FR2995123A1 - Reacteur nucleaire rapide integre, refroidi par un metal liquide, a echangeur intermediaire annulaire et moyens de surete passifs - Google Patents

Abstract

Réacteur nucléaire rapide intégré, refroidi par un métal liquide, à échangeur intermédiaire annulaire et moyens de sûreté passifs. Ce réacteur comprend une cuve principale (48), contenant un volume de métal liquide ainsi qu'une cuve interne (50) séparée de la cuve principale par un espace intermédiaire contenant au moins un échangeur intermédiaire annulaire (51, 57), comprenant des collecteurs inférieur (60) et supérieur (62), des tubes (64) pour faire passer un fluide caloporteur du collecteur inférieur au collecteur supérieur, et un conduit central (52, 66) ayant une extrémité inférieure pour recevoir du métal liquide de la cuve interne et une extrémité supérieure sous le collecteur supérieur. Selon l'invention, ce conduit comporte des perçages (56) à sa base.

Description

REACTEUR NUCLEAIRÉ RAPIDE INTEGRE, REFROIDI PAR UN MÉTAL LIQUIDE, A ECHANGEUR INTERMÉDIAIRE ANNULAIRE ET MOYENS DE SURETE PASSIFS DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un réacteur nucléaire à neutrons rapides de type intégré (en anglais, pool-type fast neutron nuclear reactor), refroidi par un métal liquide, à échangeur de chaleur intermédiaire annulaire et moyens de sûreté passifs. Elle s'applique notamment aux réacteurs à neutrons rapides, refroidis au sodium liquide (en anglais, liquid-sodium-cooled fast neutron reactors).

On précise que le réacteur nucléaire considéré ici a une cuve interne (en anglais, inner vessel) dite cylindrique par opposition aux réacteurs à cuve interne dite à redan. On parle aussi d'un réacteur à redan 20 cylindrique par opposition aux réacteurs à redan conique. On va revenir sur cette question dans ce qui suit. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE 25 On sait qu'un réacteur à neutrons rapides intégré est généralement refroidi par du sodium liquide : le sodium primaire traverse le coeur du réacteur et transfère la chaleur, qu'il récupère dans le coeur, au sodium du circuit secondaire, par 30 l'intermédiaire d'un ou de plusieurs échangeurs de chaleur intermédiaires ; il est ensuite repris par une ou plusieurs pompes primaires et renvoyé vers le coeur du réacteur. En fonctionnement normal, le sodium primaire traverse le coeur du réacteur pour emporter la chaleur qui y est produite. A la sortie du coeur, le sodium primaire arrive dans une zone couramment appelée « collecteur chaud ». Ce dernier est séparé d'une autre zone appelée « collecteur froid », par une paroi appelée « redan ». La figure 1 est une vue en coupe schématique d'un échangeur de chaleur intermédiaire connu, qui est utilisé dans les réacteurs à neutrons rapides intégrés, refroidis par du sodium liquide. On y voit des fenêtres d'entrée 2 et des fenêtres de sortie 4 du sodium primaire, ainsi qu'une canalisation d'entrée 6 et une canalisation de sortie 8 du sodium secondaire. Les flèches Fl à F6 symbolisent les trajets respectifs du sodium primaire et du sodium secondaire. Le sodium primaire chaud pénètre dans l'échangeur (flèches F1), se refroidit en traversant celui-ci (flèches F2) puis quitte l'échangeur (flèches F3). Le sodium secondaire froid pénètre, quant à lui, dans l'échangeur (flèches F4), se réchauffe en traversant celui-ci (flèches F5) puis quitte l'échangeur (flèches F6). Dans les réacteurs à redan conique, tels que le réacteur Phénix, les échangeurs intermédiaires traversent le redan. Ainsi, leur partie supérieure est dans le sodium primaire chaud, et leur partie inférieure dans le sodium primaire froid. Et un dispositif d'étanchéité, généralement constitué d'une cloche de gaz, sépare ces deux parties l'une de l'autre tout en autorisant les déplacements relatifs de celles- ci au gré des dilatations différentielles axiales et radiales. Mais un redan conique empêche le passage d'instruments de contrôle. Pour remédier à cet inconvénient, des études ont été menées pour mettre en place un redan dit cylindrique, ou du moins un redan qui n'empêche pas d'accéder à divers composants immergés dans le sodium primaire froid. Dans un réacteur à neutrons rapides, comportant un redan cylindrique, les échangeurs intermédiaires sont uniquement immergés dans le sodium primaire froid et le sodium primaire chaud leur est amené par des connexions spécifiques, répondant aux conditions de déplacement relatif et garantissant l'accès aux composants immergés dans le sodium primaire froid. La problématique de l'étanchéité, liée à la forme du redan et aux contraintes de dilatation relative a été prise en compte dans les documents suivants auxquels on se reportera : BE 852.305, « Réacteur nucléaire à neutrons rapides » US 4,101,377, « Fast neutron reactor », correspondant au document précédent. On se reportera en particulier à la figure 4 de chacun de ces documents. Elle montre un échangeur intermédiaire annulaire qui se trouve seulement dans le sodium primaire froid et ne comporte aucune cloche de gaz. Toutefois, ces documents n'envisagent pas le cas d'une baisse du niveau de sodium primaire dans la cuve principale d'un réacteur en deçà d'une valeur nominale communément admise. Une telle baisse de niveau peut par exemple se produire si une brèche survient sur la cuve principale du réacteur et éventuellement sur la cuve de sécurité.

