FR2850786A1 - Reacteur nucleaire et ses moyens d'insertion de neutrophage dans le coeur - Google Patents

Abstract

Les installations de montage, de commande et de guidage de barres de commande dans et à l'extérieur de la cuve peuvent être supprimées et la traversée de la pièce interne supérieure peut ainsi être évitée.Il consiste à utiliser une pièce interne supérieure (10) placée près du coeur du réacteur (50) et débouchant latéralement à l'extérieur de la cuve (1). Tous les systèmes de transmission de commande et de fluide passent par cette pièce interne et débouchent grâce à une pièce mobile de connexion (11), pour chaque grappe de barres de commande, sur une tête d'assemblage (12) contenant des réservoirs de liquide neutrophage et des circuits d'injection dans des canaux d'injection placés entre les barres de combustible.Application à tous les réacteurs nucléaires.

Description

REACTEUR NUCLEAIRE ET SES MOYENS D'INSERTION DE

NEUTROPHAGE DANS LE CîUR

DESCRIPTION

Domaine de l'invention L'invention concerne les réacteurs nucléaires, et en particulier les moyens d'insertion de neutrophage, 10 tel que du liquide neutrophage, quand celui-ci est utilisé, pour contrôler et moduler la puissance instantanée d'un réacteur nucléaire. Plus précisément, elle permet d'assurer l'arrêt d'urgence de ce dernier, de moduler le flux de neutrons mis en oeuvre pour moduler la 15 puissance nucléaire sans déformation majeure du coeur, de régénérer le combustible nucléaire en fonctionnement, puis d'utiliser ce combustible régénéré sans déchargement de celui-ci.

L'invention s'applique à tous les types de 20 réacteurs nucléaires, qu'ils soient à eau pressurisée, à eau bouillante, à caloporteur gazeux, à métaux fondus, ou même à eau lourde.

Art antérieur et problème posé La figure 1 montre, en coupe verticale, un premier type de réacteur nucléaire du type à eau pressurisée de l'art antérieur. La référence 1 désigne, comme dans les autres figures, la cuve du réacteur, B 14269 JB tandis que la référence 2 désigne les barres de combustible qui constituent l'ensemble appelé coeur 50.

On remarque qu'une pièce interne de maintien du coeur appelée, dans la suite de la demande de brevet, pièce 5 interne ou ensemble interne et référencé 10A. Elle est placée au-dessus du coeur 50 contenant le combustible 2 et maintient celui-ci en place, dans la partie inférieure de la cuve 1, afin que celui-ci ne remonte pas sous l'effet du flux très important d'eau passant à travers le coeur 10 dans un mouvement ascendant. Cette pièce interne ou ensemble interne 10 a donc une fonction mécanique.

La figure 3 montre un réacteur du type à eau bouillante selon l'art antérieur. Là encore, le coeur 50 comprenant le combustible 2 est placé en dessous de la 15 pièce interne 10A à l'intérieur de la cuve 1. Par contre, des sécheurs de vapeur 36 sont placés au-dessus de la pièce interne 10A.

On remarque que dans les réacteurs de l'art antérieur, les pièces internes 10A ou ensemble interne ne 20 sont pas en contact avec l'extérieur de la cuve 2.

Dans ces deux types de réacteurs nucléaires, comme dans d'autres types, on utilise des barres de commande rigides 51 qui sont actionnées à partir de l'extérieur de la cuve 2. Dans le cas du réacteur à eau 25 pressurisée représenté à la figure 1, les barres de commande 51 traversent la cuve 2 par le couvercle supérieur et traversent la pièce interne 10A. Leurs systèmes de guidage et de commande encombrent, entre autres, la partie supérieure du couvercle de la cuve 1.

B 14269 JB Dans le cas du réacteur à eau bouillante représenté à la figure 3, les barres de commande 51 pénètrent dans la cuve par sa base et leurs systèmes de guidage et de commande sont placés sous celle-ci.

En complément, il est également commun d'utiliser dans les réacteurs du type pressurisé, un absorbant neutronique, à savoir de l'acide borique, dissout dans le flux caloporteur pour faire varier la réactivité de façon homogène. D'autre part, on utilise la 10 variation de la vitesse des pompes, pour faire varier, dans une moindre part, la réactivité dans les réacteurs nucléaires du type à eau bouillante.

On constate donc que l'installation nécessaire pour la commande et la régulation du fonctionnement du 15 coeur du réacteur nécessite un grand encombrement de par l'utilisation des barres de contrôle, soit au-dessus ou en dessous du coeur, et traversant la cuve et mobilise des moyens complémentaires lourds chimiques ou mécaniques.

Un but principal de l'invention est donc de 20 remédier à cet inconvénient en proposant un mode différent de commande de la réaction nucléaire à l'intérieur du coeur du réacteur.

Résumé de l'invention A cet effet, l'objet principal de l'invention est un réacteur nucléaire comprenant - une cuve; B 14269 JB - un coeur placé dans la cuve et contenant des assemblages de crayons de combustible; - au moins une pièce interne placée dans le coeur à l'intérieur de la cuve; - des moyens d'insertion de neutrophage à l'intérieur des assemblages de crayons de combustible.

Selon l'invention, la au moins une pièce interne débouche à l'extérieur de la cuve pour relier des dispositifs de commande externes à la cuve du réacteur 10 aux moyens d'insertion placés à l'intérieur de la cuve.

Elle débouche de préférence latéralement, mais pourrait déboucher ailleurs sur la cuve du réacteur. Les moyens d'insertion comprennent des éléments de transmission placés en partie dans des canalisations prévues dans la 15 pièce interne et débouchant d'une part à l'extérieur de la cuve et étant reliées d'autre part aux moyens d'insertion de neutrophage.

