FR2925973A1 - Cuve reacteur d'un reacteur nucleaire a neutrons rapides de type a boucles - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne une cuve réacteur (100) d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides à boucles. La cuve réacteur (100) selon l'invention comporte une cuve principale (1) renfermant un coeur (22) composé d'assemblages combustibles (32), une tuyauterie d'entrée (10) de fluide caloporteur pour l'entrée du fluide caloporteur (25) dans la cuve principale (1) avant son réchauffement au contact des assemblages combustibles (32), une tuyauterie de sortie (11) de fluide caloporteur (25) pour l'évacuation du fluide caloporteur (25) après son réchauffement au contact des assemblages combustibles (32), des moyens de support (5) du coeur (22). Les tuyauteries d'entrée (10) et de sortie (11) sont agencées de façon concentrique, la tuyauterie d'entrée (10) entourant la tuyauterie de sortie (11 ) et délimitant ainsi avec la paroi externe de la tuyauterie de sortie (11) un volume d'entrée (12) du fluide caloporteur (25). La cuve réacteur (100) comporte en outre une cuve interne (2) logée à l'intérieur de la cuve principale (1) et délimitant avec la paroi interne de la cuve principale (1) un collecteur de forme annulaire (3), la cuve interne (2) étant connectée à la tuyauterie de sortie (11) de sorte que le volume d'entrée (12) est en communication avec le collecteur (3) et des moyens de connexion et de déconnexion (24) entre la cuve interne (2) et la tuyauterie de sortie chaude (11) du fluide caloporteur (25).

Description

La présente invention concerne une cuve réacteur d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides (RNR) de type à boucles à refroidissement par un métal liquide tel que le sodium. Dans le cadre du Forum International Génération IV les réacteurs nucléaires à neutrons rapides connaissent aujourd'hui un net regain d'intérêt. Les RNR tirent d'abord leur énergie du plutonium. Leur coeur, constitué de plutonium et d'uranium naturel, a une double fonction : - produire de la chaleur (fission du plutonium) convertie ensuite en électricité ; - transformer l'uranium naturel ou appauvri (peu fissible) en plutonium (fissible). Les RNR sont qualifiés de régénérateur ou de surrégénérateur s'ils produisent plus de plutonium qu'ils n'en consomment. Outre cette double fonction, des recherches sont menées afin d'utiliser ce type de réacteur pour brûler des déchets radioactifs à vie longue, transuraniens et actinides, et les transformer en éléments radioactifs à vie courte. Un RNR est refroidi par un fluide caloporteur constitué par un métal liquide tel que le sodium. Le sodium, à l'état liquide, est un remarquable fluide de refroidissement, grâce notamment à sa température d'ébullition élevée. De façon connue, le circuit primaire d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides est formé par : - une cuve principale renfermant le coeur du réacteur et une structure interne; - des pompes primaires de mise en circulation du fluide de refroidissement et ; - des échangeurs de chaleur intermédiaires destinés à transmettre la chaleur du fluide de refroidissement du réacteur réchauffé au contact du coeur à un fluide secondaire. Les RNR sont répartis suivant deux configurations différentes, caractérisant le mode du circuit primaire : - les RNR intégrés pour lesquels les pompes primaires et les échangeurs sont entièrement contenus à l'intérieur de la cuve principale renfermant le coeur et sont plongés dans le fluide de refroidissement de ladite cuve principale à travers la dalle de fermeture de cette cuve ; - les RNR dits à boucles pour lesquels les pompes primaires et les échangeurs de chaleur intermédiaires sont placés dans des cuves dédiées (dites cuves composants ) à l'extérieur de la cuve principale du réacteur qui ne contient plus que le coeur et la structure interne ; la cuve principale et la cuve composant étant reliées par des tuyauteries primaires.

La présente invention concerne uniquement les RNR à boucles : elle a pour objet la cuve réacteur d'un RNR à boucles, c'est à dire la partie du réacteur nucléaire formée par la cuve principale renfermant le coeur muni des assemblages combustibles ainsi que la structure interne placée à l'intérieur de cette cuve principale. La cuve réacteur est à distinguer des cuves composants comportant les pompes primaires et les échangeurs de chaleur. La cuve principale du réacteur nucléaire renferme le coeur formé par les assemblages combustibles, la structure interne, les mécanismes de barres de contrôle et de manutention du combustible, l'instrumentation, et le support du coeur. La structure interne de la cuve principale du réacteur nucléaire comporte : - une cuve interne formée d'une ou plusieurs viroles, - un sommier, - un platelage. Le coeur du réacteur nucléaire est supporté par le sommier reposant lui-même sur le platelage. Le platelage prend généralement appui sur une partie de la paroi interne en partie basse de la cuve du réacteur.

La structure interne de la cuve principale du réacteur nucléaire peut également comporter un récupérateur disposé sous le platelage et permettant de protéger le fond de la cuve et de récupérer le coeur fondu. La cuve réacteur comporte en outre une dalle horizontale de fermeture de la partie supérieure de la cuve principale.

Les configurations connues de réacteurs nucléaires RNR à boucles posent cependant certaines difficultés. Ainsi, dans les RNR à boucles connus de l'art antérieur, les éléments de la structure interne disposés dans la cuve principale sont indémontables, soit du fait qu'ils sont soudés entre eux lors de la réalisation du bloc réacteur par assemblage sur le site, soit parce que leurs dimensions ne permettent pas leurs passages par les ouvertures ménagées à travers la dalle de fermeture de la cuve principale ou encore parce que la disposition des tuyauteries reliant la cuve réacteur et la cuve composant n'autorise pas le démontage des structures internes ou des composants de la cuve réacteur.

