travers un filtre 113, puis s'écoule dans la chambre 103 de la cuve de réacteur à travers les trous traversants 112 de l'anneau de support 107 du réacteur, puis remonte dans un passade d'air entre le cylindre de refroidissement 110 pour la cuve de réacteur et la cuve de réacteur 101, puis il est évacué dans un espace externe à travers le soufflet d'évacuation 111 et le conduit d'évacuation 109. On peut effectuer un tel écoulement d'air par combinaison d'un écoulement forcé et d'un écoulement d'air naturel.
Dans un tel fonctionnement7 l'espace défini entre l'extérieur du cylindre de refroidissement 110 pour l'air de la cuve de réacteur et la paroi intérieure de la chambre 103 de cuve de réacteur constitue un passage d'air à basse température L et l'espace défini par l'intérieur du cylindre de refroidissement 110 pour l'air de la cuve de réacteur et l'extérieur de la cuve de réacteur 101 constitue un passage d'air à haute température H. L'air de refroidissement s' écoule dans le passage d'air à basse température L de la chambre 103 tout en refroidissant la partie de support du réacteur 106 après avoir passé la chambre supérieure du réacteur 105.Dans le passage d'air à basse température L, l'air s' écoule tout en interrompant le transfert de chaleur entre la surface de la paroi de la chambre 103 de la cuve de réacteur et le passage d'air à haute température H. Ensuite, l'air s' écoule dans le passage à haute température H à travers la partie d'extrémité inférieure du cylindre de refroidissement 110 pour l'air de la cuve de réacteur et remonte dans le passage d'air à haute température H tout en refroidissant la cuve de réacteur 101. L'air à haute température qui atteint une partie d'échappement d'air Ha à la partie d'extrémité supérieure du passage d'air à haute température H est évacué vers le conduit d'évacuation 109 à travers le soufflet d'évacuation 111 sans avoir un effet thermique sur l'anneau de support du réacteur 107 et la partie de support 106.
D'après le trajet d'écoulement d'air décrit ci-dessus, la partie de support de réacteur 106 et l'anneau de support de réacteur 107 sont situés vers une partie d'introduction d'air
La du passage d'air à basse température L afin d'être de ce fait toujours refroidis par l'air à basse température, et après terminaison du refroidissement, l'air à haute température est évacué sans chauffer la partie de support de réacteur 106 et l'anneau de support de réacteur 107, de sorte que la partie de support de réacteur 106 peut être sûrement maintenue à une basse température, améliorant ainsi la sécurité et la fiabilité du réacteur.En outre, puisqu'il n'est pas nécessaire d'installer des équipements spécifiques ou des matériaux d'isolation thermique, comme par exemple une unité de refroidissement locale afin de refroidir localement la partie de support de réacteur 106, on peut réaliser un réacteur rapide 100 présentant une structure simple.
La du passage d'air à basse température L afin d'être de ce fait toujours refroidis par l'air à basse température, et après terminaison du refroidissement, l'air à haute température est évacué sans chauffer la partie de support de réacteur 106 et l'anneau de support de réacteur 107, de sorte que la partie de support de réacteur 106 peut être sûrement maintenue à une basse température, améliorant ainsi la sécurité et la fiabilité du réacteur.En outre, puisqu'il n'est pas nécessaire d'installer des équipements spécifiques ou des matériaux d'isolation thermique, comme par exemple une unité de refroidissement locale afin de refroidir localement la partie de support de réacteur 106, on peut réaliser un réacteur rapide 100 présentant une structure simple.
En outre, on notera que la conception de base de la présente invention réside dans le fait que les passages d'air à haute température et à basse température sont formés à l'intérieur et à l'extérieur du cylindre de refroidissement pour l'air de la cuve de réacteur, que la partie de support de réacteur est disposée dans la partie d'entrée d'air du passage d'air à basse température et que les moyens d'évacuation d'air pour évacuer l'air à haute température sont disposés à la partie terminale du passage d'air à haute température, et ainsi, les emplacements ou positions du conduit d'alimentation d'air et du conduit d'évacuation et la structure concrète ne sont pas limités aux modes de réalisation décrits ci-dessus.Un huitième mode de réalisation de la présente invention dans lequel le conduit d'alimentation en air est relié au perçage traversant de l'anneau de support de réacteur sera décrit cidessous en se référant à la fig. 13.
En se reportant à la fig. 13, le conduit d'alimentation en air est directement raccordé au percage traversant de l'anneau de support de réacteur et on a attribué les mêmes chiffres de référence aux éléments ou organes qui correspondent à ceux de la fig. 11, et on omettra ici leur description détaillée. Dans le mode de réalisation de la fig.
13, l'anneau de support de réacteur 114 est noyé dans le ciment de la cuve de confinement 102 du réacteur dans une partie située au-dessus de la chambre 103 de la cuve de réacteur, et un trou d'introduction d'air 115 est formé dans une partie prédéterminée d'un tronçon cylindrique 114a de l'anneau de support du réacteur 114. Un conduit d'alimentation en air 116 est formé dans la structure de paroi du ciment d'une manière telle qu'une sortie du conduit d'alimentation d'air 116 est alignée avec le perçage traversant 115.
Selon ce mode de réalisation, puisque l'air de refroidissement refroidit tout d'abord, sans être chauffé, l'anneau de support de réacteur 114, la partie de support de réacteur 106 peut être effectivement maintenue avec sa basse température grâce à la bonne propriété de radiation thermique du métal de l'anneau de support de réacteur 114.
Les figs. 14 à 16 représentent un mécanisme d'entraînement pour une barre d'absorption de neutrons qui présente une structure à haute sécurité dans laquelle une barre d'absorption de neutrons n'est pas attirée vers une barre support au moyen d'un électro-aimant jusqu'au moment où la température du réfrigérant atteint une température prédéterminée, comme par exemple 3500C et, par conséquent, on empêche que la barre d'absorption de neutrons ne soit extraite par erreur hors du coeur dans une plage de température présentant une réactivité par compensation de température.
La barre d'absorption de neutrons 120 comporte une partie d'extrémité supérieure reliée à la barre support 121 au moyen de l'électro-aimant 124 et elle s'étend axialement perpendiculairement de manière à être introduite dans la partie centrale du coeur 61.
La barre d'absorption de neutrons 120 est introduite dans le coeur 61 pendant les périodes d'arrêt du réacteur, mais elle doit être extraite hors de celui-ci pendant les périodes de fonctionnement du réacteur. Cependant, du fait que la réactivité par compensation de température est importante jusqu'au moment où le réfrigérant est préchauffé jusqu'à la température de 3500C, il est nécessaire de construire la barre d'absorption de neutrons 120 de manière à ne pas être extraite hors du coeur 61. Notamment, jusqu'au moment où la température s'élève lusqu'à 3500C, la barre d'absorption des neutrons 120 doit être construite de manière à ne pas être attirée vers la barre de retenue 121 au moyen de 1'électroaimant 124.
Comme montré à la fig. 14, la barre de retenue 121 est agencée au-dessus de la barre d'absorption des neutrons 120, et l'électro-aimant composé d'un bobinage 122 et d'un noyau en fer 123 est fixé à la partie d'extrémité inférieure de la barre de retenue 121. Un guide 125 est formé pour ces éléments de manière à pénétrer axialement la barre de retenue 121 et l'électro-aimant 124 afin de positionner ces éléments.
La partie d'extrémité inférieure du guide 125 est formée avec une section effilée de manière à venir en butée contre un évidement formé à la surface d'extrémité supérieure de la barre d'absorption des neutrons 120.
Dans le mode de réalisation décrit, le coefficient d'expansion thermique de la barre de retenue 121 est choisi plus important que celui du guide 125 de sorte que la distance entre l'extrémité inférieure de l'électro-aimant 124 et l'extrémité inférieure du guide 125 est rendue petite, par comparaison avec la durée de la période d'arrêt à basse température (2000C), lorsque la température du réfrigérant atteint 3500C au moment du début du fonctionnement du réacteur. On réalise la différence entre les coefficients de dilatation thermique en changeant la matière de la barre de retenue 121 par rapport à celle du guide 125. Dans un exemple, la barre de retenue 121 sera réalisée en acier inoxydable et le guide 125 sera réalisé en Md.9Cr-lMo.
D'après une telle structure, la barre d'absorption des neutrons 120 n'est pas attirée vers l'électro-aimant 124 jusqu'au moment où la température du réfrigérant atteint 350"C à partir de 2000C, en période d'arrêt, et lorsqu'elle atteint 3500C, la barre d'absorption des neutrons 120 est attirée vers l'électro-aimant 124. Ce fait sera expliqué cidessous en relation avec le fonctionnement réel.
Notamment, en supposant que la largeur limite d'absorption de l'électro-aimant est a (mm), la distance depuis l'extrémité inférieure de l'électro-aimant 124 jusqu'à l'extrémité inférieure 125 à une certaine température étant X (mm) et la hauteur de l'évidement dans la surface supérieure de la barre d'absorption de neutrons 120 étant h (mm) r au cas où la condition de l'équation (1) suivante est satisfaite, la barre 120 d'absorption des neutrons ne sera jamais attirée pas l'électro-aimant 124.
X - H > a ------------ (1)
Lorsque la température du réfrigérant atteint 3500C, la barre d'absorption des neutrons 120 est attirée par l'électroaimant 124, de sorte que la distance X1 depuis l'extrémité inférieure de l'électro-aimant 124 jusqu'à l'extrémité inférieure du guide 125 satisfait l'équation suivante (2) comme montré à la fig. 16.
Lorsque la température du réfrigérant atteint 3500C, la barre d'absorption des neutrons 120 est attirée par l'électroaimant 124, de sorte que la distance X1 depuis l'extrémité inférieure de l'électro-aimant 124 jusqu'à l'extrémité inférieure du guide 125 satisfait l'équation suivante (2) comme montré à la fig. 16.
X1 = h + ------------- (2)
En supposant que la distance depuis l'extrémité inférieure de l'électro-élément 124 jusqu'à l'extrémité inférieure du guide 125 à la température de 2000C est X0 (mm) et en supposant que la distance X0 (mm) varie jusqu'à la distance X1 (mm) jusqu'au moment où la température du réfrigérant augmente depuis 2000C jusqu'à 3500C , la différence d (mm) des valeurs de dilatation thermique entre la barre de maintien 121 et le guide 125 est exprimée sous la forme de l'équation suivante (3).