De préférence, la au moins une pièce interne est placée au-dessus du coeur et débouche latéralement à 20 l'extérieur de la cuve.

Selon une réalisation préférentielle de l'invention, ces moyens d'insertion de neutrophage sont des moyens d'injection et de distribution de liquide neutrophage dans des canaux d'injection placés à 25 l'intérieur des assemblages de crayons de combustible.

On prévoit de placer dans la au moins une pièce interne un réservoir d'hélium faisant partie des moyens de transmission.

B 14269 JB Dans une première réalisation de l'invention, la au moins une pièce interne est située au-dessus du coeur et constitué par une pièce interne supérieure débouchant à l'extérieur de la cuve d'une pièce interne 5 inférieure placée au-dessous d'elle, à l'intérieur de la cuve.

Dans une deuxième réalisation de l'invention, la pièce interne est constitué d'une seule pièce débouchant latéralement à l'extérieur.

Dans la réalisation préférentielle du circuit d'injection du liquide neutrophage, celui-ci comprend au moins un réservoir de liquide neutrophage placé dans ou dessous la pièce interne.

De plus, il est avantageux d'utiliser une tête 15 d'assemblage réalisant la liaison entre la au moins une pièce interne et les canaux d'injection du liquide neutrophage placée en dessous de la pièce interne, une partie supérieure pénétrant ou traversant éventuellement dans la pièce interne.

Des canalisations de liquide neutrophage terminées chacune d'un col de cygne pénètrent dans les réservoirs et complètent avantageusement la tête d'assemblage.

Dans le but de réaliser des connexions entre 25 les canalisations placées dans la pièce interne et les moyens d'injection du liquide neutrophage, on utilise avantageusement une pièce mobile de connexion placée audessus de la pièce interne, les canalisations de la pièce interne débouchant également sur le dessus de la pièce B 14269 JB interne, la pièce mobile de connexion comprenant un espace débouchant au-dessus des canalisations de la pièce interne, et on utilise des canalisations mettant en liaison les canalisations de la pièce interne avec les 5 réservoirs de liquide neutrophage des moyens d'injection commandés par des moyens de commande placés à l'extérieur de la cuve.

Dans ce cas, il est avantageux d'utiliser une cloche mobile placée dans la pièce mobile de connexion, 10 au-dessus de l'endroit o débouchent les canalisations de la pièce interne et étant complétée de joints d'étanchéité permet de connecter de façon parfaitement étanche les différents ensembles dans le réacteur.

Plusieurs réalisations des canaux d'injection 15 sont possibles. En effet, une première réalisation consiste à utiliser pour chacun d'eux un tube externe à l'intérieur duquel est placé au moins un tube capillaire.

En plaçant plusieurs tubes capillaires en parallèle on obtient une injection très rapide du 20 neutrophage. Cette disposition particulière permet de réaliser un système d'arrêt d'urgence compatible avec les exigences d'un réacteur nucléaire.

Une autre réalisation consiste à compléter cet ensemble avec une cloche dont le but est de faire varier 25 le spectre neutronique. On peut disposer cette cloche autour d'un tube externe et son ou ses tubes capillaires.

Cette dernière réalisation permet avantageusement de réaliser la variation du spectre neutronique dans le coeur du réacteur en remplissant ou en vidant à volonté cette B 14269 JB cloche ouverte sur le fluide du réacteur à l'aide de gaz véhiculé par les canalisations des internes.

En ce qui concerne le circuit de distribution pneumatique, le chargement d'un réacteur étant réalisé 5 sous eau, la pièce mobile de connexion est complétée d'opercules à la base de la cloche mobile pour réaliser l'étanchéité de cette pièce avant la connexion avec les canalisations de la pièce interne, les canalisations de la tête d'assemblage et une canalisation de la pièce 10 mobile de connexion.

Les opercules sont perforées lors du serrage de la pièce mobile de connexion sur la tête d'assemblage.

Dans la réalisation préférentielle de l'invention, les conduits d'injection et de distribution 15 du neutrophage entre les réservoirs et les canaux d'injection situés dans les assemblages de combustibles sont placés dans la tête d'assemblage, sur plusieurs étages respectifs en fonction du type de fonction devant être réalisée par l'injection du neutrophage dans les 20 canaux choisis.

En ce qui concerne le circuit de distribution électrique, pour être étanche avant la connexion sur la pièce interne, la pièce mobile de connexion est complétée d'opercules à la base de la cloche mobile dans laquelle 25 est placée une pièce de raccord montée légèrement mobile de façon étanche grâce à un joint et pouvant recevoir un clapet à bille terminant un câble aboutissant de la pièce interne dans l'espace de la pièce mobile de connexion.

B 14269 JB On a alors réalisé un système de connexions électriques ou optiques connectable sous eau et apte à fonctionner dans un milieu liquide sous très haute pression.

Dans une variante selon l'invention, les canalisations dans la pièce interne peuvent être connectées à des pistons manoeuvrant des barres de commande rigides.

Dans une autre variante selon l'invention, 10 cette pièce interne peut être équipée de conducteurs électriques pour manoeuvrer des dispositifs électromagnétiques ou électriques qui sont reliés là aussi à des barres de commande rigides.

Les pièces mobiles de connexion peuvent, par 15 leurs formes complémentaires s'autobloquer.