Même si une telle opération de démontage reste exceptionnelle, elle peut s'avérer utile pour permettre l'accès à la face intérieure de la cuve pour des interventions, une extension de l'inspection en service (ISI), le changement ou la réparation ex situ des structures internes. Lorsqu'il est nécessaire d'extraire les éléments de la structure interne, c'est-à-dire essentiellement dans le cas où l'on réalise le démantèlement du réacteur nucléaire arrivé en fin de vie, il faut vidanger complètement la cuve du réacteur nucléaire du métal liquide qu'elle contient et réaliser le découpage de la structure interne du réacteur et des tuyauteries d'alimentation de métal liquide sous une atmosphère de gaz inerte. Il n'est donc pas possible de réaliser, dans les réacteurs à neutrons rapides à boucles de l'art antérieur, des démontages des organes de la structure interne, par exemple pour effectuer une opération de réparation ou de remplacement de cet organe.

Dans ce contexte, la présente invention vise à fournir une cuve réacteur de réacteur nucléaire à neutrons rapides de type à boucles permettant le démontage des éléments formant la structure interne. A cette fin, l'invention propose une cuve réacteur d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides à boucles comportant une cuve principale renfermant : un coeur composé d'assemblages combustibles aptes à être refroidis par un fluide caloporteur, - une tuyauterie d'entrée de fluide caloporteur, pour l'entrée dudit fluide caloporteur dans ladite cuve principale avant son réchauffement au contact desdits assemblages combustibles, - une tuyauterie de sortie de fluide caloporteur, pour l'évacuation dudit fluide caloporteur après son réchauffement au contact desdits assemblages combustibles, - des moyens de support dudit coeur, ladite cuve réacteur étant caractérisée en ce que - lesdites tuyauteries d'entrée et de sortie sont agencées de façon concentrique, ladite tuyauterie d'entrée entourant ladite tuyauterie de sortie et délimitant ainsi avec la paroi externe de ladite tuyauterie de sortie un volume d'entrée dudit fluide caloporteur ; - ladite cuve réacteur comporte : o une cuve interne logée à l'intérieur de ladite cuve principale et délimitant avec la paroi interne de ladite cuve principale un collecteur de forme annulaire, ladite cuve interne étant connectée à ladite tuyauterie de sortie de sorte que ledit volume d'entrée est en communication avec ledit collecteur o des moyens de connexion et de déconnexion entre ladite cuve interne et ladite tuyauterie de sortie du fluide caloporteur. Grâce à l'invention, il est possible de démonter sans découpage les dispositifs placés à l'intérieur de la cuve principale grâce aux moyens de connexion et de déconnexion reliant la cuve interne et la tuyauterie de sortie chaude du fluide caloporteur. La cuve interne et la tuyauterie de sortie chaude ne sont pas soudées mais sont maintenus solidaires par des moyens de connexion et de déconnexion. Ces moyens de connexion et de déconnexion sont par exemple réalisés par des joints du type joints pistons de formes circulaires. Les joints pistons sont poussés axialement dans le volume d'entrée du fluide caloporteur délimité par la paroi externe de la tuyauterie de sortie et la tuyauterie d'entrée. Le décalage du joint piston ainsi créé, libère la connexion entre la cuve interne et la tuyauterie de sortie du fluide caloporteur. La déconnexion entre la cuve interne et la tuyauterie primaire, permet le démontage de ladite cuve interne et des éléments de la structure interne de la cuve principale après le levage de l'élément de fermeture de la cuve principale. Ainsi la présente invention propose une solution aux problèmes cités précédemment, à savoir le démontage (par exemple pour effectuer une opération de réparation ou de remplacement) de tout ou d'une partie des composants de la structure interne de la cuve réacteur. La cuve réacteur du RNR à boucles suivant l'invention comporte un arrangement particulier de tuyauteries de passage de métal liquide de refroidissement reliant les cuves composants et la cuve réacteur, permettant ainsi le démontage complet des structures internes nécessaire en cas de réparation d'un élément. Ces tuyauteries sont concentriques et l'écoulement entrant au contact de la cuve principale est froid, le fluide caloporteur chaud sortant de la cuve étant placé au centre.

On notera que dans les configurations connues de RNR selon l'art antérieur, les tuyauteries d'amenée du métal liquide froid sous pression pénètrent dans la cuve principale dans sa partie supérieure et descendent alimenter le sommier en métal liquide froid. Généralement, pour éviter de placer les piquages sous le niveau coeur, la tuyauterie froide traverse le fluide caloporteur chaud de la cuve principale ce qui provoque des pertes thermiques, des pertes de compacité et accentue les chargements thermomécaniques de manière relativement importante. Le métal liquide chaud ressort vers les échangeurs intermédiaires de la cuve composant par des tuyauteries chaudes placées également en partie supérieure de la cuve principale. Les tuyauteries sont généralement connectées par piquage direct sur la cuve principale. Il existe une deuxième configuration des tuyauteries de transfert du métal liquide en forme de U inversé traversant la fermeture supérieure de la cuve principale.