Cela peut provoquer le dénoyage de la fenêtre d'entrée de l'échangeur intermédiaire (voir la figure 1 décrite plus haut) et donc interrompre la boucle hydraulique permettant de faire circuler le sodium primaire de la sortie du coeur du réacteur vers la base de celui-ci. Alors un problème d'évacuation de puissance résiduelle (en anglais, decay heat removal) se pose. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents. Elle a pour objet un réacteur nucléaire rapide intégré, refroidi par un métal liquide. Ce réacteur comprend au moins un échangeur de chaleur intermédiaire annulaire et des moyens de sûreté passifs, ou moyens de sauvegarde passifs, qui constituent une sorte de by-pass. Ces derniers comprennent des perçages à la base du conduit servant à alimenter l'échangeur en 30 métal liquide. Et dans un mode de réalisation préféré de l'invention, ils comprennent en outre un organe d'obturation de ces perçages, qui est déplaçable à l'intérieur de ce conduit et rigidement solidaire d'un flotteur. On résout de cette façon le problème, 5 mentionné plus haut, de l'évacuation de la puissance résiduelle. L'invention permet ainsi un gain significatif en termes de fiabilité et de sûreté du réacteur. 10 Elle permet en outre une réduction des coûts de construction et d'exploitation du réacteur. En effet, l'échangeur intermédiaire annulaire se trouve entre la cuve interne et la cuve principale du réacteur et donc seulement dans le sodium primaire froid. On 15 évite ainsi l'utilisation d'un système d'étanchéité baignant dans le sodium liquide. De façon précise, la présente invention a pour objet un réacteur nucléaire à neutrons rapides, de type intégré, refroidi par un métal liquide, comprenant 20 une cuve principale, contenant un volume de métal liquide ainsi qu'une cuve interne séparée de la cuve principale par un espace intermédiaire contenant au moins un échangeur de chaleur intermédiaire annulaire, délimité par une enveloppe externe et comprenant un 25 collecteur inférieur, adapté pour l'arrivée d'un fluide de transfert de chaleur, un collecteur supérieur, adapté pour la sortie du fluide de transfert de chaleur, des tubes de transfert de chaleur verticaux pour faire passer le fluide de transfert de chaleur du 30 collecteur inférieur au collecteur supérieur, et un conduit central vertical, entouré par le collecteur inférieur et par les tubes de transfert de chaleur et ayant une extrémité inférieure, adaptée pour recevoir le métal liquide de la cuve interne, et une extrémité supérieure, située sous le collecteur supérieur et espacée de celui-ci, permettant ainsi au métal liquide de sortir du conduit central vertical et d'être en contact avec les tubes de transfert de chaleur (dans un flux descendant), la partie inférieure de l'échangeur de chaleur étant adaptée pour la sortie du métal 10 liquide, caractérisé en ce que le conduit central vertical comporte des perçages au voisinage de l'extrémité inférieure de ce conduit central vertical. Selon un mode de réalisation préféré du réacteur nucléaire, objet de l'invention, ce réacteur 15 comprend en outre un ensemble constitué par : -un organe d'obturation qui est déplaçable à l'intérieur du conduit central vertical, pour obturer les perçages, et -un flotteur qui est rigidement solidaire 20 de l'organe d'obturation, et prévu pour flotter dans le métal liquide,dans lequel l'ensemble est prévu pour que le flotteur maintienne l'organe d'obturation dans une position dans laquelle il obstrue les perçages lors d'un fonctionnement normal du réacteur pour lequel le 25 métal liquide a un niveau donné dans la cuve principale, de sorte qu'en cas de baisse du niveau, le flotteur et donc l'organe d'obturation s'abaissent, permettant ainsi au métal liquide de traverser les perçages. 30 De préférence, dans ce cas, le réacteur comprend en outre un organe de commande du flotteur, désolidarisable de ce dernier, pour manoeuvrer le flotteur afin de l'abaisser ou de le remonter. Selon un premier mode de réalisation particulier de l'invention, les perçages sont répartis sur au moins une ligne verticale. Selon un deuxième mode de réalisation particulier, les perçages sont oblongs, orientés verticalement et répartis sur la périphérie du conduit central vertical.