Enfin, leurs trous d'eau peuvent présenter un profil en partie hélicodal pour engendrer une mise en rotation du fluide du réacteur pour homogénéiser la température du fluide sortant. 20 Liste des figures L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la 25 lecture de la description suivante, suivie de plusieurs figures représentant respectivement: - figure 1, en coupe frontale, un réacteur nucléaire à eau pressurisée selon l'art antérieur; B 14269 JB figure 2, en coupe frontale, un réacteur à eau pressurisée selon l'invention; - figure 3, en coupe frontale, un réacteur à eau bouillante selon l'art antérieur; - figure 4, en coupe frontale, un réacteur à eau bouillante selon l'invention; - figure 5A et 5B, des schémas théoriques d'installations de réacteur nucléaire selon l'invention; - figure 6A, une vue de dessus de la pièce 10 mobile de connexion, selon l'invention; figure 6B, une coupe selon la ligne 6B-6B de la figure 6A; - figure 6C, une coupe frontale selon la ligne 6C-6C de la figure 6A; - figure 7A, une vue de dessus d'une deuxième réalisation de la pièce mobile de connexion, selon l'invention; - figure 7B, une coupe selon la ligne 7B-7B de la figure 7A; - figure 8, en coupe frontale, une première réalisation d'un canal d'injection; - figure 9, en coupe frontale, une deuxième réalisation d'un canal d'injection du réacteur selon l'invention; - figure 10, en coupe, une troisième réalisation d'un canal d'injection selon la présente invention; B 14269 JB - figure 11, en coupe, un détail de réalisation de la pièce mobile de connexion du réacteur selon l'invention; - figure 12, en coupe, un autre détail de 5 réalisation de la pièce mobile de connexion du réacteur selon l'invention; - figure 13, une forme particulière des pièces mobiles de connexion; et - figure 14, en coupe frontale, une variante 10 de réalisation du réacteur selon l'invention.

Description détaillée de plusieurs

réalisations de l'invention La figure SA est un schéma de principe de fonctionnement du réacteur selon l'invention dans le cas o les moyens d'insertion de neutrophage sont des moyens d'injection et de distribution de liquide neutrophage et appliqué à assemblage de crayons de combustible.

On a représenté schématiquement une cuve 1 de réacteur nucléaire renfermant un coeur 50 comprenant luimême une grande série de barres de combustible 2. Le contrôle de la réactivité dans le coeur 50 est obtenu par un liquide neutrophage injecté dans des canaux 7 25 positionnés de façon permanente entre les crayons de combustible 2 par des canaux d'injection 7. Au-dessus du coeur 50 se trouvent un ou plusieurs réservoirs de liquide neutrophage 4 d'o partent les canaux d'injection 7. Le tout est placé sous la pièce interne 10 (ou l'ensemble B 14269 JB interne si elle est réalisée en plusieurs parties) qui est utilisée dans chaque réacteur nucléaire pour maintenir le coeur 50 en place, c'est-àdire dans la partie inférieure de la cuve 1.

Cette figure 5A met en valeur une partie des moyens de transmission, c'est-à-dire le système d'alimentation en gaz et plus particulièrement en hélium, permettant le déplacement du liquide neutrophage. En effet, dans la pièce interne 10 ou son équivalent, se 10 trouve au moins un réservoir d'hélium 5 (représenté ici à l'extérieur). Son remplissage et sa vidange sont commandés par une électrovanne de distribution 8 complétée d'un diaphragme de perte de charge 6. Une canalisation de retour 7R, en provenance de la base de 15 chaque canal d'injection 7 et aboutissant en amont du diaphragme 6, permet, avec ce dernier, de créer une différence de pression entre les deux branches du canal d'injection 7 du liquide neutrophage. Cette installation est complétée en amont d'un réservoir de décharge 3 20 piloté par une électrovanne de pressurisation 9.

On remarque que la pièce interne 10 ou son équivalent débouche latéralement à l'extérieur de la cuve 1. Elle pourrait déboucher ailleurs, par exemple sur le fond de la cuve, avec d'autres pièces internes de 25 liaison.

Ainsi, les différentes canalisations, circuits de commande et d'alimentation des moyens d'insertion de neutrophage, notamment l'alimentation en hélium, peuvent être raccordés sur cette pièce interne 10 à l'extérieur B 14269 JB de la cuve avec les moyens de commande extérieurs à la cuve 1. Ainsi, tous les moyens de régulation de la puissance nucléaire du réacteur passent par cette pièce interne, sans traverser la cuve ou le couvercle de cuve, 5 comme c'est justement le cas pour les barres de contrôle utilisées dans les réacteurs nucléaires de conception habituelle. Cela limite ainsi le risque de fuite car les conduits véhiculant les fluides pneumatiques, hydrauliques, les conducteurs électriques ou optiques, 10 sont intégrés dans la masse de cette pièce 10.

Les figures 2 et 4 montrent, en comparaison respective avec les figures 1 et 3, les changements, améliorations et avantages potentiels que procure le dispositif selon l'invention. En effet, la pièce interne 15 10 débouchant à l'extérieur de la cuve permet la commande complète du coeur 50 du réacteur. Ainsi, l'espace supérieur à l'intérieur de la cuve 1 est libéré pour le réacteur à eau pressurisée de la figure 2 et l'espace sous la cuve 1 du réacteur à eau bouillante de la figure 20 3 est également libéré.

En effet, en se reportant aux figures 6A et 6B, on constate que la pièce mobile de connexion 11 est placée au-dessus de la pièce interne qui est réalisée ici en deux parties. Une première partie supérieure lOS et 25 une deuxième partie inférieure lOI. La première partie supérieure laS comprend les conduits ou canalisations 100 permettant l'approvisionnement en énergie des moyens de d'insertion de neutrophage. La deuxième qui est la partie inférieure lOI correspond géographiquement et B 14269 JB fonctionnellement à la pièce interne 10A (figures 1 et 3) traditionnelle qui est fixée sur la cuve 1. Elle permet aussi la fonction de logement de certains équipements des moyens de stockage, à savoir des réservoirs 4 de liquide 5 neutrophage, par exemple un réservoir supérieur 4A et un réservoir inférieur 4B.