En supposant que la distance depuis l'extrémité inférieure de l'électro-élément 124 jusqu'à l'extrémité inférieure du guide 125 à la température de 2000C est X0 (mm) et en supposant que la distance X0 (mm) varie jusqu'à la distance X1 (mm) jusqu'au moment où la température du réfrigérant augmente depuis 2000C jusqu'à 3500C , la différence d (mm) des valeurs de dilatation thermique entre la barre de maintien 121 et le guide 125 est exprimée sous la forme de l'équation suivante (3).
d = X0 - X1 --------- (3)
Ainsi, comme montré à la fig. 14, la distance XO depuis l'extrémité inférieure de l'électro-aimant 124 jusqu'à l'extrémité inférieure du guide 125 pendant la période d'arrêt à basse température (2000C) est exprimée sous la forme de l'équation suivante (4).
Ainsi, comme montré à la fig. 14, la distance XO depuis l'extrémité inférieure de l'électro-aimant 124 jusqu'à l'extrémité inférieure du guide 125 pendant la période d'arrêt à basse température (2000C) est exprimée sous la forme de l'équation suivante (4).
X0 = X1 + d = h + a + d ---------(4)
D'après la structure présentant les relations de positions décrites ci-dessus, la barre d'absorption des neutrons 120 n'est jamais attirée par l'électro-aimant 124 jusqu'au moment où la température partant de 2000C (période d'arrêt à basse température) atteint 3500C, comme montré à la fig. 14.
D'après la structure présentant les relations de positions décrites ci-dessus, la barre d'absorption des neutrons 120 n'est jamais attirée par l'électro-aimant 124 jusqu'au moment où la température partant de 2000C (période d'arrêt à basse température) atteint 3500C, comme montré à la fig. 14.
Lorsqu'on atteint 3500C, comme montré à la fig. 16, la distance entre l'extrémité inférieure de l'électro-aimant 124 et la surface supérieure de la barre d'absorption des neutrons 120 devient a (mm) ce qui est la largeur limite d'absorption, et lorsque la température du réfrigérant devient supérieure à 3500C, comme montré à la fig. 15, l'électro-aimant 124 attire la barre d'absorption des neutrons 120.
La caractéristique de structure ci-dessus sera expliquée en détail à l'aide de chiffres concrets.
La barre de retenue 121 réalisée en acier inoxydable a un coefficient de dilatation thermique de 18 x 10-6 mm/mm/oC (3500C) et le guide 125 réalisé en Md.9Cr-lMo a un coefficient de dilatation thermique de 12 x 10-6 mm/mm/oC (3500C). La barre de retenue 121 utilisée pour une cuve de réacteur du type allongée en direction verticale a une longueur d'environ 10m, par conséquent, lorsque la température du réfrigérant augmente de 2000C à 3500C, la différence d(mm) due à la dilatation thermique est exprimée comme suit.
d=(18-12)x10- 6 (mm/mm/0C)x(350-200) (0C)x10000(mm)=9(mm) ---(5)
Par conséquent, dans le cas où la température du réfrigérant est à 2000C (période d'arrêt à basse température), la distance X0 depuis l'extrémité inférieure de l'électro-aimant 124 jusqu'à l'extrémité inférieure du guide 125 est exprimée sous la forme de l'équation (6).
Par conséquent, dans le cas où la température du réfrigérant est à 2000C (période d'arrêt à basse température), la distance X0 depuis l'extrémité inférieure de l'électro-aimant 124 jusqu'à l'extrémité inférieure du guide 125 est exprimée sous la forme de l'équation (6).
X0 = h + a + d = h + a +9(mm) -------- (6)
Par conséquent, dans le présent mode de réalisation, la distance entre l'extrémité inférieure de l'électro-aimant 124 et l'extrémité supérieure de la barre d'absorption des neutrons 120, pendant la période d'arrêt à basse température, est fixée à une distance obtenue en additionnant la largeur limite d'absorption a(mm) de l'électro-aimant 124 à la différence due à la dilatation thermique entre la tige de retenue 121 et le guide 125. A cause de cette raison, pendant la période d'arrêt à basse température, l'électro-aimant 124 n'attire pas la barre d'absorption des neutrons 120, et ainsi, même si la barre de retenue 121 est déplacée vers le haut par erreur, la barre d'absorption des neutrons n'est jamais extraite hors du coeur.Par conséquent, la barre d'absorption des neutrons n'est également jamais extraite par erreur hors du coeur dans la plage de température où la réactivité par compensation de température est importante, améliorant ainsi la sécurité du réacteur. En outre, ce fonctionnement avec compensation de sécurité est assuré en utilisant les caractéristiques naturelles, sans dépendre d'aucune opération mecanique, procurant ainsi une fiabilité plus importante.
Par conséquent, dans le présent mode de réalisation, la distance entre l'extrémité inférieure de l'électro-aimant 124 et l'extrémité supérieure de la barre d'absorption des neutrons 120, pendant la période d'arrêt à basse température, est fixée à une distance obtenue en additionnant la largeur limite d'absorption a(mm) de l'électro-aimant 124 à la différence due à la dilatation thermique entre la tige de retenue 121 et le guide 125. A cause de cette raison, pendant la période d'arrêt à basse température, l'électro-aimant 124 n'attire pas la barre d'absorption des neutrons 120, et ainsi, même si la barre de retenue 121 est déplacée vers le haut par erreur, la barre d'absorption des neutrons n'est jamais extraite hors du coeur.Par conséquent, la barre d'absorption des neutrons n'est également jamais extraite par erreur hors du coeur dans la plage de température où la réactivité par compensation de température est importante, améliorant ainsi la sécurité du réacteur. En outre, ce fonctionnement avec compensation de sécurité est assuré en utilisant les caractéristiques naturelles, sans dépendre d'aucune opération mecanique, procurant ainsi une fiabilité plus importante.
En outre, on notera que la présente invention n' est pas limitée aux modes de réalisation décrits et que l'on peut y apporter de nombreux autres changements ou modifications. En particulier, les substances de la barre de maintien pour la barre d'absorption des neutrons et le guide ne sont pas limitées à celles qui ont été décrites ci-dessus. Par exemple, la substance du guide 125 peut être remplacée par de l'acier ferritique qui a un coefficient de dilatation de Ilxl0-6mm/mmoC (3500C) pratiquement égal à celui du Md.9Cr
Mo, et on peut s'attendre ainsi sensiblement aux mêmes effets.
Mo, et on peut s'attendre ainsi sensiblement aux mêmes effets.
La fig. 17 montre un agencement d'une centrale d'énergie nucléaire avant un générateur de vapeur et capable de commander grossièrement la régulation de puissance d'un réacteur rapide en déplaçant un réflecteur à neutrons agencé de manière à entourer la périphérie extérieure du coeur et capable de commander de manière fine la puissance du réacteur rapide en régulant le débit d'alimentation en eau vers le générateur de vapeur.
En se référant à la fig. 17, la centrale d'énergie 130 est pourvue d'un réacteur rapide 131 dans lequel est logé un coeur 132. Un réflecteur 133 destiné à maintenir une réaction de fission en chaîne dans le coeur 132 en réfléchissant les flux de neutrons émis depuis le coeur 132 est disposé de manière à entourer la périphérie extérieure du coeur 132. Le réflecteur 133 est entraîné en déplacement vertical au moyen d'un mécanisme d'entraînement 134 pour le réflecteur. Le mécanisme d'entraînement 134 est alimenté par un générateur 135 de la centrale 130 de manière à déplacer le réflecteur vers le haut 133 à une vitesse de déplacement prédéterminée pendant les périodes de fonctionnement de la centrale, assurant ainsi la régulation grossière de la puissance de la centrale 130.
Pendant la période de fonctionnement de la centrale d'énergie, le sodium liquide qui constitue un réfrigérant primaire remplit l'intérieur du réacteur rapide 131 ainsi que le coeur 132, et le réfrigérant primaire est réchauffé par la réaction de fission en chaîne du coeur 132 et est alimenté vers un échangeur de chaleur intermédiaire 137 à travers une ligne côté haute température 136 pour le réfrigérant primaire. Dans l'échangeur de chaleur intermédiaire 137, le réfrigérant primaire procède à un échange de chaleur avec un réfrigérant secondaire tel que du sodium liquide qui traverse l'échangeur de chaleur intermédiaire 137, le second réfrigérant étant ainsi réchauffé par le phénomène d'échange de chaleur. Le réfrigérant primaire à basse température après échange thermique circule à nouveau dans le réacteur rapide 131 à travers la ligne côté basse température 138 pour le réfrigérant primaire. Cette circulation du réfrigérant primaire est assurée par le fonctionnement d'une pompe de circulation 139 pour le réfrigérant primaire.
Le réfrigérant secondaire chauffé par le réfrigérant primaire dans l'échangeur de chaleur intermédiaire 137 est alimenté dans un générateur de vapeur 141, qui sert d'échangeur de chaleur de puissance, à travers une ligne côté haute température 140 pour le réfrigérant secondaire, afin de réchauffer de ce fait l'eau alimentée dans le générateur de vapeur 141. Le réfrigérant secondaire à basse température après l'échange de chaleur dans le générateur de vapeur 141 circule à nouveau vers l'échangeur de chaleur intermédiaire 137 à travers une ligne côté basse température 142 pour le réfrigérant secondaire. Cette circulation du réfrigérant secondaire est assurée par le fonctionnement d'une pompe de circulation 143 pour le réfrigérant secondaire.
L'eau à haute température après échange de chaleur le générateur de vapeur 141 passe à l'état de vapeur qui est alors alimentée dans une turbine 145 via une ligne de vapeur 144, et elle est utilisée pour entraîner la turbine 145.
L'alimentation en eau vers le générateur de vapeur 141 est assurée au moyen d'une pompe d'alimentation d'eau 146 via une ligne d'alimentation en eau 146a et le débit d'alimentation d'eau est ajusté au moyen d'une valve de régulation de débit 147.
La centrale d'énergie nucléaire de la fig. 17 comporte un système ou une unité de commande avant la structure décrite ci-après et on décrit également ci-après un procédé de commande pour celle-ci.
