FR3044155A1 - Dispositif de surete a declenchement passif pour reacteur nucleaire sur une baisse anormale du debit primaire - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif de sûreté à déclenchement passif pour réacteur nucléaire, le dispositif comprenant un assemblage comprenant : • un fourreau (200) destiné à être traversé longitudinalement par un fluide caloporteur ; • un équipage mobile (100), monté mobile en translation selon la direction longitudinale (3) dans le fourreau (200) et comprenant au moins une portion neutrophage ; l'équipage mobile (100) comprend une première portion de portance (110) longitudinalement décalée par rapport à la portion neutrophage et le fourreau (200) comprend une deuxième portion de portance (210), les première et deuxième portions de portance (110, 210) étant conformées de manière à ce que lorsque les première et deuxième portions de portance (110, 210) sont disposées en regard et que le débit Qf du fluide caloporteur traversant longitudinalement le fourreau (200) est supérieur à un débit Qdécienchement, alors le fluide caloporteur exerce sur l'équipage mobile (100) une force suffisante pour assurer la portance de l'équipage mobile dans le fourreau (200) et son maintien en configuration de portance.
Description
DOMAINE DE L’INVENTION L’invention concerne le domaine des réacteurs nucléaires. L’invention concerne plus particulièrement un dispositif de sûreté à déclenchement passif pour interrompre l’activité neutronique dans un réacteur nucléaire lorsque se produit une baisse anormale du débit du fluide caloporteur du circuit primaire destiné à refroidir le cœur fissile du réacteur.
Elle trouve pour application particulièrement avantageuse mais non limitative le domaine des réacteurs nucléaires à neutrons rapides et notamment ceux dans lesquels le fluide caloporteur du circuit primaire est du sodium liquide.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Dans les réacteurs dont le cœur est refroidi par un fluide caloporteur, par exemple les réacteurs nucléaires à neutrons rapides à sodium liquide (RNR-Na), la maîtrise de la réactivité est généralement assurée par plusieurs dispositifs de sûreté permettant d’arrêter la réaction neutronique. La redondance et la différence technologique des dispositifs de sûreté équipant un même réacteur doivent permettre de rendre très peu probable la défaillance de cette fonction d’arrêt.
Ces dispositifs de sûreté sont généralement basés sur la chute et l’insertion dans le cœur fissile de barres absorbantes, également désignées barres neutrophages. Habituellement ces barres absorbantes sont montées en translation à l’intérieur d’un fourreau inséré dans le réacteur et formant avec les barres absorbantes un assemblage disposé à proximité des assemblages contenant la matière fissile. Ces barres abritent des aiguilles absorbantes assemblées en un faisceau.
Ces aiguilles absorbantes doivent être refroidies. En effet, l’irradiation tend à augmenter la température des aiguilles absorbantes. Notamment la réaction d’absorption neutronique par l’isotope 10B génère de la puissance dans le B4C composant généralement les aiguilles absorbantes. Or, pour garantir la fonctionnalité et/ou la tenue mécanique des composants des aiguilles absorbantes, il faut limiter leur température. C’est la raison pour laquelle il faut refroidir les aiguilles absorbantes.
Jusqu’à aujourd’hui, les dispositifs principaux de sûreté des RNR-Na sont des dispositifs actifs, au sens où l’insertion des barres absorbantes est déclenchée par une commande extérieure électrique ou par la perte du signal électrique. Pour la prochaine génération de RNR-Na, il est envisagé de développer des dispositifs additionnels de sûreté, qui sont des dispositifs passifs, opérationnels en cas de défaillance des dispositifs principaux de sûreté, qui sont des dispositifs actifs. Ces dispositifs additionnels de sûreté doivent permettre de faire chuter les barres sans intervention d’un moyen de détection ou d’un opérateur. Il doit au contraire permettre de déclencher la chute de barres absorbantes directement sur un phénomène physique (par exemple, une baisse anormale du débit du fluide caloporteur dans le circuit primaire ou une augmentation de température) auquel le moyen de déclenchement serait sensible. C’est sur ce dernier type de dispositif de sûreté que porte la présente invention.