La figure 6B, en coupe, montre une canalisation 100 placée à l'intérieur de la pièce interne supérieure 10S. Elle débouche dans une cavité 38A de la 10 pièce mobile de connexion 11, autour d'une cloche de connexion 38. En fait, la pièce mobile de connexion il est placée au-dessus de la pièce interne 10, 10A ou l'ensemble équivalent, de manière à pouvoir être démontée relativement facilement, pour son entretien ou pour 15 changer des joints ou des organes de connexion. Elle y est fixée au moyen de vis 26 et d'un arrêt en rotation constitué, par exemple, par une rondelle rabattable 27.

La pièce mobile de connexion il possède elle-même une canalisation 110 joignant l'intérieur de la cloche de 20 connexion 38 avec la partie supérieure de la tête d'assemblage 12 possédant elle-même des canalisations 120 débouchant sur les réservoirs de liquide neutrophage 4A et 4B.

Ces différentes canalisations 100, 110 et 120 25 sont relatives à la distribution du gaz pour pousser le liquide neutrophage dans le coeur du réacteur. Il faut prendre en considération que d'autres réseaux de distribution sont installés dans la ou les pièces internes et la pièce mobile de connexion 11. On utilise B 14269 JB cette même pièce interne supérieure laS pour passer des câbles électriques, dans le but de ramener, à l'extérieur, des informations de capteurs ou de moyens de contrôle situés dans le réacteur. Il peut s'agir entre 5 autres de réseaux électriques ou optiques de contrôle ou de commande, et de toutes les autres canalisations nécessaires à la circulation de fluide ou d'éléments de transmission de signaux.

La figure 6A montre une vue de dessus de la 10 pièce mobile de connexion 11, et notamment sa cavité 38A.

On peut constater que d'autres cavités 38B et 38C ont été représentées sur cette figure 6A. Elles correspondent à des espaces de communication entre différentes canalisations permettant la liaison, soit de 15 conducteurs électriques, soit de canalisations hydrauliques, pneumatiques ou autres ou concernant d'autres organes de commande ou de contrôle du coeur du réacteur.

La partie inférieure de la tête d'assemblage 20 possède plusieurs étages 13. On constate que l'étage supérieur 13S reçoit à l'arrivée d'une canalisation de liquide neutrophage 121, provenant d'un réservoir de liquide neutrophage 4A placé dans une partie interne inférieure 10I. Des cols de cygnes 39 sont utilisés sur 25 les canaux d'injection 7 dans le but d'empêcher des injections intempestives du liquide neutrophage. On comprend aisément que, avec un circuit de commande pneumatique aboutissant dans un réservoir de liquide neutrophage 4A, on puisse injecter, dans des premiers B 14269 JB canaux d'injection 7A débouchant dans l'étage supérieure 13S, une certaine quantité de liquide neutrophage destinée à obtenir un résultat désiré sur la modération de la puissance de fonctionnement du coeur du réacteur.

En disposant ainsi de plusieurs étages 13 et 13S, on peut prévoir plusieurs circuits d'alimentation en liquide neutrophage, commandés différemment et indépendamment les uns des autres par des canalisations différentes. Il est ainsi possible, en utilisant des 10 circuits différents, de moduler la puissance de fonctionnement du coeur, de procéder à un arrêt d'urgence ou d'agir sur la répartition géographique de la réaction de fission à l'intérieur du coeur (offset), c'est-à-dire une répartition axiale verticale de l'activité nucléaire 15 dans le coeur. Pour ce faire on utilise un dispositif similaire à celui décrit par la figure 5B dans lequel on a supprimé le diaphragme et séparé la partie 7 et la partie 7R. Sur chacune de ces branches on a alors une vanne 8 un réservoir3 et une vanne de régulation 9 qui 20 permettent de régler la hauteur de neutrophage dans le canal d'injection 7.

La deuxième ligne de commande de pression est matérialisée par une canalisation de retour 120R en communication avec la deuxième extrémité des canaux 25 d'injection par un étage de retour 13R se prolongeant par une canalisation llOR et une cloche mobile 38R de la pièce mobile de connexion 11 et une canalisation lOOR de la pièce interne laS.

B 14269 JB Un passage d'eau 102 est prévu autour des réservoirs de liquide neutrophage 4A et 4B.

Parallèlement, des ouies 101 sont prévues dans la pièce mobile de connexion 11 (voir figure 6A). Ces dernières et 5 le volume d'eau 102 représentent le passage de l'eau à travers ces éléments de commande et les pièces internes 10S et 10I. En effet, il est nécessaire de garder à l'esprit qu'un flux très important de liquide traverse le coeur d'un réacteur et doit passer dans la partie 10 supérieure de la cuve, c'est-àdire traverser la ou les pièces internes 10, lOI et lOS.

La figure 6C représente l'ensemble selon une autre coupe selon la ligne 6C-6C de la figure 6A. Ainsi, il est possible de voir, entre autres, les ouies 101 dans 15 la pièce interne 10 et une canalisation 120C aboutissant dans le réservoir de liquide neutrophage inférieur 4B.

Les figures 7A et 7B représentent une autre réalisation des éléments qui viennent d'être décrits parallèlement aux figures 6A et 6B. Sur cette 20 réalisation, l'ensemble interne formé des deux pièces internes inférieure lOI et supérieure lOS est remplacé par une unique pièce 10, dont la forme peut s'apparenter à celle des pièces existant déjà. La connexion par une canalisation 100, la pièce mobile de connexion 11 est 25 analogue. Cette dernière est toujours placée sur la surface supérieure de la pièce interne 10 au moyen de vis 26. Par contre, un passage central 112 permet à l'eau de circuler.