Une puissance approximative de. la centrale d'énergie 130 de ce mode de réalisation est fixée par la vitesse de montée du réflecteur 133 au moyen du générateur 135, et la régulation fine de la valeur de puissance fixée dans la centrale 130 est assurée par un système ou une unité de commande 148 pour la centrale.L'unité de commande 148 reçoit en entrée une température de vapeur Ts à une zone de sortie du générateur de vapeur détectée par un détecteur de température 149, un débit de vapeur Gs dans la zone de sortie du générateur de vapeur, détecté par un détecteur de débit 150, une pression de vapeur Ps dans la zone de sortie du générateur de vapeur, détectée par un détecteur de pression 151, un débit d'alimentation en eau Gw détecté par un détecteur de débit d'alimentation en eau 152 et une valeur de puissance fixée Wd fixée par une unité de fixation de puissance 153; l'unité de commande calcule une valeur de réglage relative au débit d'alimentation en eau Gw et transmet alors un signal de degré d'ouverture à la valve de régulation 147 du débit d'alimentation en eau.L'ajustement fin de la puissance du réacteur rapide 131 peut être effectué en ajustant le débit d'alimentation en eau vers le générateur de vapeur 141, à travers le réfrigérant secondaire, l'échangeur de chaleur intermédiaire 137 et le réfrigérant primaire.
La fig. 18 montre l'agencement de l'unité de commande 148, pour la centrale, qui est composée d'un étage de calcul de puissance thermique 148a, un étage de commande de la puissance thermique 148b et un étage de commande de débit 148c.
L'étage de calcul de puissance thermique 148a calcule la puissance thermique Ws du générateur de vapeur 141 en réponse aux signaux entrés qui représentent la température de vapeur
Ts, la pression de vapeur Ps et le débit de vapeur Gs.
Ts, la pression de vapeur Ps et le débit de vapeur Gs.
L'étage de commande de puissance thermique 148b procède à un calcul linéaire par rapport à une déviation (Wd - Ws) entre la valeur de puissance fixée Wd depuis l'unité de fixation de puissance 153 en tant que valeur cible de commande pour la puissance thermique du générateur de vapeur 141 et la puissance thermique Ws du générateur de vapeur provenant de l'étage de calcul thermique 148a, et fixe alors un signal de débit d'alimentation en eau Gd vers le générateur de vapeur 141.
L'étage de commande de débit 148c reçoit en entrée un débit d'alimentation en eau Gw et procède à un calcul linéaire par rapport à une déviation (Gd - Gw) entre le débit d'alimentation en eau Gw et le signal de débit d'alimentation en eau Gd, ce par quoi un signal Zd représentant le degré d'ouverture de la valve de régulation du débit d'alimentation en eau est alors transmis à la valve de régulation 147 pour le débit d'alimentation en eau.
Les traitements sont effectués dans les étages respectifs de commande et de calcul de l'unité de la centrale 148 de la manière suivante.
La fig. 19 est un diagramme montrant les opérations dans l'étage de calcul de puissance thermique 148a. A l'opération 161, la température de vapeur Ts, la pression de vapeur Ps et le débit de vapeur Gs sont entrés dans l'étage de calcul de puissance thermique 148a. L'opération suivante 162, on calcule à partir de la température de vapeur Ts et la pression de vapeur Ps une enthalpie de vapeur Hs à la sortie du générateur de vapeur. A l'opération 163 on calcule une croissance de l'enthalpie Hi dans le générateur de vapeur 141 par soustraction d'une enthalpie prédéterminée Hw de l'eau alimentée pendant la période de fonctionnement en puissance.
Pendant l'opération 164, on calcule la puissance thermique Ws du générateur de vapeur 141 par le produit de l'augmentation d'enthalpie Hi et le débit de vapeur Gs.
La fig. 20 est un diagramme montrant les opérations dans l'étage de commande thermique 148b. A l'opération 171 la valeur de puissance fixée Wd par l'unité de fixation de puissance 153, en tant que valeur cible de commande du générateur de vapeur 141, et la puissance thermique Ws calculée par l'étage de calcul de puissance thermique 148a sont entrées dans l'étage de commande de puissance thermique 148b. Au cours de l'opération suivante 172, on calcule une déviation (Wd - Ws) entre la valeur de puissance fixée Wd et la puissance Ws du générateur de vapeur 141. En ce qui concerne cette déviation, on procède à un calcul linéaire, tel qu'un calcul proportionnel, intégral ou différentiel et le signal de débit d'alimentation en eau Gd est fixé de façon correspondante.
La fig. 21 est un diagramme montrant les opérations dans l'étage de commande de débit 148c. A l'opération 181, le débit d'alimentation en eau Gw détecté par le détecteur de débit d'alimentation 152 et le signal de débit d'alimentation en eau Gw fixé par l'étage de commande de puissance thermique 148b sont entrés dans l'étage de commande de débit 148c. Au cours de l'opération suivante 182, on calcule la déviation
(Gd - Gw) entre le débit d'alimentation en eau Gw et le signal de débit d'alimentation Gd, et en ce qui concerne cette déviation, on procède à un calcul linéaire, tel qu'un calcul proportionnel, intégral ou différentiel, obtenant ainsi le signal Zd pour le degré d'ouverture de la valve de régulation du débit d'alimentation. Ce signal Zd est transmis à la valve de régulation 147 pour le débit d'alimentation en eau.
(Gd - Gw) entre le débit d'alimentation en eau Gw et le signal de débit d'alimentation Gd, et en ce qui concerne cette déviation, on procède à un calcul linéaire, tel qu'un calcul proportionnel, intégral ou différentiel, obtenant ainsi le signal Zd pour le degré d'ouverture de la valve de régulation du débit d'alimentation. Ce signal Zd est transmis à la valve de régulation 147 pour le débit d'alimentation en eau.
Ce mode de réalisation fonctionne de la manière suivante.
D'après ce mode de réalisation, la puissance du réacteur rapide 131 est pratiquement commandée par la vitesse de montée du réflecteur 133 entraîné directement par la puissance du générateur 135, et en fonction de ce fait, on peut empêcher un accident tel qu'une montée excessive du réflecteur 133 en raison d'un défaut ou d'une opération erronnée du mécanisme de commande pour entraîner le réflecteur 133 et l'application d'une réaction excessive. En outre, la structure du mécanisme d'entraînement et du circuit de commande pour piloter le réflecteur 133 peut être simplifiée, dont résulte la réalisation d'une structure compacte pour la centrale d'énergie nucléaire elle-même.
En outre, dans ce mode de réalisation, le réglage fin de la puissance du réacteur rapide 131 peut être effectuée en commandant le débit d'alimentation en eau Gw pour le générateur de vapeur 141. La commande du débit d'alimentatioii en eau Gw affecte la température du réfrigérant secondaire du côté de la sortie du générateur de vapeur 141 du fait de l'échange de chaleur dans le générateur de vapeur 141, et affecte en outre la température du réfrigérant primaire du côté entrée du réacteur rapide 131 via le réfrigérant secondaire et l'échangeur de chaleur intermédiaire 137. La température du réfrigérant primaire du côté entrée du réacteur rapide 131 affecte la réaction en chaîne du coeur 132 du réacteur rapide 131. En fonction de ce résultat, la puissance du réacteur rapide 131 est automatiquement amenée à une valeur qui correspond à la puissance du générateur de vapeur 141.Par exemple, lorsque la valeur fixée de la puissance thermique du générateur 141 est augmentée de 10% de la valeur de la puissance nominale, on commande le débit d'alimentation en eau Gw de manière à ce qu'il augmente. Par conséquent, la température du réfrigérant secondaire du côté sortie du générateur de vapeur 141 diminue et par conséquent la température du réfrigérant primaire du côté entrée du réacteur rapide 131 diminue également via le réfrigérant secondaire, l'échangeur de chaleur intermédiaire et le réfrigérant primaire. Suivant ce résultat, une réactivité positive est appliquée au coeur 132 en raison de l'effet de rétroaction en température, la puissance thermique du réacteur rapide 131 augmente et la valeur fixée de la puissance thermique est ajustée à une valeur augmentée de 10% de la valeur nominale, qui correspond à la puissance thermique du générateur de vapeur 141.
Comme décrit ci-dessus, d'après ce mode de réalisation de la présente invention, puisque la puissance du réacteur rapide 131 peut être ajustée à une valeur qui correspond à la valeur fixée de la puissance thermique du générateur de vapeur 131 en commandant uniquement le débit d'alimentation en eau Gw sans faire fonctionner la barre de commande, même dans le cas d'une défaillance de l'unité de commande 148 pour la centrale, on empêche une extraction par erreur de la barre de commande pour appliquer la réactivité au coeur, grâce à quoi la centrale nucléaire peut être exploitée de manière sûre et stable.
Un autre mode de réalisation de la centrale d'énergie nucléaire de la présente invention sera décrite ci-après en se référant à la fig. 22, dans laquelle on a affecté les mêmes chiffres de référence aux éléments ou aux unités qui correspondent à ceux du précédent mode de réalisation de la fig. 17.
En se reportant à la fig. 22, un réacteur rapide 154 contient un coeur 155 disposé à la partie inférieure intérieure du réacteur rapide 154. Un réflecteur 156 est agencé de manière à entourer la périphérie extérieure du coeur 155 et un échangeur de chaleur intermédiaire 157 est disposé à une partie supérieure intérieure du réacteur rapide 154. Le réflecteur 156 est entraîné verticalement, tel qu'observé, au moyen d'un mécanisme d'entraînement non représenté. Un réfrigérant primaire remplit l'intérieur du réacteur rapide 154 et il est mis en circulation par une pompe de circulation 139a de réfrigérant primaire de manière à traverser l'échangeur de chaleur intermédiaire 157 à travers lequel passe également un réfrigérant secondaire pour produire l'opération d'échange de chaleur avec le réfrigérant primaire dans cet échangeur.Le réfrigérant secondaire est mis en circulation par une pompe de circulation 143 pour le réfrigérant secondaire et circule entre l'échangeur de chaleur intermédiaire 157 et le générateur de vapeur 141.
L'eau alimentée chauffée par l'échange de chaleur dans le générateur de vapeur 141 passe à l'état de vapeur, qui est alors alimentée vers la turbine 145 via la ligne de vapeur 144 afin d'entraîner ainsi la turbine 145.