Selon un mode de réalisation particulier du réacteur, objet de l'invention, des fenêtres sont prévues à la base de l'enveloppe externe de l'échangeur de chaleur et un espace est prévu entre le collecteur inférieur et le conduit central vertical pour permettre au métal liquide de sortir de l'échangeur. Le réacteur peut comprendre en outre une canalisation périphérique entourant l'enveloppe externe pour amener le fluide de transfert de chaleur au collecteur inférieur.

Il peut aussi comprendre en outre un conduit vertical, situé au-dessus du collecteur supérieur, pour évacuer le fluide de transfert de chaleur du collecteur supérieur. De préférence, le réacteur, objet de l'invention, comprend en outre un ou plusieurs conduits qui débouchent dans l'espace compris entre le collecteur supérieur et l'extrémité supérieure du conduit central vertical, pour évacuer tout gaz susceptible de se trouver dans le métal liquide vers une zone du réacteur, située au-dessus du volume de métal liquide.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'extrémité inférieure du conduit central vertical est reliée de façon démontable à une canalisation destinée à amener le métal liquide de la cuve interne au conduit central vertical. De préférence, le réacteur, objet de l'invention, comprend en outre un organe d'obturation pour empêcher l'arrivée du métal liquide à l'échangeur de chaleur.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : -la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un échangeur de chaleur intermédiaire connu, qui est utilisé dans les réacteurs à neutrons rapides intégrés, refroidis par du sodium liquide, et a déjà été décrite, -la figure 2 illustre schématiquement l'implantation d'échangeurs intermédiaires annulaires ne comprenant pas les moyens de sûreté utilisés dans 25 l'invention, -la figure 3 est une vue en coupe schématique de l'un de ces échangeurs intermédiaires annulaires, -la figure 4 illustre schématiquement deux 30 modes de réalisation particuliers de l'invention, -la figure 5 illustre schématiquement ces deux modes de réalisation particuliers de façon plus détaillée, -les figures 6 à 8 illustrent schématiquement le fonctionnement d'un mode de réalisation préféré de l'invention, utilisant un obturateur, et -la figure 9 illustre schématiquement un organe d'obturation pour empêcher le métal liquide d'arriver à l'échangeur utilisé dans l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Avant de décrire des exemples de l'invention, considérons l'implantation d'échangeurs intermédiaires annulaires dans un réacteur à neutrons rapides, de type intégré, refroidi au sodium, ainsi que le principe de fonctionnement de tels échangeurs, en faisant référence aux figures 2 et 3. L'implantation de ces échangeurs est 20 schématiquement illustrée par la figure 2 et leur principe de fonctionnement par la figure 3. On précise que ces échangeurs sont dépourvus des moyens de sûreté (by-pass) utilisés dans l'invention. Le réacteur à neutrons rapides, de type 25 intégré, schématiquement représenté sur la figure 2, est un réacteur 10 à redan cylindrique. Il comprend une cuve principale (en anglais, main vessel) 12 et une cuve de sécurité (en anglais, safety vessel) 14 dans laquelle est placée la cuve principale. 30 Les cuves 12 et 14 sont pendues à la dalle 16 de fermeture du réacteur. La cuve interne 18 de ce dernier est placée dans la cuve principale 12 et contient le coeur 20 du réacteur. Sur la figure 2, on voit aussi les barres de commandes 22 pour le contrôle du coeur.

Le réacteur 10 comprend aussi au moins un échangeur de chaleur intermédiaire annulaire mais en général plusieurs échangeurs de ce genre : dans l'exemple, il y en a deux qui ont les références 24 et 26 sur la figure 2. Ces échangeurs sont totalement placés dans l'espace intermédiaire, compris entre les cuves 12 et 18. Ils sont identiques et l'un d'entre eux, l'échangeur 24, est vu en coupe schématique sur la figure 3. Le réacteur 10 contient du sodium liquide, ou sodium primaire. Ce dernier se répartit entre la cuve interne 18 et l'espace intermédiaire compris entre la cuve principale 12 et la cuve interne 18. Cette dernière constitue le collecteur chaud du réacteur. Le sodium primaire y est chauffé par le coeur 20. Il traverse ensuite les échangeurs intermédiaires. La chaleur qu'il a acquise dans le collecteur chaud y est transférée à un fluide de transfert de chaleur, généralement constitué par du sodium liquide, ou sodium secondaire.