B 14269 JB En dessous de la pièce interne 10 se trouve une pièce réservoir 4 contenant deux réservoirs de liquide neutrophage 4A et 4B. Dans cette réalisation, le fonctionnement est similaire. En d'autres termes, la 5 pression arrive dans les réservoirs de liquide neutrophage 4A et 4B par l'intermédiaire de la canalisation 120 d'une partie supérieure de la tête d'assemblage 12S. Le liquide neutrophage descend dans un ou plusieurs étages 13 d'une partie inférieure 12I de la 10 tête d'assemblage au moyen d'un col de cygne 39 prolongé de la canalisation d'alimentation 121.

La figure 7A montre la circulation de l'eau à travers la pièce module de connexion llA, c'est-à-dire par la canalisation centrale 112. Les vis 26 ont été 15 également représentées sur cette figure, de même que les espaces 39B de la pièce mobile de connexion lA et le début des canalisations 120.

En référence à la figure 8, une première réalisation des canaux d'injection est prévue pour 20 procéder aux arrêts d'urgence du réacteur. La rapidité de l'injection du liquide neutrophage y ait donc privilégiée. Pour atteindre cette injection rapide, on utilise un tube externe 80 à l'intérieur duquel sont placés plusieurs tubes d'injection 82, l'espace 81 25 subsistant permet de provoquer la l'injection rapide du liquide neutrophage dans cet ensemble par variation de pression, au moyen de l'hélium qui agit sur les réservoirs de liquide neutrophage. Lors d'une commande d'arrêt d'urgence du réacteur, tous les canaux B 14269 JB d'injection 82, montés en parallèle, sont alimentés en liquide neutrophage qui pénètre rapidement dans l'ensemble du tube externe 80.

La figure 9 montre un sous-ensemble utilisé 5 pour procéder à la régulation de la puissance du coeur du réacteur. Le tube externe 90 ne contient qu'un seul canal d'injection 92. Ceci s'explique par la nonnécessité d'obtenir rapidement une grande quantité de liquide neutrophage. Toutefois, ce canal peut être utilisé pour 10 les autres fonctions que l'arrêt d'urgence.

La figure 10 montre un ensemble destiné à la modération du flux à l'intérieur même du coeur du réacteur. L'ensemble de la figure 8 comprenant le tube externe 80 et les canaux d'injection 82 est complété 15 d'une cloche de variation spectrale 18 entourant l'ensemble. Lorsque la cloche de pression 18 est vide, le spectre neutronique permet de régénérer le combustible.

Lorsque la cloche de pression 18 est remplie par le fluide caloporteur, on obtient une modération accrue du 20 flux qui permet de consommer le combustible du réacteur.

Ces changements de flux neutronique à l'intérieur du réacteur peuvent aussi être utilisés comme moyens de variation de la réactivité.

De préférence, la cloche de variation 25 spectrale 18 est constituée d'un tube en zirconium ou en tout autre matériau transparent vis-à-vis des neutrons.

Lorsqu'elle est remplie d'un liquide modérateur, par exemple l'eau du réacteur, elle a le même pouvoir modérateur vis-à-vis des neutrons que l'eau en B 14269 JB circulation en dehors de ce tube. Quant elle est remplie d'hélium, ou de tout autre gaz ou liquide n'ayant qu'un effet visà-vis des neutrons, la cloche de variation spectrale 18 créée un effet de vide qui ne ralentit pas 5 - les neutrons et, de ce fait, les neutrons émis par les crayons combustible peuvent recréer un atome fissile, par exemple de plutonium, par bombardement d'un noyau fissile qui peut être, par exemple, de l'uranium, du plutonium, du thorium.

Ce type de cloche de variation spectrale offre la possibilité de piloter à l'aide de la pression de gaz dans les tubes, le rapport entre le volume occupé par le milieu modérant les neutrons dans un volume de cuve constant et le volume occupé par du combustible. Ce 15 rapport est appelé " taux de vide ".

Cet effet de vide agit aussi sur l'effet de modération et de ce même effet de modération modifie la puissance du réacteur. On peut donc aussi modifier la puissance du réacteur en modifiant le taux de vide dans 20 celui-ci.

Le fonctionnement de la pression à l'intérieur des canaux peut être géré de façon binaire, c'est-à-dire en tout ou rien, ou être utilisé pour compenser les déformations de flux appelées " axial off set ". Le 25 principe reste le même, mais on règle le niveau de liquide neutrophage dans le canal d'injection par la différence de pression qui est aux bornes de ce canal d'injection. Chaque extrémité de celui-ci est reliée à une sphère sous pression. La pression de chaque sphère B 14269 JB est réglée par une électrovanne de décharge et une électrovanne de remplissage.

La figure il un détail de réalisation de la pièce mobile de connexion 11 concernant les liaisons du 5 circuit pneumatique. On y retrouve une canalisation 100 traversant la pièce interne 10 et débouchant dans l'espace 383 de la cloche de connexion 38. A cet effet, on utilise des opercules 19 que traversent chacun un clapet à bille 40 muni d'une pointe 41. La cloche de 10 connexion 38 est équipée d'un joint inférieur 21 et d'un joint latéral 22. Pour régler le positionnement de cette cloche de connexion 38 et son appui sur la haute pièce mobile de connexion 11, on utilise une vis 24 agissant sur une membrane souple d'étanchéité placée au-dessus de 15 la cloche mobile de connexion 38.

Un exemple de connexion électrique, sous gaz pour être étanche à trèshaute pression, au niveau de cette pièce de connexion 11 est représenté à la figure 12, la coupe étant faite selon un autre diamètre de la 20 pièce mobile de connexion 11.