Dans ce mode de réalisation, la vitesse de rotation de la turbine 145 est régulée à une vitesse prédéterminée (nombre de tours par minute) au moyen d'un régulateur de vapeur principal 158 et la pression de vapeur principale est commandée à une pression prédéterminée au moyen d'une valve de bypass 159 de la turbine. La vapeur qui entralne la turbine 145 et la vapeur by-passée sont condensées en eau au moyen d'un condenseur 160, et elle est ensuite recirculée par la pompe d'alimentation en eau 146, et le débit d'alimentation en eau Gw est régulé par la valve de régulation 147 du débit d'alimentation en eau.
La commande de puissance du réacteur rapide 154 au moment du début du fonctionnement de la centrale d'énergie sera expliquée en se référant au diagramme de la fig. 23.
En se référant à la fig. 23, à l'opération 191 on calcule la puissance thermique Ws du générateur de vapeur 141 au moyen de l'étage de calcul de puissance thermique 148a, à l'opération suivante 192, on saisit la valeur de puissance Wd fixée par l'étage de commande puissance thermique 148b afin d'obtenir la déviation par rapport à la puissance thermique
Ws. Au moment du début du fonctionnement, puisque la valeur de puissance fixée Wd entrée dans l'étage de commande thermique 148b croît à une vitesse de variation constante, une déviation (Wd - Ws) est toujours provoquée entre la valeur de puissance fixée Wd et la puissance thermique calculée par l'étage de calcul de puissance thermique 148a.A l'opération 193, on effectue un calcul linéaire pour cette déviation (Wd - Ws) et on fixe le signal Gd du débit d'alimentation en eau de manière à augmenter la puissance thermique du générateur de vapeur 141. A l'opération 194, on entre le signal Gd du débit d'alimentation en eau et le débit
Gw d'alimentation en eau dans l'étage de commande de débit 148c.A l'opération 195, on obtient au moyen de l'étage de commande de débit 148c la déviation (Gd - Gw) entre le signal de débit d'alimentation en eau Gd et le débit d'alimentation en eau Gw, et en ce qui concerne cette déviation, on effectue un calcul linéaire tel qu'un calcul proportionnel intégral ou différentiel, grâce à quoi on obtient le signal Zd du degré d'ouverture pour la valve de régulation du débit d'alimentation en eau de manière à augmenter le débit d'alimentation en eau Gw. A l'opération 196, on compare la valeur de puissance fixée Wd après la commande et la puissance thermique Ws l'une par rapport à l'autre, et dans le cas où elles sont différentes (c'est-à-dire qu'elles ne sont pas égales) on répète les opérations ci-dessus jusqu'au moment où la valeur de puissance fixée Gd devient égale à la puissance thermique Ws.
Ws. Au moment du début du fonctionnement, puisque la valeur de puissance fixée Wd entrée dans l'étage de commande thermique 148b croît à une vitesse de variation constante, une déviation (Wd - Ws) est toujours provoquée entre la valeur de puissance fixée Wd et la puissance thermique calculée par l'étage de calcul de puissance thermique 148a.A l'opération 193, on effectue un calcul linéaire pour cette déviation (Wd - Ws) et on fixe le signal Gd du débit d'alimentation en eau de manière à augmenter la puissance thermique du générateur de vapeur 141. A l'opération 194, on entre le signal Gd du débit d'alimentation en eau et le débit
Gw d'alimentation en eau dans l'étage de commande de débit 148c.A l'opération 195, on obtient au moyen de l'étage de commande de débit 148c la déviation (Gd - Gw) entre le signal de débit d'alimentation en eau Gd et le débit d'alimentation en eau Gw, et en ce qui concerne cette déviation, on effectue un calcul linéaire tel qu'un calcul proportionnel intégral ou différentiel, grâce à quoi on obtient le signal Zd du degré d'ouverture pour la valve de régulation du débit d'alimentation en eau de manière à augmenter le débit d'alimentation en eau Gw. A l'opération 196, on compare la valeur de puissance fixée Wd après la commande et la puissance thermique Ws l'une par rapport à l'autre, et dans le cas où elles sont différentes (c'est-à-dire qu'elles ne sont pas égales) on répète les opérations ci-dessus jusqu'au moment où la valeur de puissance fixée Gd devient égale à la puissance thermique Ws.
Comme décrit ci-dessus r l'effet de l'augmentation du débit d'alimentation en eau Gw dû à l'opération de commande du débit d'alimentation, effectuée de manière à augmenter la puissance thermique Ws du générateur de vapeur 141 en fonction de l'augmentation de la valeur de puissance fixée
Wd, est réalisé en tant que diminution de la température du réfrigérant secondaire à la sortie du générateur de vapeur 141, et réalisé en outre en tant qu'abaissement de la température du réfrigérant primaire au moyen du réfrigérant secondaire et de l'échangeur de chaleur intermédiaire. En fonction de l'abaissement de la température du réfrigérant primaire, la réaction du coeur 155 est activée et la puissance du réacteur rapide 154 augmente alors. On poursuit une telle opération de commande jusqu'au moment où la valeur de puissance fixée Wd devient égale à la valeur de puissance fixée nominale et la puissance thermique du réacteur rapide 154 est réglée à la valeur nominale. Ainsi, sans avoir à agir sur la barre de commande et en commandant uniquement le débit d'alimentation en eau Gw on peut augmenter la puissance de la centrale jusqu'à la valeur nominale de manière sûre et stable.
Wd, est réalisé en tant que diminution de la température du réfrigérant secondaire à la sortie du générateur de vapeur 141, et réalisé en outre en tant qu'abaissement de la température du réfrigérant primaire au moyen du réfrigérant secondaire et de l'échangeur de chaleur intermédiaire. En fonction de l'abaissement de la température du réfrigérant primaire, la réaction du coeur 155 est activée et la puissance du réacteur rapide 154 augmente alors. On poursuit une telle opération de commande jusqu'au moment où la valeur de puissance fixée Wd devient égale à la valeur de puissance fixée nominale et la puissance thermique du réacteur rapide 154 est réglée à la valeur nominale. Ainsi, sans avoir à agir sur la barre de commande et en commandant uniquement le débit d'alimentation en eau Gw on peut augmenter la puissance de la centrale jusqu'à la valeur nominale de manière sûre et stable.
Dans la suite, on expliquera la commande de compensation de la consommation du réacteur et la commande de suivi de la charge du générateur, en se rapportant au mode de réalisation ci-dessus de la présente invention.
La commande de compensation de la consommation du réacteur est expliquée au moyen du diagramme de la fig. 24. En se reportant à la fig. 24, le réglage grossier de la compensation du degré de consommation du coeur 155 est effectué en extrayant le réflecteur à une vitesse prédéterminée, mais en raison des caractéristiques du réflecteur 156, la puissance du réacteur rapide 154 n'est pas maintenue complètement constante et la puissance est quelque peu augmentée ou diminuée. A l'opération 201, on calcule la puissance thermique Ws du générateur de vapeur 141 et à l'opération 202, lorsque la puissance thermique Ws varie, on provoque la déviation (Wd - Ws) entre la valeur de puissance fixée Wd et la puissance thermique Ws du générateur de vapeur.A l'opération 203, on calcule la déviation (Wd - Wd) dans l'étage de commande de puissance thermique 148b, et on fixe le signal Gd du débit d'alimentation en eau. A l'opération suivante 204, on entre le signal Gd du débit d'alimentation en eau et le débit d'alimentation en eau Gw et on les mémorise dans l'étage de commande de débit 148c au moyen de l'étage de commande de débit 148c. A l'opération 205, on obtient dans l'étage de commande de débit la déviation (Gd - Gw) entre le signal Gd du débit d'alimentation en eau et le débit en eau Gw et on fixe le signal Zd du degré d'ouverture de la valve de régulation de débit, par un calcul linéaire, et on commande la valve de régulation du débit d'alimentation en eau.A l'opération 206, on procède à une discrimination selon que la valeur de puissance fixée Wd, en tant que résultat de la commande, coïncide ou non avec la puissance thermique Ws, et au cas où elles ne sont pas égales, on répète les opérations ci-dessus jusqu a ce que la valeur de puissance Wd coïncide avec la puissance thermique Ws.
Comme décrit ci-dessus, dans ce mode de réalisation, dans la compensation de consommation du réacteur, puisque la puissance thermique Ws du générateur de vapeur 141 peut être commandée jusqu'à une valeur qui correspond à la valeur de puissance fixée uniquement en commandant le débit d'alimentation en eau Gw, même s'il se produit une défaillance de l'unité de commande 148 de la centrale, la possibilité d'une extraction erronnée de la barre de commande hors du coeur 155 peut être sensiblement empêchée, produisant ainsi le fonctionnement stable de la centrale.
Ensuite, on décrira la commande du suivi de la charge du générateur au moyen du diagramme de la fig. 25. Lorsque la charge du générateur 135 est réduite, le régulateur de vapeur principal 158 est fermé. La pression de vapeur principale est de ce fait augmentée et la valve de bypass 159 de la turbine est ouverte afin de by-passer la vapeur en excès en direction du condenseur 160. Afin d'abaisser la puissance du réacteur rapide 154 en accord avec la charge du générateur 135, la valeur de puissance fixée Wd est progressivement réduite par l'unité de fixation de puissance 153. A l'opération 211, on calcule la puissance thermique Ws par l'étage de calcul de puissance thermique 148a. A l'opération suivante 212, on provoque une déviation (Wd - Ws) entre la valeur de puissance fixée abaissée Wd et la puissance thermique calculée Ws.A l'opération 213, on obtient la déviation (Wd - Ws) dans l'étage de commande de puissance thermique 148d et on fixe le signal Gd du débit d'alimentation en eau au moyen d'un calcul linéaire. A l'opération 214, on entre le débit d'alimentation en eau Gw et le signal Gd du débit d'alimentation en eau et on les mémorise au moyen de l'étage de commande de débit 148c, et à l'opération 215, on obtient la déviation (Gd - Gw > entre le débit d'alimentation en eau Gw et le signal de débit d'alimentation en eau Gd et on fixe le signal Zd du degré d'ouverture de la valve de régulation de débit afin de commander ainsi la valve de régulation 147 du débit d'alimentation en eau.A l'opération 216, on procède à une discrimination selon que la valeur de puissance fixée Wd, en tant que résultat de la commande, coïncide ou non avec la puissance thermique Ws, et dans la négative, on répète les opérations ci-dessus jusqu'à ce que la valeur de puissance Wd coïncide avec la puissance thermique Ws.