Le sodium primaire ainsi refroidi passe dans l'espace intermédiaire qui constitue le collecteur froid du réacteur. Dans ce dernier, outre les échangeurs intermédiaires, se trouvent une ou plusieurs pompes (non représentées sur la figure) qui permettent de renvoyer le sodium primaire, contenu dans le collecteur froid, au coeur 20 du réacteur.

Comme on le voit, les parties supérieures respectives du collecteur chaud et du collecteur froid sont ouvertes. Un volume d'un gaz chimiquement neutre vis-à-vis du sodium, typiquement de l'argon, est compris entre les surfaces libres de ces collecteurs et la dalle 16 de fermeture du réacteur. En revenant à la figure 3, on voit que l'échangeur intermédiaire 24 est suspendu à la dalle 16. Il est alimenté en sodium secondaire froid par un espace annulaire périphérique 28 qui se prolonge jusqu'à la partie basse de l'échangeur, constituée par le collecteur inférieur 30 de celui-ci. Le collecteur supérieur de l'échangeur a la référence 32 sur la figure 3. Il est relié au collecteur inférieur 30 par des tubes de transfert de chaleur verticaux 34. Le sodium secondaire traverse ces tubes, pour récupérer la chaleur du sodium primaire, et ressort de l'échangeur par un conduit vertical 36. Comme on le voit sur la figure 3, l'échangeur intermédiaire 24 comporte une partie évidée verticale qui est entourée par l'ensemble des tubes 34 et par le collecteur inférieur 30. Un conduit central vertical 38 se trouve dans cette partie évidée. Il communique avec la cuve interne 18 par l'intermédiaire d'une canalisation 40. Le sodium primaire chaud, en provenance de la sortie du coeur du réacteur (non représenté sur la figure 3), remonte dans le conduit 38 et en sort par l'extrémité supérieure de celui-ci qui est située sous le collecteur supérieur 32 et espacée de celui-ci, comme on le voit. Le sodium primaire chaud descend alors dans l'échangeur, le long des tubes 34. Il transfère sa chaleur au sodium secondaire et rejoint le sodium primaire contenu dans le collecteur froid du réacteur : -grâce à des fenêtres de sortie 42 prévues à la partie inférieure de l'échangeur, au-dessus du collecteur inférieur 30, comme on le voit, et aussi -grâce à un espace annulaire 44 qui entoure 10 le conduit 38 et constitue une zone de la partie évidée, non occupée par ce conduit 38. La majeure partie de l'échangeur intermédiaire annulaire 24 constitue une sorte de cloche qui coiffe le conduit 38. Comme cet échangeur 15 est totalement placé dans le collecteur froid du réacteur, il ne nécessite aucun dispositif d'étanchéité, tel qu'une cloche de gaz, du genre de ceux qui sont nécessaires dans les réacteurs à redan conique. 20 Sur les figures 2 et 3, les flèches F7 à F13 symbolisent les trajets respectifs du sodium primaire et du sodium secondaire. Le sodium primaire se réchauffe en traversant le coeur 20 du réacteur 10 (flèche F7). Le 25 sodium primaire ainsi chauffé passe de la cuve interne 18 au conduit 38 et en sort par la partie supérieure de ce dernier (flèches F8). Il se refroidit en descendant le long des tubes 34 (flèches F9) et le sodium primaire froid quitte l'échangeur par les fenêtres 42 et 30 l'espace annulaire 44 (flèches F10).