Par ailleurs, dans la cuve réacteur selon l'invention, l'alimentation du coeur est réalisée par un collecteur annulaire formé par la cuve principale et par la cuve interne sans ajout de structures spécifiques. L'arrangement particulier des tuyauteries concentriques et du collecteur annulaire permet le maintien de la cuve principale et des piquages des tuyauteries d'entrée à basse température (i.e. 400°C). La cuve réacteur selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - les moyens de connexion et de déconnexion sont réalisés par des joints pistons ; - l'interface dudit au moins un joint piston avec ladite tuyauterie de sortie est une interface à labyrinthe ; - les moyens de connexion et de déconnexion sont réalisés par des soufflets ; - les moyens de support du coeur sont formés par un sommier sur lequel le coeur est posé, ledit sommier reposant sur un platelage, ledit platelage étant en appui sur une bride annulaire en fond de ladite cuve principale ; - la cuve principale comporte une bride et les moyens de support du coeur sont formés par un sommier sur lequel le coeur est posé, ledit sommier reposant sur un platelage, ledit platelage étant suspendu dans ladite cuve principale par ladite virole interne en appui sur la bride de la cuve principale ; - la cuve réacteur comporte des moyens d'étanchéité entre ledit collecteur et le volume interne de ladite cuve interne ; - l'étanchéité dudit collecteur annulaire est réalisée par au moins un joint piston ; - ledit au moins un joint piston est associé à un système de labyrinthe ; - la cuve principale comporte une bride et l'étanchéité dudit collecteur annulaire est réalisée par trois joints pistons circulaires non fermés dont chaque ouverture est orientée à 120° de la précédente ; - l'étanchéité dudit collecteur annulaire est réalisée par la présence d'un contact métal/métal entre ladite virole interne et ladite bride de ladite cuve principale ; - la cuve réacteur comporte des moyens de dépressurisation du fond de ladite cuve principale ; - les moyens de dépressurisation comportent au moins un système de labyrinthe et au moins une chandelle ; - le sommier comporte une virole externe prolongeant ladite virole interne, ladite virole externe présentant au moins un orifice annulaire d'alimentation dudit sommier en fluide caloporteur ; - la cuve réacteur comporte des moyens d'étanchéité entre ledit collecteur et le volume interne de ladite cuve interne et en ce que ladite virole interne forme dans sa partie supérieure un prolongement situé au dessus dudit moyen d'étanchéité créant un deuxième espace annulaire de refroidissement avec ladite cuve principale ; - le deuxième espace annulaire présente au moins un orifice permettant l'entrée du fluide caloporteur froid dans un volume interne de ladite cuve interne recevant le fluide caloporteur chaud ; - le deuxième espace annulaire de refroidissement se situe en dessous du niveau supérieur du fluide caloporteur pour tous régimes de fonctionnement du réacteur nucléaire.

La présente invention a également pour objet un procédé de démontage de la structure interne d'une cuve réacteur selon l'invention comportant les étapes suivantes : - déconnexion de ladite cuve interne et de ladite tuyauterie de sortie via lesdits moyens de connexion et de déconnexion ; -démontage de la virole interne ; - démontage du sommier ; - démontage du platelage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : La figure 1 est une représentation en coupe selon un plan vertical d'une cuve réacteur d'un RNR à boucles selon un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 2 est une représentation en vue de dessus de la cuve réacteur d'un RNR à boucles telle que représentée en figure 1. La figure 3 est une représentation en coupe selon un plan vertical d'une cuve réacteur d'un RNR à boucles selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. La figure 4 représente un agrandissement d'une partie de la cuve réacteur représentée en figure 1 montrant les moyens de connexion et de déconnexion entre la cuve interne et la tuyauterie de sortie. La figure 1 représente une vue en coupe verticale d'une cuve réacteur 100 d'un RNR à boucles comprenant : - une cuve principale 1 de forme sensiblement cylindrique d'axe vertical central (X) présentant un fond bombé 16 ; - une dalle de fermeture 28 horizontale d'axe central (X) de grande épaisseur, de l'ordre de 800mm ; - une tuyauterie cylindrique 10 d'axe central horizontal (Y) d'entrée du fluide caloporteur 25 : - une tuyauterie cylindrique 11 d'axe central horizontal (Y) de sortie de fluide caloporteur 25. La cuve principale 1 fermée par la dalle 28 dans sa partie supérieure, renferme : - un coeur 22 formé par des assemblages combustibles 32 ; une structure interne comprenant : • une cuve interne 2 de forme sensiblement cylindrique d'axe central vertical (X) formée d'une ou plusieurs viroles ; • un sommier 5 supportant le coeur 22 ; • un platelage 14 supportant le sommier 5 ; • un récupérateur 23 reposant dans le fond 16 de la cuve ; - un mécanisme de manutention du combustible 19 ; - un fluide caloporteur du type métal liquide de refroidissement 25 tel que du sodium ; - un système d'étanchéité assurée par des joints pistons 4 ; - un système de labyrinthes 17 ; - des chandelles 18 ; - des moyens de connexion et de déconnexion 24 entre la 25 tuyauterie cylindrique 11 et la cuve interne 2. - un échangeur de chaleur 35 de type DRC (Direct Reactor Cooling). Le coeur du réacteur 22 et l'ensemble de la structure interne sont plongés dans le métal liquide de refroidissement 25, remplissant la cuve principale 1 jusqu'à un niveau limite supérieur 26 ; le niveau de sodium liquide 25 de la cuve principale 1 est un niveau dynamique qui s'établit au voisinage du niveau supérieur indiqué par la référence 26. Le volume intérieur de la cuve principale 1, entre le niveau supérieur 26 du métal liquide de refroidissement 25 constitué par du sodium liquide et la surface inférieure de la dalle de fermeture 28 est rempli par un gaz inerte 27 constitué notamment par de l'argon. L'argon 27 présente l'avantage d'être plus dense que l'air, ce qui limite les entrées d'oxygène dans le circuit lors de l'ouverture d'un orifice.