La fig. 26 montre un réacteur d'une cuve de réacteur dans laquelle sont logés une pluralité de cuves de coeur qui abritent chacune un coeur modulaire.
Un réacteur conventionnel du type à refroidissement par métal liquide abrite un coeur unique dans sa cuve de réacteur et en fonction d'un besoin de puissance plus élevée pour le réacteur, on augmente la taille du réacteur avec un coeur unique, dont résulte une commande compliquée du coeur et, dans le cas d'un accident d'une partie du coeur, l'accident affecte entièrement le fonctionnement du coeur de grande taille, ce qui a à son tour pour résultat d'arrêter le fonctionnement du réacteur.
En outre, dans le réacteur conventionnel, puisque le but est d'augmenter la taille du coeur tout en maintenant un coeur unique, la structure du coeur qui comprend par exemple une structure de support pour le coeur, est augmentée dans sa taille et par conséquent, des travaux pénibles, un temps important et des tâches compliquées sont nécessaires de la part des ouvriers ou des opérateurs du réacteur au moment de l'enlèvement ou de l'assemblage de la structure du coeur dans le but d'une inspection périodique, de la maintenance ou opérations similaires.
Au cours des tâches d'enlèvement et des tâches d'assemblage de la structure de support du coeur, il est nécessaire de manipuler avec précaution la structure du coeur elle-même, de retirer la structure du coeur entière à l'extérieur de la cuve de réacteur, et en plus, de mettre en place un dispositif pour stocker ou pour évacuer le métal liquide qui sert de réfrigérant primaire.
En outre dans le réacteur conventionnel, la taille du réacteur est augmentée tout en maintenant un coeur unique, de sorte que l'arrêt de la puissance du coeur a également pour résultat d'arrêter le fonctionnement de la centrale ellemême, produisant une perte économique. En outre également, puisque seul le coeur unique est disposé dans le réacteur, il est nécessaire de procéder à la conception et aux expériences de criticité nucléaire pour le coeur chaque fois en fonction de la puissance de la centrale d'énergie nucléaire, ce qui représente un inconvénient pour mettre en évidence les caractéristiques du coeur.
La présente invention a été conçue en considérant les faits ci-dessus et selon la présente invention, on peut augmenter la puissance de la centrale nucléaire grâce à un agencement combiné d'une pluralité de cuves de coeur, et on peut assurer la facilité de la commande du coeur même si l'on augmente la puissance de la centrale.
La fig. 26 représente un mode de réalisation de la présente invention appliqué à un réacteur du type à cuve et à refroidissement par métal liquide. Dans ce mode de réalisation, une chambre de réacteur 221 est formée dans un bâtiment de réacteur 220. La chambre de réacteur 221 est installée sur une semelle de base 224 et est enfermée par un mur-écran biologique 222 réalisé en ciment et un plafondécran biologique 223 également réalisé en ciment, et une cuve de réacteur 225 sous la forme d'une cuve de réfrigérant primaire du type à réservoir est abritée dans la chambre 220.
Un métal liquide tel que du sodium métallique liquide remplit la cuve de réacteur 225 en tant que réfrigérant primaire 226, et l'intérieur de la cuve de réacteur 225 est divisé en un plénum supérieur 228 et un plénum inférieur à haute pression 229 au moyen d'une cloison de séparation de pression 227.
La cuve de réacteur 225 comporte une ouverture supérieure qui est ouverte par un couvercle supérieur 230 qui constitue un bouchon-écran, et le couvercle supérieur 230 comporte des perçages traversants à travers lesquels sont agencées en direction perpendiculaire les cuves 231 du coeur et les machines de refroidissement intermédiaire 232, de manière à être suspendues dans la cuve de réacteur à travers une plaque miroir supérieure. Le couvercle supérieur 230 constitue en outre une partie du plafond écran biologique 223.
Une pluralité de cuves de coeur 231, p.ex. au nombre de neuf comme montré à la fig. 27, sont agencées en cercle le long de la paroi périphérique intérieure de la cuve de réacteur 225, et une des machines de refroidissement intermédiaires 232, p.
ex. au nombre de trois, est agencée à l'intérieur des cuves de coeur 231 disposées en cercle.
Dans chacune des cuves de coeur 231 est logé un coeur, c'està-dire un coeur modulaire 235 composé de barres de combustible et de barres de commande, et chacune des cuves de coeur 231 est pourvue d'une coque qui présente une partie inférieure sur laquelle est formée une pipe d'entrée 236 une partie supérieure sur laquelle est formé également un orifice de sortie 237. La pipe d'entrée 236 est emboîtée dans une ouverture formée sur une partie d'attache de la cloison de séparation de pression 227 et elle est ouverte vers le plénum inférieur 229, et l'orifice de sortie 237 est ouvert vers le plénum supérieur 228.
Un bouchon 240 formant écran pour le coeur est attaché dans une ouverture supérieure de la cuve de coeur 231, et un mécanisme d'entraînement 241 pour une barre de commande est disposé au-dessus du bouchon 240. L'introduction ou le chargement des barres de commande 242 dans le coeur 235 peut être commandé par le mécanisme d'entraînement 241 pour les barres de commande.
Chacune des machines de refroidissement intermédiaires 232 est pourvue d'une cuve de refroidissement intermédiaire cylindrique 244 dans laquelle sont logés un échangeur de chaleur intermédiaire 245 pour assurer l'échange de chaleur entre le réfrigérant primaire et le réfrigérant secondaire et une pompe de circulation 246 pour forcer la circulation du réfrigérant primaire.
La pompe de circulation 246 est composée d'une pompe électromagnétique qui est disposée au-dessous de l'échangeur de chaleur intermédiaire 245.
Une pipe de sortie 247 est formée à la partie inférieure de la pompe de circulation 246 et la pipe de sortie 247 est emboîtée dans une ouverture de fixation de la cloison de séparation de pression 227, et est supporté par celle-ci, de manière à couvrir vers l'intérieur du plénum inférieur à haute pression 229. La machine de refroidissement intermédiaire 244 forme à sa partie supérieure un orifice d'entrée 248 qui est ouvert vers l'intérieur du plénum supérieur 228.
Un bouchon-écran 250 pour la machine de refroidissement intermédiaire est emboîté dans l'ouverture supérieure de la cuve 244 de refroidissement intermédiaire, et un tube d'entrée/sortie 252 pour le réfrigérant secondaire, raccordé à un générateur de vapeur 251, est disposé au-dessus du bouchon-écran 250. Le tube d'entrée/sortie 252 raccorde le générateur de vapeur 252 et l'échangeur de chaleur intermédiaire 245 pour constituer ainsi une boucle de circulation fermée pour la circulation du réfrigérant secondaire. Le générateur de vapeur produit de la vapeur qui est utilisée pour entraîner une turbine à vapeur, non représentée.
Lorsque le réacteur de ce mode de réalisation fonctionne, le réfrigérant primaire s' écoule depuis le plénum inférieur à haute pression 229 de la cuve de réacteur 225 dans la cuve de coeur 231 à travers la pipe d'entrée 236. Le réfrigérant primaire 226 ainsi alimenté est chauffé par la chaleur des réactions nucléaires au cours de son passage à travers le coeur 235 dans chacune des cuves de coeur 231 puis il est alors évacué dans le plénum supérieur 228 via l'orifice de sortie 237.
Le réfrigérant primaire à haute température amené dans le plénum supérieur 228 est alors amené dans l'échangeur de chaleur intermédiaire 245 via l'orifice d'entrée 248 de la machine de refroidissement intermédiaire 232 et passe dans les tubes de l'échangeur de chaleur intermédiaire 245. A ce moment, l'opération d'échange de chaleur est menée entre le réfrigérant primaire et le réfrigérant secondaire, le réfrigérant primaire étant ainsi refroidi. Le réfrigérant primaire qui transfère sa chaleur au réfrigérant secondaire et dont la température est réduite voit sa pression réduite par la pompe électro-magnétique et il est alors retourné dans le plénum à haute pression, c'est-à-dire le plénum inférieur 229, via la pipe de sortie 247.
D'autre part, le réfrigérant secondaire chauffé par l'échangeur de chaleur intermédiaire 245 dans la machine de refroidissement intermédiaire 232 est alimenté dans le générateur de vapeur 251 via le tube d'entrée/sortie 252 et chauffe l'eau dans ce générateur, produisant ainsi la vapeur pour entraîner la turbine à vapeur.
Le réfrigérant secondaire refroidi par le chauffage de l'eau dans le générateur de vapeur retourne dans l'échangeur de chaleur intermédiaire 245 de la machine de refroidissement intermédiaire 232 via le tube d'entrée/sortíe 252.
Dans le réacteur de ce mode de réalisation, dans le cas ou une pluralité de cuves de coeur 231 - en tant que cuves de réfrigérant primaire - sont logées dans la cuve de réacteur 225, et si l'on suppose que la puissance thermique pour chaque module de coeur 235 disposé dans la cuve de coeur 231 est 100 000 KW, soit un petit coeur, la puissance thermique totale du réacteur qui comporte la cuve de réacteur dans laquelle sont logés 9 cuves de coeur 231 est 9 x 100 000 = 900 000 KW, ce qui est une puissance importante pour un réacteur unique.Ainsi, à la différence d'un réacteur conventionnel du type à refroidissement par métal liquide comportant un réacteur dans lequel est logé un coeur unique de grande taille, le réacteur du présent mode de réalisation est composé d'une pluralité de petits coeurs combinés, dont chacun est manipulé ou piloté relativement aisément, et on peut obtenir une puissance aussi importante qu'avec un réacteur unique tout en maintenant la caractéristique d'un coeur 235 de petite taille qui peut être facilement exploité et commandé.
P. ex., dans le cas d'un coeur de petite taille ayant une puissance thermique de 100 000 KW pour chaque coeur 235, le diamètre extérieur de la cuve de coeur 231 peut être rendu inférieur à 1,5 m.