Le sodium secondaire froid parcourt l'espace annulaire périphérique 28 et atteint le collecteur inférieur 30 (flèches F11). Il remonte ensuite vers le collecteur supérieur 32 en traversant les tubes 34 où il se réchauffe (flèches F12). Puis le sodium secondaire ainsi réchauffé quitte le collecteur supérieur et passe dans le tube 36 (flèches F13). On va maintenant décrire des exemples de l'invention en faisant référence aux figures 4 et 5. La figure 4 illustre schématiquement deux modes de réalisation particuliers de l'invention et la figure 5 les montre de façon plus détaillée. Comme on l'a vu plus haut, l'invention concerne essentiellement une modification du conduit central vertical, servant à amener un métal liquide - le sodium liquide dans les exemples - à un échangeur intermédiaire annulaire, totalement placé dans l'espace intermédiaire d'un réacteur rapide, de type intégré, refroidi par le métal liquide. On rappelle que cet espace intermédiaire est l'espace compris entre la cuve interne et la cuve principale du réacteur. Comme on peut le voir sur les figures 4 et 5, la structure des échangeurs de chaleur utilisés dans les exemples illustrés par ces figures est peu différente de la structure des échangeurs représentés sur les figures 2 et 3. Il convient également de noter que seul l'un des deux modes de réalisation particuliers de l'invention est complètement illustré par les figures 4 et 5 : leurs conduits centraux verticaux respectifs sont percés mais pour le premier d'entre eux, qui utilise un ensemble flotteur-obturateur, on a représenté l'échangeur de chaleur et le conduit central vertical associé, vu en coupe, tandis que pour le deuxième, qui n'en utilise pas, on a seulement représenté le conduit central vertical et simplement esquissé l'échangeur de chaleur correspondant. On peut donc avoir deux modes de réalisation de l'invention (ou plus de deux) dans un même réacteur nucléaire. Mais on peut bien entendu avoir un seul mode de réalisation par réacteur, en un ou plusieurs exemplaires, suivant le nombre d'échangeurs de chaleur intermédiaires dans ce réacteur. On va donc décrire les deux modes de 15 réalisation particuliers en commençant par le deuxième d'entre eux, qui est le plus simple. Les perçages sont créés, conformément à l'invention, dans le conduit d'amenée du sodium primaire à l'échangeur intermédiaire, pour permettre un 20 débit D de sodium primaire limité à quelques pourcent du débit Dn en fonctionnement normal, en cas de baisse du niveau du sodium primaire (non représenté). On choisit D inférieur à 0,1xDn. De préférence, D est dans l'intervalle allant de 0,05xDn à 25 0,1xDn dans le premier mode de réalisation particulier et dans l'intervalle allant de 0,01xDn à 0,02xDn dans le deuxième. Les perçages sont situés à la partie basse de l'échangeur, dans une zone toujours efficace. Si 30 leur fonctionnement n'est pas compromis, ils permettent de continuer à évacuer la puissance résiduelle.

Dans le cas où l'on tolère un débit de fuite permanent, qui est certes interne à l'échangeur mais affecte quelque peu le rendement du réacteur, de simples perçages réalisés sur le conduit d'amenée du sodium primaire chaud peuvent suffire. Cela correspond au deuxième mode de réalisation particulier. Ce deuxième mode de réalisation particulier, schématiquement représenté sur les figures 4 et 5, concerne donc un réacteur nucléaire à neutrons rapides 46, de type intégré, refroidi par du sodium liquide. Ce réacteur comprend une cuve principale 48 que l'on a simplement esquissée sur les figures 4 et 5. Sa cuve interne 50 est séparée de la cuve principale 48 par un espace intermédiaire contenant l'échangeur intermédiaire 51 considéré dans le deuxième mode de réalisation particulier. On voit simplement le conduit central vertical 52 dont l'extrémité inférieure est reliée à une canalisation 54 destinée à amener le sodium liquide de la cuve interne 50 au conduit central vertical 52. Ce conduit central vertical 52 comporte des perçages 56 au voisinage de son extrémité inférieure. Dans l'exemple décrit, ces perçages sont répartis sur une ligne verticale. On peut aussi les répartir sur plusieurs lignes verticales parallèles. On décrit maintenant le premier mode de réalisation particulier, schématiquement représenté sur les figures 4 et 5. L'échangeur intermédiaire 57, considéré 30 dans ce premier mode de réalisation particulier, comprend une enveloppe interne 58 ainsi qu'un collecteur inférieur 60, un collecteur supérieur 62 et des tubes de transfert de chaleur verticaux 64 pour faire passer le sodium secondaire (non représenté) du collecteur inférieur au collecteur supérieur.

Le conduit central vertical associé 66 est entouré par le collecteur inférieur 60 et par les tubes de transfert de chaleur 64. Son extrémité inférieure est reliée à une canalisation 68, destinée à amener le sodium primaire de la cuve interne 50 au conduit 66.

Son extrémité supérieure est située en regard du collecteur supérieur 62 et espacée de celui-ci, ce qui permet au sodium primaire de sortir du conduit 66 et d'être en contact avec les tubes 64. Le conduit 66 comporte encore des perçages, ou fenêtres, au voisinage de son extrémité inférieure. Ces perçages ne sont pas visibles sur les figures 4 et 5. Mais on peut les voir sur les figures 7 et 8 qui seront ultérieurement décrites et sur lesquelles ces perçages ont la référence 70. Comme on le voit, ces perçages 70 sont oblongs, orientés verticalement et répartis sur la périphérie du conduit central vertical 66. D'autres perçages 72, ou fenêtres, sont prévus au niveau de la base de l'enveloppe interne 58 sur la canalisation périphérique 78 et un espace 74 est prévu entre le collecteur inférieur 60 et le conduit 66 pour permettre au sodium primaire de sortir de l'échangeur 57. Il en est de même pour ce qui concerne le deuxième mode de réalisation particulier déjà décrit en faisant référence aux figures 4 et 5.