Plusieurs solutions ont déjà été proposées pour assurer une chute des barres absorbantes qui soit déclenchée de manière passive en cas de baisse anormale du débit du fluide caloporteur dans le circuit primaire.
On rappellera que le circuit primaire est le circuit dont le fluide caloporteur évacue directement la chaleur produite par le cœur fissile. Le circuit primaire est directement au contact des assemblages contenant la matière fissile.
Une première solution est décrite dans le document FR1362783. Cette solution prévoit que la barre absorbante soit soulevée par l'écoulement, obtenu par circulation du caloporteur, à travers un tube de guidage, qui soumet la barre à une traînée visqueuse. Toute diminution de l'écoulement du caloporteur permet à la barre de tomber dans le tube de guidage jusqu'à reposer dans sa position d'arrêt en l'absence d'écoulement.
En pratique, il s’avère avec cette solution du type "ludion", que l’on ne parvient pas à maîtriser précisément la position verticale de la barre et que l’on ne parvient pas à se prémunir de mouvements inappropriés de la barre et de variations de réactivité associées.
Ainsi cette solution ne permet pas de garantir en toute circonstance l'absence de génération d'initiateurs d'accident.
Une autre solution est décrite dans le document RU2069019. Cette solution prévoit une zone de portance prévue au-dessus du cœur, par coopération entre une face externe de la portion neutrophage de la barre absorbante et une face interne au fourreau.
En pratique, il s’avère qu’avec cette solution, les aiguilles absorbantes ne sont pas suffisamment refroidies par le fluide caloporteur traversant l’assemblage. Comme indiqué précédemment, un refroidissement insuffisant peut conduire à altérer la fonctionnalité et/ou la tenue mécanique des composants des aiguilles absorbantes.
Par ailleurs cette solution s’avère relativement peu robuste.
Par conséquent, il existe un besoin consistant à proposer une solution qui ne présente pas ou tout au moins qui limite les inconvénients des solutions connues.
RESUME DE L’INVENTION
La présente invention concerne un dispositif de sûreté à déclenchement passif pour réacteur nucléaire dont la chaleur de la zone fissile est transférée à un fluide caloporteur, le dispositif comprenant un assemblage comprenant : • un fourreau s’étendant selon une direction longitudinale sensiblement verticale en fonctionnement destiné à être traversé longitudinalement par le fluide caloporteur ; • un équipage mobile, monté mobile en translation selon la direction longitudinale dans le fourreau et comprenant au moins : - une portion neutrophage comprenant au moins un matériau neutrophage, s’étendant principalement selon la direction longitudinale et configurée pour être traversée longitudinalement par le fluide caloporteur. L’équipage mobile comprend en outre une première portion de portance longitudinalement décalée par rapport à la portion neutrophage et le fourreau comprend une deuxième portion de portance, les première et deuxième portions de portance étant conformées de manière à ce que : o lorsque les première et deuxième portions de portance sont disposées en regard selon une direction transversale perpendiculaire à la direction longitudinale, configuration dite de portance, alors les première et deuxième portions de portance définissent ensemble un espace de passage pour le fluide caloporteur présentant une section S1 (ou un jeu j1 ) définie de manière à ce que : - lorsque le débit Qf du fluide caloporteur traversant longitudinalement le fourreau est supérieur à un débit Qdécienchement, alors le fluide caloporteur exerce sur l’équipage mobile une force suffisante pour assurer la portance de l’équipage mobile dans le fourreau et son maintien vertical en configuration de portance ; - lorsque Qf<Qdécienchement alors le fluide caloporteur exerce sur l’équipage mobile une force insuffisante pour assurer la portance de l’équipage mobile dans le fourreau et son maintien vertical en configuration de portance, l’équipage mobile descendant alors par gravité le long du fourreau jusqu’à atteindre une position de fin de course, dite configuration chutée ; o lorsque les première et deuxième portions de portance ne sont pas disposées en regard selon la direction transversale, alors la première portion de portance et une paroi interne du fourreau qui est en regard de la première portion de portance définissent ensemble un espace de passage pour le fluide caloporteur présentant une section S2>S1 définie de manière à ce que le fluide caloporteur, même s’il présente un débit Qf>Qdécienchement, exerce sur l’équipage mobile une force insuffisante pour faire remonter l’équipage mobile par translation dans le fourreau.