La dalle 28 est traversée dans sa partie centrale, par un orifice dans lequel est monté un bouchon tournant 21 portant la machine de chargement ou pantographe 19 du réacteur permettant la manutention des assemblages de combustibles 32 et un ensemble 20 appelé bouchon couvercle coeur disposé au dessus du coeur 22 du réacteur et comportant des moyens d'instrumentation pour effectuer des mesures dans le coeur 22. Le coeur 22 est formé par des assemblages combustibles hexagonaux 32, disposés suivant un pas triangulaire, dont la partie inférieure appelée pied, est engagée dans la structure mécano-soudée 5 appelée sommier et plus précisément dans des chandelles 33. Les pieds des assemblages combustibles 32 et les chandelles 33 sont munis d'orifices calibrés permettant d'assurer une répartition convenable du sodium liquide 25 dans les différents assemblages combustibles 32, en fonction de leur puissance. Le sommier 5 est généralement formé par deux plaques percées d'autant de trous que d'assemblages à alimenter en sodium liquide. Il assure la raideur nécessaire pour maintenir le réseau dans le même plan horizontale. Le sommier 5 est en appui sur la seconde structure mécano-soudée 14 appelée platelage reposant elle-même sur une bride de forme annulaire 15 appelée support coeur, dans la partie inférieure de la cuve principale 1. Le support coeur 15 supporte également le récupérateur 23, disposé en dessous du platelage 14 : ce récupérateur 23 permet de récupérer le coeur fondu (appelé également corium) en cas de fusion du coeur 22; un support redondant peut être également prévu directement sous le platelage 14.

Dans cette configuration appelée coeur posé le coeur est porté par le platelage 14 lui-même posé en partie inférieure de la cuve principale 1 sur la bride annulaire 15. La cuve interne ou virole interne 2 d'axe central vertical (X), est logée à l'intérieur de la cuve principale 1 délimitant avec la paroi interne de la cuve principale 1 un collecteur annulaire 3, sans ajout de structures spécifiques. La cuve interne 2 délimite également avec sa paroi interne un volume interne 30 contenant le sodium liquide 25 sortant du coeur 22. Le collecteur interne 3 est sous une pression moyenne de 0,6MPa se répartissant sur les parois de manière à ce que la virole interne 2 supporte une pression externe de 0,6MPa et la cuve principale supporte une pression interne de 0,6MPa. En partie supérieure du collecteur annulaire 3, un débit de fuite calibré est assuré par un orifice de circulation 9 dans un deuxième espace annulaire supérieur 7 prolongeant le collecteur annulaire 3. Cet espace est formé par un prolongement 8 de la virole interne 2 en partie supérieure comprenant l'orifice 9 permettant au sodium liquide 25 froid de se déverser dans le volume interne 30 au dessus du coeur 22. L'espace annulaire supérieur 7 ainsi créé, forme un déversoir de type noyé, situé sous le niveau supérieur 26 de sodium liquide 25.