Pour la raison décrite ci-dessus, même dans le cas où on dispose une pluralité de cuves de coeur 231 dans la cuve de réacteur 225 afin d'augmenter ainsi la puissance du réacteur à la manière d'un réacteur unique, on peut éviter l'agrandissement de la taille de la structure du coeur, tout comme de la structure de support du coeur, et on peut prévoir une structure de coeur de petite taille, et on peut par conséquent effectuer aisément l'enlèvement ou l'échange de celui-ci. En outrer grâce à l'agencement des cuves de coeur 231 le long de la paroi périphérique intérieure de la cuve de réacteur 225, on peut améliorer l'accessibilité aux cuves de coeur 231.En particulier, on peut également améliorer à la surface supérieure du plafond-écran biologique 223 l'accessibilité du dispositif pour l'échange du combustible vis-à-vis des modules de coeur 235 respectifs et l'accessibilité pour l'enlèvement ou l'échange des cuves de coeur respectives 231, y compris la structure de support des coeurs, ce qui est avantageux.
En outre, puisque la machine de refroidissement intermédiaire 232 est construite en combinaison de l'échangeur de chaleur intermédiaire 245 et de la pompe de circulation 236, il est possible d'assurer de manière suffisante un espace afin de disposer des machines ou des équipements dans la zone intérieure du groupe des cuves de coeur 231.
Les fig. 28 et 29 représentent un réacteur selon un autre mode de réalisation de la présente invention.
Ce mode de réalisation diffère de celui de la fig. 26 en ce que les nombres et les structures des cuves de coeur 260 et les machines de refroidissement intermédiaire 261 disposées dans la cuve de réacteur sont différents, et les autres agencements ou structures sont sensiblement les mêmes que ceux du mode de réalisation de la fig. 26, et on a attribué les mêmes chiffres de référence aux équipements ou unités qui correspondent à ceux de la fig. 26.
Dans ce mode de réalisation des fig. 28 et 29, une pluralité de cuves de coeur 260, p. ex. au nombre de 10, sont agencés de manière circonférentielle le long de la surface de la paroi périphérique intérieure de la cuve de réacteur 225 et, un coeur 262 est disposé dans chacune des cuves de coeur 260, dans une partie supérieure de celles-ci, ainsi qu'une pompe électro-magnétique servant de pompe de circulation 263.
La cuve de coeur 260 est pourvue d'une pipe d'entrée 236 disposée au-dessous de la pompe de circulation 263 et la pipe d'entrée 236 est emboîtée et supportée dans une ouverture formée sur une partie de fixation de la cloison de séparation de pression 227 pour établir ainsi la communication entre la cuve de coeur 260 avec le plénum inférieur 229 via la pipe d'entrée 236.
La cuve de coeur 260 est également pourvue d'un orifice de sortie 237 au-dessus du coeur 262, et le réfrigérant primaire dont la pression est augmentée par la pompe de circulation 263 et qui est chauffé par le coeur 262 est amené vers le plénum supérieur 228 à travers l'orifice de sortie 237.
Dans le même temps, une ou plusieurs machines de refroidissement intermédiaires 261 sont agencées à l'intérieur des cuves de coeur 260 disposées circonférentiellement le long de la paroi périphérique intérieure de la cuve de réacteur. La machine de refroidissement intermédiaire 261 est construite sous la forme d'un échangeur de chaleur intermédiaire 266 logé dans une cuve de refroidissement intermédiaire 265, et une pipe de sortie 247 est formée au-dessous de cet échangeur de chaleur intermédiaire 266 et un orifice de sortie 248 est disposé audessus de celui-ci.
D'après la structure du réacteur de ce mode de réalisation décrit ci-dessus, le réfrigérant primaire à haute température amené dans le plénum supérieur 228 est alors amené dans l'échangeur de chaleur intermédiaire 266 via l'orifice d'entrée 248 de la machine de refroidissement intermédiaire 261, et dans l'échangeur de chaleur intermédiaire 266 se produit l'opération d'échange de chaleur entre le réfrigérant primaire 226 et le réfrigérant secondaire. Le réfrigérant primaire 226 refroidi par l'échange de chaleur est amené dans le plénum inférieur 229 via la pipe de sortie de la machine de refroidissement intermédiaire 261 et retourne ensuite dans la cuve de coeur 260 via la pipe d'entrée 236.
Ensuite, le réfrigérant secondaire dont la température est augmentée par l'échange de chaleur dans l'échangeur de chaleur intermédiaire 266 est fourni dans le générateur de vapeur 251 via le tube d'entrée/sortie 252 et chauffe l'eau dans ce générateur afin de produire ainsi la vapeur qui entraîne à son tour la turbine de vapeur, non représentée. Le réfrigérant secondaire dont la température est réduite après avoir chauffé l'eau retourne à nouveau dans l'échangeur de chaleur intermédiaire 266 via le tube d'entrée/sortie 252, constituant ainsi une boucle de circulation fermée pour le réfrigérant secondaire.
Dans le réacteur de ce mode de réalisation, en plus des fonctions et des effets du mode de réalisation des fig. 26 et 27, on peut obtenir une fonction supplémentaire telle que, dans le cas où se produit une situation anormale vis-à-vis de la pompe de circulation 263, prévue pour chacune des cuves de coeur 260, le fonctionnement du seul coeur 260 associé à cette pompe de circulation 263 est arrêté par le mécanisme d'entraînement des barres de commande 241, et les autres coeurs peuvent fonctionner en continu tels qu'ils sont.
Les fig. 30a et 30b sont des vues en plan d'une partie supérieure de réacteurs correspondant à d'autres modes de réalisation de la présente invention, et montrent des exemples de modifications pour la puissance du réacteur. Dans la modification de la fig. 30a, neuf cuves de coeur 231 réalisées de la même manière, sont logées dans la cuve de réacteur 225, et dans la modification de la fig. 30b, sont logées six cuves de coeur 231.
Dans ces modes de réalisation, les cuves de coeur respectives 231 sont construites suivant la même conception, et à titre d'exemple, en supposant que la puissance thermique de l'un des réacteurs de coeur est 100 000 KW, on peut obtenir avec le réacteur de la fig. 30a la puissance d'un réacteur unique de 900 000 KW et avec le réacteur de la fig. 30b la puissance d'un réacteur unique de 600 000 KW. Ainsi, en supposant que les coeurs soient de même conception, on peut choisir diverses puissances de réacteur en combinant le nombre des modules de coeur comme mis en évidence ici.
En outre, on notera que dans l'explication qui précède, les modes de réalisation des modules de coeur de petite taille divulgués ayant la même conception ont eté expliqués, il peut être possible de préparer à titre préliminaire des coeurs de petite taille présentant différentes puissances thermiques.
La fig. 31 montre un réacteur du type à commande par réflecteur, capable de commander la réactivité d'un coeur en déplaçant verticalement un réflecteur à neutrons et avec lequel on peut faire fonctionner le réacteur pendant une longue période sans changer le combustible, ce qui maintient la réactivité au vide négative pendant la période de fonctionnement du réacteur et permet d'obtenir une puissance importante.
En se reportant à la fig. 31, une cuve de réfrigérant primaire 321 est installée dans une chambre de réacteur 325 entourée d'un mur-écran biologique 322, une semelle de base de construction 323 et un plafond-écran biologique 324.
A l'intérieur de la cuve de réfrigérant primaire 321, un plénum à haute pression 327 formé par une structure 326 de paroi de séparation de pression est disposé à la partie inférieure de cette cuve, et une pluralité de cuves de coeur 328 sont agencées en direction perpendiculaire circonférentiellement le long de la paroi latérale.
A sa partie inférieure, chacune de ces cuves de coeur 328 est pourvue d'une pipe d'entrée 329 et d'un orifice de sortie 330 et également formée au-dessus d'une partie de coque des cuves de coeur La cuve de coeur 328 présente une ouverture supérieure dans laquelle est monté un bouchon-écran 331 pour le coeur. Un coeur 332 composé de barres de combustible et d'un réflecteur 333 est logé à l'intérieur de la cuve de coeur 328 et un mécanisme d'entraînement 334 pour le réflecteur est disposé au-dessus du bouchon-écran 331 du coeur.
Une ou plusieurs machines de refroidissement intermédiaires 335 sont agencées perpendiculairement dans une zone intérieure des cuves de coeur 328 agencées en cercle.
Comme montré à la fig. 31, chacune de ces machines de refroidissement intermédiaires 335 est pourvue d'une pipe de sortie 336 à sa partie inférieure et d'un orifice d'entrée 337 à la partie supérieure d'une coque de la machine, et un bouchon-écran 338 est également monté dans une ouverture supérieure de la machine de refroidissement intermédiaire 335. L'intérieur de la machine de refroidissement intermédiaire 335 est composé d'un échangeur de chaleur intermédiaire 340 disposé dans une partie supérieure de celle-ci pour procéder à l'opération d'échange de chaleur entre le réfrigérant primaire et le réfrigérant secondaire, et d'une pompe électro-magnétique primaire 341 disposée dans une partie inférieure de la machine afin de faire circuler le réfrigérant primaire 339.Un tube d'entrée/sortie 342 pour le réfrigérant secondaire est disposé au-dessus du bouchon-écran 338 de la machine de refroidissement intermédiaire, afin de réchauffer un générateur de vapeur, non représenté.
Le plafond-écran biologique 324 est formé avec des perçages traversants pour introduire les cuves de coeur 328 et les machines de refroidissement intermédiaires 335 dans la cuve de réfrigérant primaire 321 à travers la plaque miroir supérieure de la cuve de réfrigérant primaire 321, de sorte que les cuves de coeur 328 et les machines de refroidissement intermédiaires 335 peuvent être introduites ou enlevées à travers ces perçages traversants.
Le plénum à haute pression 327 composé par la structure 326 formant la cloison de séparation de pression est pourvu d'une ouverture dans laquelle est emboîtée la pipe de sortie 336 de la machine de refroidissement intermédiaire, amenant ainsi le réfrigérant primaire 339 dans un plénum annulaire 327a, appartenant au plénum à haute pression 327, qui assure la distribution vers les coeurs.