On y retrouve la cloche mobile de connexion 38 et son espace 38B, les différents joints et accessoires qui lui permettent son maintien en place. Un câble 30A débouche d'une canalisation 100A de la pièce interne 10B. 25 Le câble 30A peut très bien ne pas occuper toute cette canalisation 100A. En effet, d'autres moyens de transmission de signaux électriques ou optiques peuvent être utilisés. On remarque que le clapet à bille 40 comporte une canalisation centrale 37 permettant au gaz B 14269 JB provenant de l'extérieur de la cuve de passer au travers d'une pièce isolante 31. Le clapet à bille 40 transperce par sa pointe 41 l'opercule 19, du gaz sous pression empêchant le fluide caloporteur du réacteur de remplir 5 l'intérieur de la cloche mobile de connexion 38 et en particulier une pièce de raccord 34 placée dans une piston 29 monté coulissant à l'intérieur de la cloche mobile de connexion 38. Un joint 28 permettant d'assurer l'étanchéité à son niveau. A cet effet, un ressort 32 10 appuie sur un couvercle rapporté 33 pour appliquer un bon contact de liaison.

Ainsi différents conducteurs, par exemple 35A, du premier câble 30A peuvent être mis en contact avec des conducteurs 35B placés en aval, à l'intérieur de la pièce 15 mobile de connexion 11. La souplesse du joint 28 au niveau du piston 29 permet le centrage du clapet à bille dans la pièce de raccord 34.

Avec de tels montages, la connexion entre différents conducteurs électriques ou optiques, tels que 20 des fibres optiques, peut s'effectuer sous gaz et hors fluide. En effet, le joint 28 du piston 29 permet à ce dernier un léger jeu permettant de centrer le clapet à bille 40 par l'intermédiaire d'une pièce de centrage 20.

Comme le montre la figure 13, les pièces 25 mobiles de connexion llA peuvent présenter une forme complémentaire qui leur permet de s'imbriquer les unes dans les autres, ce qui les rend autobloquantes. De plus, les trous d'eau lOlA peuvent être profilés pour engendrer B 14269 JB une mise en rotation du fluide qui mélange et homogénéise la température de l'eau sortant des assemblages.

La figure 14 montre une variante dans laquelle des barres de commande sont utilisées. Des moyens de 5 transmission 203, qui peuvent être des câbles électriques, mais aussi des tuyaux d'alimentation, passent par la ou les pièces internes 10c et mettent en relation avec l'extérieur de la cuve les moyens de déplacement moteur ou autres 201 mus à l'aide d'énergie 10 pneumatique ou hydraulique ou électrique qui manoeuvrent des axes 202 solidaires des barres de commande. Dans ce cas, les moyens de déplacement moteurs 201 sont placés au-dessus de la pièce interne 10c.

Ce système bien que moins performant permet 15 aussi de régler un réacteur nucléaire sans traversée du couvercle de cuve ou de la cuve elle même.

On note que dans toutes les variations du système selon l'invention, il est possible d'utiliser la pièce interne 10 ou son équivalent, c'est-àdire les 20 pièces 10I et 10S, pour y installer des tubes ou canalisations dont la fonction est d'alimenter à volonté des cloches de pression, ouvertes sur le fluide caloporteur du réacteur et situées dans ou entre les assemblages de combustible. Dans ce cas, la variation de 25 la pression permet de faire varier le niveau du fluide caloporteur dans la cloche de pression autour des canaux d'injection.

Dans toutes les variantes selon l'invention, les pièces internes 10, 10S et 10I peuvent être également B 14269 JB utilisées pour permettre le passage de n'importe quel conducteur dont la fonction est de transmettre des signaux émis par des moyens de mesure ou de visualisation, tels que des chambres à fission ou des 5 détecteurs neutroniques, par exemple du type "collectron" ou chambre à fission, pour mesurer le flux neutronique et déterminer une carte de flux, des thermocouples, des fibres optiques ou des caméras. Elles sont également utilisées pour ramener, à l'extérieur, des informations 10 de capteurs de mesure ou de moyens de contrôle situés dans le réacteur. On utilise alors une connexion telle que représentée par la figure 12, ces câbles traversant la pièce isolante 31 et perçant l'opercule 19.

La ou les pièces internes 10, 10S ou 10I 15 comprenant des éléments de transmission ne sont pas obligatoirement placées au-dessus du coeur. On *peut envisager de les placer, par exemple, en dessous du coeur.

Avantages de l'invention L'invention supprime toutes les traversées du couvercle de la cuve et les traversées de fond de cuve ou de couvercle de cuve, qui sont indispensables dans un réacteur nucléaire classique, pour assurer toutes les 25 fonctions de liaison, de mesure, de contrôle et de commande à l'intérieur du réacteur.

La ou les pièces internes décrites dans ce document peuvent être des pièces rapportées à la pièce interne initialement prévue dans la cuve.

B 14269 JB De toute manière, les pièces internes du dispositif selon l'invention peuvent très bien assurer la fonction mécanique empêchant le coeur du réacteur et le combustible d'être soulevés par le flux de fluide caloporteur.

L'invention est applicable à tous les types de réacteur, qu'ils soient à eau pressurisée, à eau bouillante, à caloporteur gazeux, à métal fondu, ou même à eau lourde. Elle permet de supprimer l'usage des barres 10 de commande à insérer entre les barres à combustible et tous les dispositifs de guidage de celles-ci se trouvant au-dessus du coeur et à l'extérieur de la cuve.

Elle permet de remplir ou vider les canaux à l'aide de plusieurs types de liquides neutrophages, tels 15 que des métaux ou alliages métalliques, additionnés éventuellement de particules solides neutrophages de même densité que le métal ou l'alliage. Les liquides neutrophages restent liquides à toutes les températures de fonctionnement d'un réacteur nucléaire, y compris dans 20 les conditions de températures accidentelles.