On voit aussi un conduit vertical 76 qui est situé au-dessus du collecteur supérieur 62 et destiné à évacuer le sodium secondaire de ce collecteur 62. On trouve également un conduit de ce type dans le cas du deuxième mode de réalisation particulier. Dans les premier et deuxième modes de réalisation particuliers des figures 4 et 5, il y a aussi une canalisation périphérique 78 qui entoure l'enveloppe interne 58 pour amener le sodium secondaire au collecteur inférieur 60. En fait, dans l'exemple représenté, une paroi intermédiaire 80 divise la canalisation périphérique 78 en deux parties, comme on peut le voir. Cela permet de minimiser les contraintes thermiques dues à l'écart de température entre le sodium secondaire qui se dirige vers le collecteur inférieur 60 et le sodium primaire qui s'écoule le long des tubes 64. Au-dessus de la dalle du réacteur (non représentée), les parties supérieures respectives du conduit 76 et de la canalisation 78 sont raccordées à un circuit secondaire, symbolisé par les flèches Fa et Fb sur la figure 4. On précise que la liaison entre le conduit 52 et la canalisation 54 est démontable. Il en est de même pour le conduit 66 et la canalisation 68. Cela permet de remplacer plus aisément les conduits 52 et 66 respectivement associés aux deux échangeurs. Revenons au premier mode de réalisation particulier. Comme on le voit sur les figures 4 et 5, le conduit 66 est pourvu d'un ensemble constitué par : -un obturateur 82 qui est déplaçable à l'intérieur du conduit 66, pour obturer les perçages 70 (figures 7 et 8) que celui-ci comporte, et -un flotteur 84 qui est rendu rigidement 5 solidaire de l'obturateur 82 à l'aide de tiges verticales 86 et qui est prévu pour flotter dans le sodium primaire. Cet ensemble est prévu pour que le flotteur 84 maintienne l'obturateur 82 dans une position dans 10 laquelle il obstrue les perçages 70 lors d'un fonctionnement normal du réacteur, pour lequel le sodium primaire a un niveau donné dans la cuve principale 48. Ainsi, en cas de baisse du niveau de sodium primaire dans cette cuve 48, le flotteur 84 et 15 donc l'obturateur 82 s'abaissent, ce qui permet au sodium primaire de traverser les perçages 70. A titre purement indicatif et nullement limitatif, le flotteur 84 est une pièce creuse en un matériau qui résiste au sodium liquide, par exemple en 20 acier inoxydable. Dans l'exemple représenté, la base du collecteur supérieur 62, comporte un logement 88, destiné à recevoir le flotteur 84 en position haute, correspondant au fonctionnement normal du réacteur, 25 comme on le voit. De plus, dans cet exemple, on prévoit un organe pour manoeuvrer le flotteur 84 afin de l'abaisser ou de le remonter. Cet organe est désolidarisable du flotteur. Il s'agit d'une barre verticale 90 30 constituant une commande de secours pour manoeuvrer le flotteur 84 au cas où celui-ci serait bloqué dans l'une des positions qu'il est susceptible d'occuper. Une connexion de type baïonnette est prévue entre la barre 90 et le flotteur 84. Sur les figures 4 et 5, les flèches f 5 symbolisent les mouvements verticaux que l'on peut effectuer avec la barre 90. En temps normal, cette barre 90 est déconnectée du flotteur 84 ; elle est dans une position supérieure verrouillée. Si, par exemple, le niveau du 10 sodium primaire baisse mais le flotteur ne descend pas, on peut le pousser vers le bas au moyen de la barre. La barre 90 coulisse dans un tube vertical 92 qui communique avec l'espace compris entre le collecteur supérieur 62 et la partie supérieure du 15 conduit 66. Ce tube vertical 92 traverse le conduit vertical 76 et émerge à la partie supérieure de ce dernier par un passage 94 (figure 4) qui est étanche au sodium secondaire. La barre 90 sort du tube 92 par un passage 96 qui est étanche au sodium primaire tout en 20 permettant les mouvements de la barre 90. Dans les deux modes de réalisation particuliers représentés sur les figures 4 et 5, on prévoit un ou plusieurs conduits, tels que les conduits 98, qui débouchent au niveau du logement 88, dans 25 l'espace compris entre le collecteur supérieur 62 et l'extrémité supérieure du conduit central vertical 66, pour évacuer tout gaz susceptible d'être relâché par le sodium primaire vers une zone supérieure du réacteur, située sous la dalle du réacteur mais au-dessus du 30 volume de sodium primaire que celui-ci contient.