Le plénum de distribution annulaire 327a comporte une ouverture dans laquelle est emboîtée la pipe d'entrée 329 de la cuve de coeur. Le réfrigérant primaire 339 est alimenté dans la pipe d'entrée 329 depuis le plénum de distribution 327a et il ressort par l'orifice de sortie 330 de la cuve de coeur après avoir été chauffé au cours de son passage à travers le coeur 332. Ensuite, le réfrigérant primaire 339 est alimenté dans la machine de refroidissement intermédiaire à travers son orifice d'entrée 337 et passe dans le faisceau de tubes dans l'échangeur de chaleur intermédiaire 340, et au cours de ce passage, se produit l'échange de chaleur entre le réfrigérant primaire et le réfrigérant secondaire afin de transférer la chaleur au réfrigérant secondaire.Après augmentation de la pression au moyen de la pompe électromagnétique primaire 341 < le réfrigérant primaire 339 retourne dans le plénum à haute pression 327 via la pipe de sortie 336 de la machine de refroidissement intermédiaire 335.
Des écrans à neutrons 343 sont disposés à la partie périphérique extérieure des coeurs 332 des cuves de coeur respectives 328 afin de les empêcher d'interférer les uns avec les autres sur le plan nucléaire.
Comme décrit ci-dessus, en supposant p. ex. que l'on place un coeur unique de petite taille 332 présentant une puissance thermique de 100 000 KW, on peut obtenir pour le réacteur de ce mode de réalisation équipé de six coeurs 332, une puissance thermique importante de 6 x 100 000 KW = 600 000
KW. En outre, chaque coeur est de petite taille, de sorte que l'on obtient un réacteur capable de maintenir la réactivité au vide négative sans échanger le combustible pendant une longue période.
KW. En outre, chaque coeur est de petite taille, de sorte que l'on obtient un réacteur capable de maintenir la réactivité au vide négative sans échanger le combustible pendant une longue période.
Les fig. 33 et 34 représentent un autre mode de réalisation d'un réacteur, en relation avec le mode de réalisation des fig. 31 et 32.
En se reportant aux fig. 33 et 34, une pluralité de cuves de coeur 328, p. ex. au nombre de sept, est agencée en direction perpendiculaire à la partie centrale dans la cuve de réfrigérant primaire 321 et, à titre d'exemple, trois machines de refroidissement intermédiaire 351 et trois pompes mécaniques primaires 352 sont également agencées en direction perpendiculaire dans une zone annulaire à l'extérieur de l'arrangement des cuves de coeur 328 en étant équidistantes les unes des autres en direction circonférentielle. Chacune des machines de refroidissement intermédiaires 351 a une structure semblable à celle du mode de réalisation précédent, mais en excluant la pompe électro-magnétique primaire 341.
La pompe mécanique primaire 352 est reliée directement à la structure de cloison de séparation de pression 326 de manière à guider le réfrigérant primaire 339 vers le plénum de distribution 327a après redressement du réfrigérant primaire au moyen d'un collecteur d'introduction 353 pour le réfrigérant.
Le plénum de distribution 327a comporte une ouverture dans laquelle est emboîtée la pipe d'entrée 329 de la cuve de coeur, et le plénum de distribution 327a et le plénum à basse pression 354 communiquent mutuellement l'un avec l'autre via un tube d'accouplement à réduction de pression 355.
La plaque miroir inférieure de la cuve de réfrigérant primaire 321 et la plaque de support 356 de la cloison de séparation de pression constituent un plénum d'aspiration 357 pour la pompe, ce plénum comportant une ouverture dans laquelle est emboîtée la pipe de sortie 336 de la machine de refroidissement intermédiaire. Des tubes verticaux 358a et 358b qui constituent un orifice d'aspiration de la pompe mécanique primaire 352 sont également raccordés au plénum d'aspiration 357 pour la pompe.
Les autres structures du réacteur de ce mode de réalisation des fig. 33 et 34 sont sensiblement les mêmes que celles du mode de réalisation précédent des fig. 31 et 32.
D'après la structure décrite ci-dessus r le réfrigérant primaire 321 est alimenté dans la pipe d'entrée 329 de la cuve de coeur depuis le plénum à haute pression 327, il est chauffé au cours de son passage à travers le coeur 332 et il est ensuite évacué via l'orifice de sortie 330 de la cuve de coeur. Ensuite, le réfrigérant primaire 339 est aspiré à travers l'orifice d'entrée 337 de la machine de refroidissement intermédiaire et transfère sa chaleur au réfrigérant secondaire au cours de son passage à travers le faisceau de tubes dans l'échangeur de chaleur intermédiaire 340 du fait de l'opération d'échange de chaleur entre eux.
Après avoir été refroidi du fait de l'échange de chaleur, le réfrigérant primaire est évacué vers le plénum d'aspiration de la pompe via la pipe de sortie 336 de la machine de refroidissement intermédiaire, et retourne alors dans le plénum de distribution 327a sous l'action de la pompe mécanique primaire 352.
Avec ce mode de réalisation on peut également obtenir une puissance importante comme dans le mode de réalisation précédent, et la réactivité au vide peut être maintenue négative sans changer le combustible pendant une longue période. Dans ce mode de réalisation, même si l'on remplace la pompe mécanique primaire 352 par une pompe électromagnétique, on obtiendra sensiblement les mêmes effets.
Bien que dans les modes de réalisation précédents, six cuves de coeur 328 soient agencées dans la cuve de réfrigérant primaire 321 le long de la périphérie circonférentielle intérieure de celle-ci, ou sept cuves de coeur 328 soient agencées dans cette cuve à sa partie centrale, on peut apporter d'autres modifications ou changements afin d'obtenir sensiblement les mêmes fonctions et effets. De telles modifications sont expliquées ci-après en se référant aux illustrations des fig. 35 à 42.
Tout d'abord, dans le réacteur de la fig. 35, une machine de refroidissement intermédiaire 351 est agencée à la partie centrale de la cuve de réfrigérant primaire 321, trois pompes mécaniques primaires 352 sont disposées sur un côté périphérique extérieur de celle-ci, et deux cuves de coeur 328 sont agencées respectivement entre deux pompes mécaniques primaires 352 adjacentes, soit au total six cuves de coeur.
Dans le réacteur de la fig. 36, une machine de refroidissement intermédiaire 351 est agencée à la partie centrale de la cuve de réfrigérant primaire 321, six cuves de coeur sont disposées sur un côté périphérique extérieur de cette cuve, et en outre trois cuves de coeur 328 sont agencées à l'extérieur des six cuves de coeur précédentes 328. Six machines de refroidissement intermédiaires 351 et pompes mécaniques primaires 352 sont en outre disposées à la partie périphérique extérieure de la cuve.
Dans le réacteur de la fig. 37, 13 cuves de coeur 328 sont disposées à la partie centrale de la cuve de réfrigérant primaire 321 et trois machines de refroidissement intermédiaires 351 et trois pompes mécaniques primaires 352 sont agencées à la partie périphérique extérieure de celleci.
Dans le réacteur de la fig. 38, sept cuves de coeur 328 sont agencées à la partie centrale de la cuve de réfrigérant primaire 321, trois autres cuves de coeur 328 sont disposées à l'extérieur r et trois machines de refroidissement intermédiaires 351 et trois pompes mécaniques primaires 352 sont agencées encore plus à l'extérieur.
Dans le réacteur de la fig. 39, une cuve de coeur 328 est disposée à la partie centrale de la cuve de réfrigérant primaire 321, trois pompes mécaniques primaires 352 sont agencées à l'extérieur de la cuve de coeur 328, et trois machines de refroidissement intermédiaires 351 sont disposées à la partie périphérique extérieure de celle-ci. Six autres cuves de coeur 321 sont agencées à l'extérieur de l'agencement des machines de refroidissement intermédiaire 351.
Dans le réacteur de la fig. 40, sept cuves de coeur 328 sont agencées à la partie centrale de la cuve de réfrigérant primaire 321 et trois cuves de coeur sont en outre disposées à la périphérie extérieure de celle-ci. Trois pompes mécaniques primaires 352 sont agencées plus à l'extérieur des cuves de coeur 328 et six tubes de coeur 361 sont agencés plus à l'extérieur des pompes mécaniques primaires 352.
Dans le réacteur de la fig. 41, six cuves de coeur 328 sont agencées à la partie centrale de la cuve de réfrigérant primaire 321, trois machines de refroidissement intermédiaires 351 sont disposées à l'extérieur des cuves de coeur 328, et trois pompes mécaniques primaires 352 sont en outre disposées à la périphérie extérieure de celles-ci.
Dans le réacteur de la fig. 42, trois cuves de coeur 328 sont agencées à la partie centrale de la cuve de réfrigérant 321, trois autres cuves de coeur sont disposées à la périphérie extérieure de celles-ci r et six tubes de coeur 361 sont agencés encore plus à l'extérieur de celles-ci.
La fig. 43 montre un autre mode de réalisation d'un réacteur de la présente invention, dans lequel un cylindre redresseur poreux 371 pour le coeur et un cylindre redresseur poreux 372 pour l'échangeur de chaleur intermédiaire sont en outre disposés en plus des modes de réalisation décrits ci-dessus.
Ainsi, en se reportant à la fig. 43, le cylindre redresseur poreux 371 pour le coeur est agencé de façon concentrique vis-à-vis de la cuve de réfrigérant primaire 321 de manière à couvrir toutes les cuves de coeur 328 dans le réfrigérant primaire 339. Ce cylindre redresseur poreux 371 est pourvu d'une partie de pénétration pour les cuves de coeur respectives 328 et il est prévu un mécanisme d'étanchéité 373 pour cette partie de pénétration afin de bloquer la communication entre l'extérieur et l'intérieur du cylindre redresseur 371 pour le coeur. Le réfrigérant primaire 339 à haute température qui s'écoule hors de l'orifice de sortie 330 de la cuve de coeur 328 est dispersé à travers une pluralité de trous formés à la surface périphérique du cylindre redresseur 371.
D'autre part, le cylindre redresseur poreux 372 pour l'échangeur de chaleur intermédiaire est monté à la partie périphérique extérieure de chacune des machines de refroidissement intermédiaire respectives 351, et une pluralité de trous sont formés à la surface périphérique extérieure de celui-ci dans des régions immergées dans le réfrigérant primaire 339. L'extrémité inférieure du cylindre redresseur 372 s'ouvre vers le réfrigérant primaire 339. Le réfrigérant primaire 339 qui s'écoule hors du cylindre redresseur poreux 371 pour le coeur est guidé vers l'orifice d'entrée 337 de la machine de refroidissement intermédiaire 351 à travers les trous et l'ouverture d'extrémité inférieure du cylindre redresseur poreux 372 pour l'échangeur de chaleur intermédiaire, ce qui supprime de ce fait la vitesse d'écoulement du réfrigérant primaire 339.