Le sous-ensemble du dispositif constitué, entre autres, de la tête d'assemblage, des réservoirs de liquide neutrophage et des canaux d'injection étant fourni en même temps que les assemblages de combustible, 25 et en dessous de la température de fonctionnement du réacteur, les canaux d'injection sont remplis à l'aide du mélange neutrophage qui est alors solide. Ceci constitue un avantage considérable, notamment pendant toutes les phases de transport et de manipulation du combustible.

B 14269 JB Ceci donne au dispositif un niveau de sreté supplémentaire.

Le fait de disposer le réservoir d'hélium à l'intérieur de la pièce interne supérieure permet que 5 celui-ci soit stable en température et constitue un système passif entièrement dans le réacteur. En effet, en cas de rupture des tuyauteries externes à la cuve, l'injection de neutrophage se fait.

La cloche utilisée pour la variation spectrale 10 peut faire varier le spectre neutronique, ce qui permet de régénérer le combustible. Lorsqu'elle est remplie par le fluide caloporteur, on obtient une modération accrue du flux qui permet de consommer le combustible du réacteur qui a été régénéré et de prolonger ainsi le 15 cycle du combustible.

D'autres avantages sont relatifs au chargement du coeur du réacteur muni du dispositif de commande selon l'invention.

En effet, une fois le combustible mis à 20 l'intérieur de la cuve du réacteur, on pose au-dessus de ce dernier la pièce interne 10A ou 10B ou l'ensemble équivalent. On place ensuite la pièce mobile de connexion 11, les connecteurs reliés à l'extérieur étant également reliés à une alimentation gazeuse sous pression, 25 empêchant ainsi l'eau de passer. En effet, la pièce mobile de connexion 11 étant amovible et munie d'opercules 19, l'eau ne peut donc pas rentrer à l'intérieur de cette pièce mobile de connexion 11.

B 14269 JB Le serrage de la pièce mobile de connexion il sur la pièce interne 10, 10S et éventuellement sur la partie supérieure 12S de la tête d'assemblage permet l'enfoncement et le perçage de la pointe 41 du clapet à bille 40 dans l'opercule 19.

Le serrage de la vis 14 permet d'obtenir l'étanchéité parfaite sur la pièce interne 10 ou lOS. On met en communication la cloche 38 avec les tubes et canalisations dans la pièce mobile de connexion 11. 10 Ainsi, la liaison entre l'alimentation en gaz et les réservoirs de liquide neutrophage 4A et 4B et les canaux d'injection 7 est réalisée de façon sre, sans avoir introduit d'eau dans le circuit. Une telle liaison est d'ailleurs contrôlable par la mesure des fuites de gaz 15 identifiées dans le réacteur. En cas de mauvais serrage, l'opération peut être reprise, la pièce mobile de connexion Il changée, sans qu'on ait à enlever des pièces internes servant au maintien du combustible et du coeur du réacteur. Ceci constitue un avantage de sreté et de 20 disponibilité vis-à-vis de l'entretien et la maintenance du réacteur nucléaire.

Il est possible d'intervenir sur un ou plusieurs dispositifs de commande, relatifs à un ou plusieurs assemblages de combustible.

D'autre part, l'invention permet quatre fonctions différentes de commande dans le fonctionnement des réacteurs, qui sont: - l'arrêt d'urgence du réacteur avec une grande rapidité d'insertion du liquide neutrophage; B 14269 JB - le contrôle de la puissance du réacteur en fonctionnement; - la correction des déformations du flux à l'intérieur du coeur; - la modification du spectre neutronique à l'intérieur du coeur.

On note que l'arrêt d'urgence est du type passif.

L'invention permet également de dissocier le 10 fluide caloporteur des matières qui sont employées à la maîtrise du réacteur. On s'affranchit ainsi de la gestion chimique du fluide caloporteur et des inconvénients de la présence d'acide borique dans les circuits caloporteur (corrosion).

Bien entendu, toute préparation sur la pièce mobile de connexion 11 est possible, assemblage par assemblage de combustible, sans qu'on ait à enlever les pièces servant au maintien en place du combustible, à savoir les pièces internes.

L'invention permet de multiplier les nombres de dispositifs de commande, sans nécessiter un grand nombre de traversées de la paroi de l'enceinte du réacteur ou des pièces internes. Cette multiplicité d'éléments de commande permet de réduire la dissymétrie 25 du flux neutronique dans un réacteur en fonctionnement.

L'utilisation du diaphragme 6 sur le circuit pneumatique permet de supprimer l'utilisation de deux circuits, en créant une pression différentielle entre les deux branches du tube 7.

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Claims (21)

REVENDICATIONS

1. Réacteur nucléaire comprenant - une cuve (1) ; - un coeur (50), placé dans la cuve (1) et contenant des assemblages de crayons de combustible (2) ; - au moins une pièce interne (10, lOS, 10I) placée à l'intérieur de la cuve (1) ; - des moyens d'insertion de neutrophage à 10 l'intérieur des assemblages de crayons de combustible (2) ; caractérisé en ce que la au moins une pièce interne (10, laS, 10I) débouche à l'extérieur de la cuve (1) pour réaliser une liaison entre l'intérieur et l'extérieur de 15 la cuve, reliant ainsi des dispositifs de commande externes avec les moyens d'insertion de neutrophage placés à l'intérieur de la cuve, et en ce que les moyens d'insertion de neutrophage comprennent des éléments de transmission placés en partie dans des canalisations 20 (100) prévues dans la au moins une pièce interne et étant reliées, d'autre part, aux moyens d'insertion de neutrophage.