En effet, cette zone supérieure contient un gaz tel que l'argon, qui ne réagit pas avec le sodium liquide. Lorsqu'on met en place un nouvel échangeur sur le conduit central vertical correspondant, on risque donc d'introduire une certaine quantité d'argon dans le sodium primaire. Les conduits 98 constituent des évents qui permettent de renvoyer cet argon vers la zone supérieure. Les figures 6 à 8 illustrent schématiquement le fonctionnement de l'ensemble flotteur 84-obturateur 82. En fonctionnement normal, donc lorsque le niveau de sodium primaire est normal, le flotteur 84 est en position haute et maintient l'obturateur 82 en position haute (figure 6). De ce fait, les fenêtres 70 (figure 7) sont obstruées et le débit de fuite du sodium primaire à travers celles-ci est extrêmement faible. La quasi-totalité 100 du sodium primaire monte dans le conduit central vertical 66.

Si une brèche survient sur la cuve principale 48 (et éventuellement de sécurité) du réacteur (figures 4 et 5) et provoque une baisse excessive du niveau de sodium primaire, le flotteur 84 suit le mouvement (figure 7) et les fenêtres 70 commencent à ne plus être obstruées. Du sodium primaire 102 peut les traverser. Si la baisse de sodium primaire continue, les fenêtres 70 finissent par ne plus être obstruées du tout (figure 8). Cela permet le passage d'un débit minime de sodium primaire 104, qui est nécessaire à l'évacuation de la puissance résiduelle du coeur du réacteur : on assure ainsi la continuité de la circulation du sodium primaire permettant le refroidissement du coeur. On précise que les jeux, ou espaces, existant entre le conduit central vertical et les tubes verticaux d'une part, et entre ce conduit central vertical et le collecteur inférieur de l'échangeur intermédiaire correspondant d'autre part, sont de préférence suffisamment importants pour éviter tout contact accidentel lorsque l'échangeur est introduit dans l'espace intermédiaire pour être mis en place sur le conduit central vertical correspondant. De plus, ces jeux sont définis pour ajuster le débit de sodium primaire et les pertes de charge à la sortie de cet échangeur. De préférence, chaque échangeur intermédiaire est pourvu d'un organe d'obturation pour empêcher l'arrivée de sodium primaire à cet échangeur, comme l'illustre schématiquement la figure 9.

On voit un obturateur d'alimentation 106 sous forme de guillotine qui est implanté sous une fenêtre d'alimentation 108 de chaque échangeur intermédiaire tel que l'échangeur 57. Cette fenêtre 108 est en fait l'ouverture par laquelle la canalisation 68 servant à amener le sodium primaire au conduit central vertical correspondant 66, débouche dans la cuve interne 50, contenant le coeur 110 du réacteur 46. La fermeture de cette fenêtre 108 se fait par relevage de l'obturateur 106 pour éviter toute 30 chute intempestive de cette fenêtre qui empêcherait alors le passage du sodium primaire lors d'un fonctionnement normal du réacteur. L'obturateur d'alimentation 106 permet une remise en fonctionnement du réacteur à puissance réduite, par exemple lorsqu'une boucle de sodium intermédiaire devient indisponible ou lorsqu'une pompe d'un circuit secondaire s'est déclenchée. L'obturateur 106 permet aussi de continuer à faire fonctionner le réacteur à puissance modérée lorsqu'un échangeur intermédiaire devient défectueux : ce dernier peut être retiré pour être réparé tout en maintenant l'obturation de son alimentation opérationnelle. On voit aussi sur la figure 9 qu'il est possible de protéger thermiquement la face supérieure du sommier-platelage (en anglais, diagrid upper sicle) 112 du réacteur par une couche d'un isolant thermique 114, par exemple constitué par un feuilleté de lamelles en acier inoxydable.