Les autres structures et agencements du réacteur de ce mode de réalisation sont sensiblement les mêmes que ceux des modes de réalisation précédents, et les fonctions et les effets sont également les mêmes que dans ces modes de réalisation précédents.
Comme décrit ci-dessus, puisque la vitesse d'écoulement du réfrigérant primaire 339 peut être supprimée en plaçant les deux cylindres redresseurs poreux 371 et 372, les phénomènes mettant en jeu des gaz à la surface libre du liquide du réfrigérant primaire peuvent être évités, et on peut par conséquent réduire la vibration de la surface du liquide, réalisant ainsi une condition d'écoulement stable pour le réfrigérant.
Le réacteur de ce mode de réalisation peut être appliqué à des réacteurs autres que ceux des modes de réalisation décrits ci-dessus, avec les mêmes fonctions et les mêmes effets.
Les fig. 44 à 46 représentent encore un autre mode de réalisation de la présente invention qui, par comparaison avec les modes de réalisation précédents, est adapté pour effectuer p. ex. l'opération de remplacement du combustible par campagne unitaire (unit batch) pour chaque coeur.
En se reportant aux fig. 44 à 46, une zone de confinement 381 pour l'échange du combustible est agencé à une partie supérieure d'une chambre de réacteur 325 et une table rotative 382 est disposée au-dessus de la chambre de réacteur 325 et sur la surface du plancher de l'enceinte de confinement 381.
La table rotative 382 présente un trou 382a pour l'échange du combustible, et un trou 382b, d'un diamètre plus important que celui du trou 382a, pour extraire le mécanisme d'entraînement du réflecteur, et ces trous sont situés à des positions qui correspondent aux emplacements des cuves de coeur 382 dans le but de simplifier les opérations d'échange de combustible.
La campagne unitaire pour l'échange du combustible dans chaque coeur se déroule comme suit.
Tout d'abord, on enlève du réacteur le mécanisme d'entraînement 334 du réflecteur du coeur qui est soumis à l'échange de combustible et le bouchon-écran 331 du coeur.
Cet enlèvement est effectué à travers le trou 382b de la table rotative 382 qui sert à l'extraction du mécanisme d'entraînement du réflecteur.
A l'opération suivante, les combustibles utilisés sont extraits l'un après l'autre et les nouveaux combustibles sont chargés, également l'un après l'autre dans une enceinte de gaz qui couvre le réacteur, définie par un cylindre guide 383, une valve de porte fixe 384, un château de transport 385 pour le combustible et une valve de porte 386 pour le château.
Les combustibles échangés sont transférés dans un château de transport de combustibles 388 dans lequel les combustibles utilisés sont échangés contre les nouveaux combustibles.
Les opérations de chargement ou de déchargement du château de transport de combustibles 388 dans ou hors du bâtiment du réacteur sont effectuées en transférant le château de transport de combustibles 388 au moyen d'une grue à portique 391 sur un camion 390 dans une cour 389. Cette grue à portique 391 peut également être utilisée pour transporter le château de transport 385 pour le combustible.
Dans le cas du chargement ou du déchargement du château de transport du combustible 388, on fera attention à ne pas ouvrir simultanément une fermeture de plafond 392 et une porte 393 de la cour 389 pour empêcher une rupture de l'enceinte de confinement 381 pour l'échange du combustible.
Comme décrit ci-dessus r grâce à ce mode de réalisation, on utilise la table rotative 382, le combustible peut être échangé aisément et en sécurité par campagne unitaire pour chaque coeur dans le cas où une pluralité de cuves de coeur 328 sont agencés dans une cuve unique 321 de réfrigérant primaire.
La description ci-dessus a été effectuée pour donner un exemple de la manière d'effectuer l'opération d'échange de combustibles dans le réacteur, et sensiblement la même description s'appliquera aux autres réacteurs ayant des structures différentes.
Claims (12)
1. Réacteur rapide (60; 100; 131; 325), caractérisé en ce qu'il comprend:
un coeur (61; 91; 132; 155; 231; 262; 332) composé de combustible nucléaire;
un fût de coeur entourant une périphérie extérieure du coeur;
un réflecteur annulaire (63; 94; 133; 156; 333) entourant une périphérie extérieure du fût de coeur;
une structure de cloison de séparation (65) entourant une périphérie extérieure du réflecteur annulaire et supportant le fût de coeur au moyen d'une structure de support agencée radialement dans le réacteur rapide, ladite structure de cloison de séparation formant une paroi intérieure d'un passage de réfrigérant (64) pour un réfrigérant primaire (93; 321);
un écran à neutrons (67; 92; 343) entourant une périphérie extérieure de la structure de cloison de séparation et disposé dans le passage de réfrigérant;
une cuve de réacteur (60; 260) entourant une périphérie extérieure de l'écran à neutrons et comportant une paroi intérieure qui constitue une paroi extérieure du passage de réfrigérant; et
une cuve de protection entourant une périphérie extérieure de la cuve de réacteur.
2. Réacteur rapide (60; 100; 131; 325) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit réflecteur (63; 93; 94; 133; 156; 333) est supporté de façon à pouvoir être déplacé le long d'une direction axiale du réacteur rapide et divisé en une pluralité de tronçons (L1, L2, L3, L4) de réflecteur dans la direction radiale du réacteur rapide.
3. Réacteur rapide (60; 100; 131; 325) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit écran à neutrons (67; 92; 343) est composé d'une pluralité de colonnes annulaires avec des intervalles les unes par rapport aux autres de manière à y faire passer le réfrigérant (93; 321) à l'intérieur de celles-ci.
4. Réacteur rapide (60; 100; 131; 325) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit écran à neutrons (67; 92; 343) est composé d'un organe annulaire ayant une structure multi-parois avec un intervalle vis-àvis des parois adjacentes de manière à faire passer le réfrigérant primaire (93; 321; 327) à travers celui-ci.
5. Réacteur rapide (60; 100; 131; 325) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une pompe électro-magnétique annulaire (73; 139a; 236; 246; 263), un échangeur de chaleur intermédiaire annulaire (74; 137; 157; 245; 266), et une couronne d'évacuation pour la chaleur de désintégration sont agencés en série dans le passage (64) de réfrigérant (93; 321) et en ce que ledit réflecteur (63; 94; 133; 156; 333) est suspendu sous et supporté par une structure supérieure du réacteur rapide dans une région à l'intérieur de la pompe électro-magnétique (73; 139a) et de l'échangeur de chaleur intermédiaire.
6. Réacteur rapide (60; 100; 131; 325) selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite pompe électro-magnétique (73; 139a; 236; 246; 263) et ledit échangeur de chaleur intermédiaire (74; 137; 157; 245; 266) sont réalisés de manière intégrée avec la structure supérieure du réacteur rapide, ladite structure de cloison de séparation (65) s'étendant vers le haut à partir d'une structure inférieure du réacteur rapide, et en ce qu'un soufflet d'étanchéité (111) est disposé entre une partie inférieure de la structure intégrée de la pompe électro-magnétique et une partie supérieure de la structure de cloison de séparation, dans une condition installée du réacteur rapide.
7. Réacteur rapide, caractérisé en ce qu'il comprend:
une cuve de réacteur,
un coeur composé de combustible nucléaire et immergé dans un réfrigérant (93; 337) qui remplit l'intérieur de la cuve de réacteur;
un premier réflecteur à neutrons (93) qui entoure le coeur et qui peut être déplacé dans une direction axiale du réacteur rapide; et
un second réflecteur à neutrons (94) disposé au-dessus dudit premier réflecteur à neutrons et présentant une faculté de réflexion des neutrons inférieure à celle du premier réflecteur à neutrons.
8. Réacteur rapide selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit second réflecteur à neutrons (94) est relié à une partie supérieure dudit premier réflecteur à neutrons (93) dans une condition installée, et est composé d'un organe en forme de boîte qui présente un volume intérieur (87) rempli avec du gaz.
9. Réacteur rapide selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit second réflecteur à neutrons (94) est relié à une partie supérieure dudit premier réflecteur à neutrons (93) dans une condition installée et est composé d'un organe en forme de boîte qui présente un volume intérieur (87) sensiblement dans une condition sous vide.
10. Réacteur rapide (100) selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit second réflecteur à neutrons (94) est disposé de manière à couvrir une structure entière dudit premier réflecteur à neutrons (93) s'étend sensiblement le long de la totalité de la longueur axiale du coeur (91), et comprend une boîte-guide (88) à section sensiblement en forme de U dont la partie d'extrémité est ouverte, un tube de communication (89) relié à une partie d'extrémité supérieure de la boîte-guide et communiquant avec un espace de gaz de couverture défini au-dessus du coeur, et un organe d'étanchéité (59) disposé entre une partie d'extrémité supérieure du premier réflecteur à neutrons (93) et une surface périphérique intérieure supérieure de la boîte-guide.
11. Réacteur rapide (100) selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit second réflecteur à neutrons (94) est disposé de manière à couvrir une structure entière dudit premier réflecteur à neutrons (93) ledit second réflecteur à neutrons s'étendant sensiblement le long de la totalité de la longueur axiale du coeur (91), et comprenant une boîte-guide (88) à section sensiblement en forme de U présentant une partie d'extrémité inférieure ouverte, et comprenant un tube de communication (89) relié à une partie d'extrémité supérieure de la boîte-guide et en communication avec une partie externe de la cuve de réacteur.
12. Réacteur rapide (100) selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit second réflecteur à neutrons (94) est disposé de manière à couvrir une structure entière dudit premier réflecteur à neutrons (93), s'étend sensiblement le long de la totalité de la longueur axiale du coeur (91), et comprend une boîte-guide (188) à section sensiblement en forme de U présentant une partie d'extrémité inférieure ouverte, et comprenant un tube de communication (89) relié à une partie d'extrémité supérieure de la boîte-guide en en communication avec une partie extérieure de la cuve de réacteur, et un organe d'étanchéité (59) disposé entre une partie d'extrémité supérieure du premier réflecteur à neutrons et une surface périphérique intérieure supérieure de la boîte-guide.
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2697104B1 (fr) | 1995-05-24 |
| US5420897A (en) | 1995-05-30 |
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