L'étanchéité du collecteur annulaire 3 entre ledit collecteur annulaire 3 et le volume interne 30 est assurée par les joints pistons 4 en partie supérieure et par les labyrinthes 17 en partie basse de la cuve principale 1. Les deux interfaces des joints pistons 4 en partie supérieure peuvent également présenter des systèmes de labyrinthes. On désigne par labyrinthe une succession de chambres et d'étranglements présents à l'interface de deux parois limitant ainsi le débit d'un fluide qui y circule. Les joints pistons 4, sont des joints pistons autoclaves de formes circulaires non fermées et de grand diamètre de l'ordre de 6,2 mètres. Pour effectuer l'étanchéité entre le collecteur interne 3 et le volume interne 30 de la cuve principale 1, plusieurs joints pistons sont nécessaires, idéalement au nombre de trois. Les trois joints pistons 4 dont chaque ouverture est orientée à 120 degrés de la précédente, permettent d'obtenir l'étanchéité requise. Cependant, l'étanchéité n'est pas absolue, les joints pistons 4 permettent d'alimenter le collecteur annulaire supérieur 7, à l'aide d'un débit de fuite calibré. Les tuyauteries 10 et 11 d'entrée et de sortie du sodium liquide 25 reliant la cuve principale 1 et la cuve composant non représentée sont concentriques, suivant l'axe central horizontal (Y) perpendiculaire à l'axe central (X) de la cuve principale 1, et sont reliées à la cuve principale 1 au dessus du coeur 22. La tuyauterie d'entrée 10, extérieure, entoure la tuyauterie de sortie 11 et délimite ainsi un volume d'entrée 12 du sodium liquide 25 froid avec la paroi externe de la tuyauterie de sortie 11. Un volume de sortie 13 du sodium liquide 25 est délimité par la paroi interne de la tuyauterie de sortie 11. Le volume d'entrée 12 communique avec le collecteur annulaire 3 et le volume de sortie 13 communique avec le volume interne 30. Ces tuyauteries 10, 11 étant concentriques, l'écoulement entrant au contact de la cuve principale est froid, le sodium liquide chaud sortant de la cuve étant placé au centre. La tuyauterie d'entrée 10 en sodium froid communiquant avec la pompe primaire dans la cuve composant, est reliée à la cuve principale 1 par piquage. La soudure des piquages sur la tuyauterie d'entrée froide 10 permet de transmettre les efforts nécessaires pour le déplacement des cuves composants (mobiles) afin d'accommoder les dilatations dues aux variations de température entre les divers états de fonctionnement de la cuve réacteur 100. Le positionnement des piquages concentriques est dans une partie haute de la cuve principale 1. Ce positionnement particulier des piquages, au même niveau que ceux des cuves composants, permet de limiter les dilatations axiales dues aux changements d'état du sodium liquide 25 et de supprimer le risque de dénoyage du coeur en sodium liquide en cas de rupture au niveau du piquage. L'arrangement particulier des tuyauteries concentriques et du collecteur annulaire permet le maintien de la cuve principale et des piquages des tuyauteries d'entrée à basse température (i.e. 400°C). En fonctionnement normal, cette configuration permet donc de maintenir les structures épaisses froides. La tuyauterie de sortie 11, de sodium liquide chaud est reliée à la cuve interne 2 par un dispositif d'étanchéité 24 formant des moyens de connexion et de déconnexion et composé de joints de type joints pistons circulaires placés dans le volume d'entrée 12. Un agrandissement de ce dispositif est représenté en référence à la figure 4. Les moyens de connexion et de déconnexion 24 situés dans le volume d'entrée 12 sont fixés sur la virole interne 2 de la cuve principale 1 par boulonnage et sont en appui sur la tuyauterie de sortie 11. La pression du fluide caloporteur 25 sur les moyens de connexion et de déconnexion 24 assure leur maintien sur la tuyauterie de sortie 11 et l'étanchéité entre le volume d'entrée 12 et le volume de sortie 11. Le dispositif d'étanchéité 24 permet de déconnecter ou connecter depuis l'intérieur de la cuve principale 1, les tuyauteries de sorties 11 chaudes avec la cuve interne 2. Lorsque le dispositif d'étanchéité 24 est en place, il assure également la continuité entre le volume d'entrée 12 et le collecteur annulaire 3. Les dispositifs d'étanchéité 24 sont dégagés par poussée suivant l'axe central horizontal (Y) des tuyauteries 10, 11 concentriques, libérant ainsi la connexion entre la cuve interne 2 et la tuyauterie de sortie 11 ; le démontage de la virole interne 2 puis des autres éléments des structures internes est alors possible. Le dispositif d'étanchéité 24 formé par les joints de type joints pistons circulaires peut être associé à un système de labyrinthe au niveau de l'interface du joint piston avec la tuyauterie de sortie 11. On peut également utiliser comme moyens de connexion et de déconnexion des systèmes du type soufflet ; ces systèmes présentant néanmoins quelques inconvénients d'encombrement et de démontage.

Les pompes primaires de la cuve composant mettent en circulation le sodium liquide 25 dans la tuyauterie froide 10 et plus précisément à travers le volume d'entrée 12. Le volume d'entrée 12 communiquant avec le collecteur annulaire 3, alimente le collecteur annulaire 3 en sodium liquide. Le collecteur annulaire 3 assure ainsi le refroidissement de la cuve principale 1 lors du fonctionnement du réacteur nucléaire par le passage du sodium liquide 25 froid. La collecteur annulaire 3 assure également l'alimentation en sodium liquide 25 froid du coeur 22 du réacteur, en alimentant dans un premier temps le sommier 5 situé en dessous de la virole interne 2. Le sommier 5 est alimenté en sa périphérie à l'aide d'orifices 6 dans la virole externe 36 dudit sommier 5. Le sommier 5 alimente ensuite les chandelles 33 munis d'orifices calibrés dans lesquelles sont placés les pieds des assemblages 32. Les orifices calibrés permettent d'assurer une répartition convenable du sodium liquide 25 dans les différents assemblages combustibles 32. Le sodium liquide 25 froid traverse alors le coeur 22 dans la direction verticale et de bas en haut en s'échauffant au contact des assemblages 32 du coeur 22. En traversant les assemblages combustibles 32, le sodium liquide 25 s'échauffe à une température moyenne voisine de 550°C.

Le sodium liquide 25 chaud, sortant du coeur 22 pénètre dans la tuyauterie chaude 11 et plus précisément dans le volume de sortie 13 communiquant avec des échangeurs intermédiaires dans la cuve composant, extérieure à la cuve principale 1. Le sodium liquide 25 chaud se refroidit au contact d'un métal liquide secondaire, en général également constitué par du sodium liquide, et ressort à une température inférieure à sa température d'entrée dans l'échangeur intermédiaire. Le sodium liquide secondaire échauffé au contact du sodium liquide primaire est utilisé pour produire de la vapeur à l'intérieur de générateurs de vapeur situés dans un circuit tertiaire, à l'extérieur de la cuve composant.