2. Réacteur nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que la au moins une pièce interne 25 est placée au- dessus du coeur et débouche latéralement à l'extérieur de la cuve (1).

3. Réacteur nucléaire selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'insertion sont constitués par des moyens d'injection de liquide B 14269 JB neutrophage dans des canaux d'injection (7) placés à l'intérieur des assemblages de crayons de combustible.

4. Réacteur nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de transmission 5 comprennent, entre autres, un réservoir d'hélium (5) placé dans la au moins une pièce interne (10, laS).

5. Réacteur nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que la au moins une pièce interne est constituée de deux pièces internes, une pièce interne 10 supérieure (lOS) débouchant à l'extérieur et une pièce interne inférieure (lOI) placée sous la pièce interne supérieure (laS), à l'intérieur de la cuve (1).

6. Réacteur nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que la au moins une pièce interne 15 est constituée d'une seule pièce interne (10) débouchant à l'extérieur de la cuve (1).

7. Réacteur nucléaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit d'injection de liquide neutrophage comprend, pour chaque assemblage de 20 crayons de combustible, au moins un réservoir (4A, 4B), de liquide neutrophage placé dans ou au-dessous la au moins une pièce interne (10, lOS, lOI).

8. Réacteur nucléaire selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend une tête d'assemblage 25 (12, 12S, 12I) permettant la liaison entre la pièce interne 10 et les canaux d'injection du liquide neutrophage situé dans les assemblages de crayons combustible (2) placé en dessous de la pièce interne, B 14269 JB une partie supérieure (12S) pénétrant ou traversant éventuellement la pièce interne.

9. Réacteur nucléaire selon la revendication 8, caractérisé en ce que la jonction des réservoirs (4A, 5 4B) avec les canaux d'injection (7) se fait au moyen de canalisations de liquide neutrophage (121) prolongées chacune d'un col de cygne (39).

10. Réacteur nucléaire selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend, pour chaque 10 assemblage de crayon de combustible, une pièce mobile de connexion (11, 1lA) placée au-dessus de la au moins une pièce interne (10, lOS) pour réaliser des connexions entre les canalisations (100) placées dans la pièce interne (10) et les moyens d'injection du liquide 15 neutrophage, cette pièce mobile de connexion (11) comportant un espace (38B) débouchant au-dessus des canalisations de la pièce interne (10, 10S) et comprenant également des canalisations (liA) mettant en liaison les canalisations (100) de la pièce interne (10, lOS) avec 20 les réservoirs de liquide neutrophage (4A, 4B) des moyens d'injection commandés par des moyens de commande placés à l'extérieur de la cuve (1).

11. Réacteur nucléaire selon la revendication 10, caractérisé en ce que, pour chaque assemblage de 25 crayon de combustible, une cloche mobile (38) est placée dans l'espace (38B) de la pièce mobile de connexion (11), au-dessus de l'endroit o débouchent les canalisations (100) de la pièce interne (10, lOS) et étant complétée de joints d'étanchéité (21, 22).

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12. Réacteur nucléaire selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend, pour chaque assemblage de crayon de combustible, entre autres, un circuit de distribution pneumatique, la pièce mobile de 5 connexion (11) étant alors complétée d'opercules (19), entre autres, à la base des cloches mobiles (38), pour réaliser l'étanchéité, avant serrage de la pièce mobile sur les internes, de la connexion entre les différentes canalisations (100) de la pièce interne (10, laS), les 10 canalisations (liA) de la pièce mobile de connexion (11) et celles de la tête d'assemblage.

13. Réacteur nucléaire selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend, pour chaque assemblage de crayon de combustible, un circuit de 15 distribution électrique, la pièce mobile de connexion (11) étant complétée d'opercules (19) à la base de la cloche mobile (38) dans laquelle est placée une pièce de raccord (34) montée légèrement mobile de façon étanche grâce à un joint (28) et pouvant recevoir un clapet à 20 bille (40) terminant un câble (30A) aboutissant de la pièce interne (10, laS) dans l'espace (38) de la pièce mobile de connexion (11).

14. Réacteur nucléaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que, pour chaque assemblage de 25 crayon combustible, des conduits d'injection et de distribution (120) du neutrophage entre les réservoirs et les canaux d'injection (7) sont placés dans une tête d'assemblage (12) sur plusieurs étages (13, 13S) respectifs, en fonction du type d'injection.

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15. Réacteur nucléaire selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une partie des canaux d'injection (7) sont constitués chacun d'un tube externe (80, 90), à l'intérieur duquel sont placés au moins un tube capillaire (82, 92).

16. Réacteur nucléaire selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'une partie des canaux d'injection (7) comprennent une cloche (18) à l'intérieur duquel sont placés le tube externe (80, 90) et le au 10 moins un tube capillaire (82, 92).

17. Réacteur nucléaire selon la revendication 15, caractérisé en ce que les canaux d'injection (7) sont montés en parallèle.

18. Réacteur nucléaire selon la revendication 15 1, caractérisé en ce qu'il comprend des pistons manoeuvrant des barres de commande rigide entre les crayons de combustible et commandés par l'intermédiaire des canalisations de la au moins une pièce interne.

19. Réacteur nucléaire selon la revendication 20 1, caractérisé en ce qu'il comprend des dispositifs électriques et/ou électromagnétiques pour manoeuvrer des barres de commande entre les crayons de combustible et commandés par l'intermédiaire des canalisations de la au moins une pièce interne.

20. Réacteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que les pièces mobiles de connexion (llA) ont des formes complémentaires de façon à s'autobloquer.

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21. Réacteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que les pièces mobiles de connexion (llA) ont des trous d'eau (lOlA) ayant un profil en partie hélicodal.

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