Comme on l'a vu, la présente invention permet de maintenir une boucle hydraulique au moyen d'un système passif en cas de baisse du niveau de sodium primaire dans le réacteur. Elle permet aussi de tolérer une baisse du niveau de sodium primaire plus importante que dans le cas des échangeurs intermédiaires normaux. Comparée aux solutions utilisées jusqu'à présent, l'invention répond à la problématique de la liaison entre la cuve interne cylindrique et un échangeur intermédiaire, et à celle de la perte de la boucle hydraulique au sein du réacteur, en autorisant une circulation, de l'ordre de quelques pourcents, qui permet l'évacuation de la puissance résiduelle et évite donc la fusion du coeur du réacteur. Cela permet l'implantation d'un dispositif 5 de sûreté plus imposant en dehors de la cuve principale du réacteur, tel qu'un récupérateur de corium intercuve (en anglais, intervessel core catcher), permettant de remplir un volume nettement supérieur à une zone intercuve classique dans le cas du percement de la cuve 10 principale du réacteur.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Réacteur nucléaire à neutrons rapides (46), de type intégré, refroidi par un métal liquide, comprenant une cuve principale (48), contenant un volume de métal liquide ainsi qu'une cuve interne (50) séparée de la cuve principale par un espace intermédiaire contenant au moins un échangeur de chaleur intermédiaire annulaire (51, 57), délimité par une enveloppe externe (58) et comprenant un collecteur inférieur (60), adapté pour l'arrivée d'un fluide de transfert de chaleur, un collecteur supérieur (62), adapté pour la sortie du fluide de transfert de chaleur, des tubes de transfert de chaleur verticaux (64) pour faire passer le fluide de transfert de chaleur du collecteur inférieur au collecteur supérieur, et un conduit central vertical (52, 66), entouré par le collecteur inférieur et par les tubes de transfert de chaleur et ayant une extrémité inférieure, adaptée pour recevoir le métal liquide de la cuve interne (50), et une extrémité supérieure, située sous le collecteur supérieur (62) et espacée de celui-ci, permettant ainsi au métal liquide de sortir du conduit central vertical (52, 66) et d'être en contact avec les tubes de transfert de chaleur (64), la partie inférieure de l'échangeur de chaleur étant adaptée pour la sortie du métal liquide, caractérisé en ce que le conduit central vertical (52, 66) comporte des perçages (56, 70) au voisinage de l'extrémité inférieure de ce conduit central vertical.
2. 2. Réacteur nucléaire selon la revendication 1, comprenant en outre un ensemble constitué par : -un organe d'obturation (82) qui est 5 déplaçable à l'intérieur du conduit central vertical (66), pour obturer les perçages (70), et -un flotteur (84) qui est rigidement solidaire de l'organe d'obturation (82), et prévu pour flotter dans le métal liquide, 10 dans lequel l'ensemble est prévu pour que le flotteur (84) maintienne l'organe d'obturation (82) dans une position dans laquelle il obstrue les perçages (70) lors d'un fonctionnement normal du réacteur pour lequel le métal liquide a un niveau donné dans la cuve 15 principale, de sorte qu'en cas de baisse du niveau, le flotteur (84) et donc l'organe d'obturation (82) s'abaissent, permettant ainsi au métal liquide de traverser les perçages (70). 20
3. 3. Réacteur selon la revendication 2, comprenant en outre un organe (90) de commande du flotteur (84) , désolidarisable de ce dernier, pour manoeuvrer le flotteur afin de l'abaisser ou de le remonter. 25
4. 4. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les perçages (56) sont répartis sur au moins une ligne verticale. 30
5. 5. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les perçages (70)sont oblongs, orientés verticalement et répartis sur la périphérie du conduit central vertical (66).
6. 6. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel des fenêtres (72) sont prévues à la base de l'enveloppe externe de l'échangeur de chaleur et un espace (74) est prévu entre le collecteur inférieur (60) et le conduit central vertical (66) pour permettre au métal liquide de sortir de l'échangeur (57).
7. 7. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre une canalisation périphérique (78) entourant l'enveloppe externe (58) pour amener le fluide de transfert de chaleur au collecteur inférieur (60).
8. 8. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant en outre un conduit vertical (76), situé au-dessus du collecteur supérieur (62), pour évacuer le fluide de transfert de chaleur du collecteur supérieur.
9. 9. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant en outre un ou plusieurs conduits (98) qui débouchent dans l'espace compris entre le collecteur supérieur (62) et l'extrémité supérieure du conduit central vertical (66), pour évacuer tout gaz susceptible de se trouver dans le métal liquide vers une zone du réacteur, située au-dessus du volume de métal liquide.
10. 10. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel l'extrémité inférieure du conduit central vertical (52, 66) est reliée de façon démontable à une canalisation (54, 68) destinée à amener le métal liquide de la cuve interne (50) au conduit central vertical.
11. 11. Réacteur selon l'une quelconque des 10 revendications 1 à 10, comprenant en outre un organe d'obturation (106) pour empêcher l'arrivée du métal liquide à l'échangeur de chaleur (57). 15