Une partie du sodium froid du collecteur annulaire 3 parvient dans un espace annulaire, délimité par la paroi interne de la cuve principale 1 et par la paroi externe du platelage 14, formant un système de labyrinthe 17. Le système de labyrinthe 17 assure l'étanchéité et le maintien en pression du collecteur annulaire 3. Le système de labyrinthe 17 permet de réduire également la pression présente dans le collecteur du fond de cuve à l'aide d'un débit de fuite et des chandelles de communication (18). L'espace annulaire assure également un centrage du platelage 14 dans la cuve principale 1. La présence d'une faible pression (typiquement 0,02 MPa) dans le fond de cuve 16 est nécessaire afin d'éviter un effet de soulèvement de la structure interne, notamment du platelage 14. Outre le système de labyrinthe 17 pour diminuer la pression en fond de cuve 16, des chandelles 18, situées aux pieds des assemblages combustibles 32, permettent au sodium liquide 25 froid en fond de cuve 16 de rejoindre le sodium liquide 25 chaud au dessus du coeur 22. La pression résiduelle en fond de cuve 16 et dans l'organe de platelage 14 est ainsi limitée. La pression moyenne de 0,6MPa et l'étanchéité du collecteur annulaire 3 entre le collecteur annulaire 3 et le volume interne 30 sont assurées par les joints pistons 4 en partie supérieure et par des labyrinthes 17 en partie basse de la cuve principale 1. Cependant, cette étanchéité du collecteur 3 n'est pas absolue, car les joints pistons 4 et les labyrinthes 17 présente des débits de fuites calibrés. Le débit de fuite calibré des joints pistons 4 en partie supérieure permet l'alimentation du collecteur annulaire supérieur 7. L'espace annulaire supérieur 7 permet le refroidissement de la cuve principale 1 dans sa partie supérieure. Comme déjà expliqué plus haut, l'orifice de circulation 9 du collecteur annulaire supérieur 7 situé sous le niveau limite 26 du sodium liquide 25 permet au sodium liquide 26 froid de se déverser dans le volume interne 30 et de rejoindre le sodium liquide 25 chaud sortant du coeur 22 en excluant l'introduction de gaz argon 27 dans le sodium liquide 25. Le diamètre de la cuve principale 1 est le plus souvent limité à une valeur voisine de 7 mètres. Ce diamètre permet de limiter la taille des composants et des structures internes favorisant ainsi le démontage et la transportabilité des éléments de la structure interne. La hauteur totale de la cuve principale 1, déterminée principalement par le chemin critique axial du RNR à boucles, est voisine de 17 mètres, ce qui permet d'obtenir une importante compacité de la cuve principale 1. Sur la figure 2, on a représenté en vue de dessus, la cuve réacteur 100 d'un RNR à boucles tel que représenté en figure 1. Le bouchon tournant 21 de la cuve réacteur 100 est fixé sur la dalle 28 du réacteur, sur roulement ou sur galets et est munis de joints tournants permettant de conserver une étanchéité aussi bien lors d'un régime de manutention (réacteur à l'arrêt) qu'en fonctionnement normal.

Le bouchon tournant 21 est traversé par le pantographe 19 à sa périphérie et par le bouchon couvercle coeur 20 excentré par rapport à l'axe vertical du bouchon tournant 21. Ainsi la rotation de l'ensemble bouchon tournant 21 et bouchon couvercle coeur 20 et le déploiement du pantographe permettent d'atteindre toutes les positions d'assemblage et donc l'extraction des assemblages usés du coeur 22 et leurs remplacements par des assemblages neufs. La dalle 28 est traversée dans sa partie périphérique par les échangeurs de chaleurs 35 de type DRC (Direct Reactor Cooling) utilisés pour l'évacuation de la puissance résiduelle en cas de panne du circuit primaire. Dans cette illustration, la cuve réacteur 100 comporte deux échangeurs de chaleurs 35 de type DRC. Dans cette représentation, le RNR à boucles démontable suivant l'invention, dispose de trois boucles B1, B2, B3, c'est-à-dire de trois cuves composants reliées à la cuve principale 1 par trois systèmes de tuyauteries concentriques 10, 11. La figure 3 représente une vue en coupe verticale d'une cuve réacteur 101 d'un RNR à boucles suivant un deuxième mode de réalisation de l'invention avec une disposition différente du coeur 22 ; le coeur du réacteur 22 est pendu et non posé comme nous l'avons détaillé précédemment en référence à la figure 1. La cuve réacteur 101 est identique à la cuve réacteur 100. La cuve réacteur 101 comprend sensiblement les mêmes éléments cités précédemment pour la cuve 100 mais avec un arrangement différent de la structure interne : les éléments communs portent les mêmes numéros de référence. Dans cette configuration appelée coeur pendu , le coeur est porté par le platelage 14, suspendu dans la cuve principale 1 par la virole interne 2, elle-même fixée à la cuve principale 1 par une bride 34.

Le sommier 5 est en appui sur le platelage 14, ledit platelage 14 étant fixé à la virole interne 2. La liaison entre le platelage 14 et la virole interne 2 est généralement une liaison mécanique de type boulonnage mais peut également être réalisée par soudage. La virole interne 2 est en appui sur la cuve principale 1 à l'aide de la bride 34 en partie supérieure de la cuve principale 1. La bride 34 permet également d'assurer l'étanchéité nécessaire dans le collecteur annulaire 3 à l'aide d'un appui métal / métal généré entre la virole interne 2 et la cuve principale 1.

Le récupérateur 23 est disposé en dessous du platelage 14 lequel est en appui sur un support redondant 29 formé par une bride annulaire localisée sur la partie cylindrique basse de la cuve principale 1. Le support redondant 29 permet de doubler le support du coeur dans le cas d'un éventuel incident.

Nous allons décrire par la suite un exemple de démontage des éléments de la structure interne d'une cuve réacteur tel que représenté en figure 1 ou 2. On commence par enlever la dalle 28. Le levage de la dalle 28 ne peut se réaliser qu'après avoir déchargé le coeur 22, levé les échangeurs de chaleurs 35 de type DRC, le pantographe 19, le bouchon couvercle coeur 20, et le bouchon tournant 21. Ces opérations de démontage sont réalisées éventuellement après vidange complète du sodium liquide 25 de la cuve principale 1 et de préférence dans une atmosphère de gaz inerte. Dans un premier temps, il est nécessaire de déconnecter la tuyauterie de sortie 11 et la virole interne 2 maintenues solidaires par les moyens de connexion et de déconnexion 24. Les joints pistons sont poussés axialement dans le volume d'entrée 12. Le décalage du joint piston ainsi créé, libère la connexion entre la virole interne 2 et la tuyauterie de sortie 11 du sodium liquide 25. Ensuite, il est possible d'effectuer le levage et l'extraction de la virole interne 2 par simple levage, du fait que cet élément ne supporte pas d'autres éléments de la structure interne ; il est toutefois nécessaire de retirer la liaison entre le sommier 5 et la virole interne 2, dans le cas d'un RNR à boucles à coeur pendu (figure 2), qui est généralement une liaison mécanique du type boulonnage ; cette opération nécessite de poser l'ensemble sommier 5 / platelage 14 sur le support redondant 29. L'extraction du sommier 5 ne pose alors aucune difficulté, le sommier 5 reposant librement sur le platelage 14. Après le démontage des éléments cités, il est possible de démonter le platelage 14 reposant uniquement sur la bride 15 de la cuve principale 1. Dans le cas d'un RNR à boucles à coeur pendu, le sommier 5 et le platelage 14 sont solidarisés mécaniquement par un système de boulonnage. Ils peuvent alors être extraits ensemble, ou être désolidarisés. Enfin, il est possible de démonter le récupérateur 23 qui repose sur la bride du support 15 (ou 29) solidaire du fond de la cuve principale 1. L'extraction des éléments de la structure interne peut être effectuée sans démontage de liaisons soudées ou mécaniques (sauf dans le cas d'un coeur pendu, qui nécessite le démontage d'une liaison mécanique). En effet, chacun des éléments des structures internes repose à l'aide d'une pièce de maintien ou d'appui sur un autre élément des structures internes ou sur une partie de la surface intérieure de la cuve principale 1. Les surfaces des pièces susceptibles de venir en contact d'appui ou en contact frottant avec d'autres pièces comportent généralement un traitement par aluminisation des surfaces ou un revêtement d'un alliage du type stellite renfermant du cobalt. Un traitement par aluminisation sera toutefois préférable au revêtement de type stellite car il est souhaitable d'éviter au maximum la présence de cobalt à l'intérieur de la cuve d'un réacteur nucléaire. Il est à remarquer que les plans d'appuis des éléments de structures internes sur la surface intérieure de la cuve principale 1 se trouvent dans la partie inférieure de la cuve principale 1, dans laquelle le sodium liquide 25, pendant le fonctionnement du réacteur nucléaire, est à une température voisine de 400°C. Ainsi, l'invention a pour objet la réalisation d'une cuve réacteur d'un RNR à boucles compact permettant d'effectuer un changement ou un remplacement de tout ou partie des éléments de la structure interne dans le but d'une opération de réparation. Pour cela, l'architecture du RNR à boucles suivant l'invention s'appuie sur une configuration de collecteur annulaire d'alimentation du coeur et de refroidissement de la périphérie de la cuve principale, sur des tuyauteries primaires courtes et concentriques ainsi que sur des dispositifs d'étanchéités démontables et des systèmes d'étanchéités glissants équipés de joints pistons et de labyrinthes.15

Claims (18)

REVENDICATIONS

1. Cuve réacteur (100) d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides à boucles comportant une cuve principale (1) renfermant : - un coeur (22) composé d'assemblages combustibles (32) aptes à être refroidis par un fluide caloporteur (25), - une tuyauterie d'entrée (10) de fluide caloporteur, pour l'entrée dudit fluide caloporteur (25) dans ladite cuve principale (1) avant son réchauffement au contact desdits assemblages combustibles (32), - une tuyauterie de sortie (11) de fluide caloporteur (25), pour l'évacuation dudit fluide caloporteur (25) après son réchauffement au contact desdits assemblages combustibles (32), - des moyens de support (5) dudit coeur (22), ladite cuve réacteur (100) étant caractérisée en ce que - lesdites tuyauteries d'entrée (10) et de sortie (11) sont agencées de façon concentrique, ladite tuyauterie d'entrée (10) entourant ladite tuyauterie de sortie (11) et délimitant ainsi avec la paroi externe de ladite tuyauterie de sortie (11) un volume d'entrée (12) dudit fluide caloporteur (25) ; - ladite cuve réacteur (100) comporte : o une cuve interne (2) logée à l'intérieur de ladite cuve principale (1) et délimitant avec la paroi interne de ladite cuve principale (1) un collecteur de forme annulaire (3), ladite cuve interne (2) étant connectée à ladite tuyauterie de sortie (11) de sorte que ledit volume d'entrée (12) est en communication avec ledit collecteur (3), o des moyens de connexion et de déconnexion (24) entre ladite cuve interne (2) et ladite tuyauterie de sortie (11) du fluide caloporteur (25).

2. Cuve réacteur (100) d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides à boucles selon la revendication 1 caractérisée en ce que lesdits moyens de connexion et de déconnexion (24) sont réalisés par des joints pistons.

3. Cuve réacteur (100) d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides à boucles selon la revendication 2 caractérisée en ce que l'interface dudit au moins un joint piston avec ladite tuyauterie de sortie est une interface à labyrinthe.

4. Cuve réacteur (100) d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides à boucles selon la revendication 1 caractérisée en ce que lesdits moyens de connexion et de déconnexion sont réalisés par des soufflets.

5. Cuve réacteur (100) d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides à boucles selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que lesdits moyens de support (5) du coeur sont formés par un sommier sur lequel ledit coeur (22) est posé, ledit sommier (5) reposant sur un platelage (14), ledit platelage étant en appui sur une bride annulaire (15) logée en fond de ladite cuve principale (1).

6. Cuve réacteur (100) d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides à boucles selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que ladite cuve principale comporte une bride (34) et lesdits moyens de support (5) du coeur sont formés par un sommier sur lequel ledit coeur (22) est posé, ledit sommier (5) reposant sur un platelage (14), ledit platelage (14) étant suspendu dans ladite cuve principale (1) par ladite virole interne (2) en appui sur ladite bride (34) de ladite cuve principale

7. Cuve réacteur (100) d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides à boucles selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'étanchéité entre ledit collecteur (3) et le volume interne (30) de ladite cuve interne (2).

8. Cuve réacteur (100) d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides à boucles selon la revendication 7 caractérisée en ce que l'étanchéité dudit collecteur annulaire (3) est réalisée par au moins un joint piston (4).

9. Cuve réacteur (100) d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides à boucles selon la revendication 8 caractérisée en ce que ledit au moins un joint piston (4) est associé à un système de labyrinthe (17).

10.Cuve réacteur (100) d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides à boucles selon la revendication 9 caractérisée en ce que l'étanchéité dudit collecteur annulaire (3) est réalisée par trois joints pistons (4) circulaires non fermés dont chaque ouverture est orientée à 120°de la précédente.

11. Cuve réacteur (100) d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides à boucles selon la revendication 7 caractérisée en ce que ladite cuve principale comporte une bride (34) et l'étanchéité dudit collecteur annulaire (3) est réalisée par la présence d'un contact métal/métal entre ladite virole interne (2) et ladite bride (34) de ladite cuve principale (1).

12.Cuve réacteur (100) d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides à boucles selon l'une des revendications 1 à 11 caractérisée en ce que ladite cuve réacteur (100) comporte des moyens de dépressurisation du fond de ladite cuve principale (1).

13. Cuve réacteur (100) d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides à boucles selon la revendication 12 caractérisée en ce que lesdits moyens de dépressurisation comportent au moins un système de labyrinthe et au moins une chandelle (18). 10

14. Cuve réacteur (100) d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides à boucles selon l'une des revendications 1 à 13 caractérisée en ce que lesdits moyens de support (5) du coeur sont formés par un sommier sur lequel ledit coeur (22) est posé, ledit sommier (5) comportant une virole 15 externe (36) prolongeant ladite virole interne (2), ladite virole externe (36) présentant au moins un orifice annulaire (6) d'alimentation dudit sommier (5) en fluide caloporteur (25).

15. Cuve réacteur (100) d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides à 20 boucles selon l'une des revendications 1 à 14 caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'étanchéité entre ledit collecteur (3) et le volume interne (30) de ladite cuve interne (2) et en ce que ladite virole interne (2) forme dans sa partie supérieure un prolongement (8) situé au dessus desdits moyens d'étanchéité créant un deuxième espace 25 annulaire de refroidissement (7) avec ladite cuve principale (1).

16.Cuve réacteur (100) d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides à boucles selon la revendication 15 caractérisée en ce que ledit deuxième espace annulaire (7) présente au moins un orifice (9)5 permettant l'entrée du fluide caloporteur (25) froid dans un volume interne (30) de ladite cuve interne (2) recevant le fluide caloporteur (25) chaud.

17. Cuve réacteur (100) d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides à boucles selon l'une des revendications 15 à 16 caractérisée en ce que ledit deuxième espace annulaire de refroidissement (7) se situe en dessous du niveau supérieur (26) du fluide caloporteur (25) pour tous régimes de fonctionnement du réacteur nucléaire.

18. Procédé de démontage des éléments de la structure interne d'une cuve réacteur (100) d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides à boucles selon l'une des revendications 1 à 17, ladite structure interne comportant : -un sommier (5) ; - un platelage (14) ; ledit procédé de démontage étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : déconnexion de ladite cuve interne (2) et de ladite tuyauterie de sortie (11) via lesdits moyens de connexion et de déconnexion (24) ; - démontage de la virole interne (2) ; - démontage du sommier (5) ; démontage du platelage (14).25