Ainsi, l’invention apporte une solution simple et efficace de déclenchement passif de la descente du matériau neutrophage, typiquement les aiguilles absorbantes, dans la zone fissile du réacteur nucléaire. Dès lors que Qf<Qdécienchement, alors l’équipage mobile tombe automatiquement, le débit n’étant plus suffisant pour assurer sa sustentation. Le matériau neutrophage contenu dans l’équipage mobile tombe alors dans la zone fissile pour étouffer la réaction neutronique.
Ce déclenchement est assuré uniquement par la baisse de débit de fluide caloporteur. Il est donc entièrement passif. À la différence des dispositifs principaux de sûreté, il ne dépend pas d’une chaîne de déclenchement électrique qui serait activée automatiquement par le contrôle-commande ou manuellement par un opérateur La sûreté s’en trouve ainsi renforcée.
Ainsi, par exemple en cas de défaillance du contrôle-commande, la chute des barres des dispositifs principaux de sûreté actifs peut ne pas être déclenchée et lesdites barres peuvent ne pas tomber. En revanche, l’équipage mobile selon l’invention tombera dès lors que le débit de fuite caloporteur baisse en dessous du seuil de déclenchement Qdécienchement-
Par ailleurs, le système selon l’invention permet de maîtriser de manière beaucoup plus précise la position verticale de l’équipage mobile et ceci même sous l’effet des variations de débit.
Une solution de type FR13622783 mentionnée précédemment ne permet pas de maîtriser la position de l’équipage mobile et de se prémunir de mouvements inappropriés de ce dernier et de variations de réactivité associées, par exemple en situation de manutention (à débit primaire non nul) et en puissance (en cas de baisse puis de remontée brusque de débit induisant une remontée de barre). En effet, quelle que soit la position verticale de la barre, la section de passage entre cette dernière et le fourreau est identique. Ainsi, par exemple, si l’équipage mobile a chuté suite à une baisse de débit, une augmentation ultérieure de débit au-delà du seuil de déclenchement va faire remonter l’équipage mobile au-delà du cœur fissile, stoppant de ce fait l’action du dispositif de sûreté sur l’activité neutronique.
Dans le cadre de l’invention, dès lors que l’équipage mobile chute sous l’effet d’une baisse anormale de débit, la première portion de portance n’est plus en regard de la deuxième portion de portance et l’équipage mobile ne peut alors plus remonter même si le débit repasse au-dessus de la valeur seuil Qdécienchement, l’espace de passage entre le fourreau et la première portion de portance étant trop important pour permettre au fluide d’exercer une force suffisante sur l’équipage mobile pour le faire remonter.
Par ailleurs, l’invention, en prévoyant que la première portion de portance soit verticalement décalée par rapport à la portion neutrophage et en prévoyant que la deuxième portion de portance ne soit pas verticalement en regard de la portion neutrophage lorsque Qf>Qdécienchement et que la fonction de portance soit assurée, apporte de nombreux avantages. En effet, les fonctions de portance et de refroidissement de la portion neutrophage sont disposées en série. En effet, lorsque la fonction de portance est assurée, le fluide caloporteur passe successivement par l’espace de passage défini par les deux portions de portance en regard puis par la portion neutrophage ou inversement selon le mode de réalisation.
Ainsi, la portance de l’équipage mobile est assurée par tout le fluide caloporteur traversant le fourreau.
Par ailleurs, le refroidissement du matériau neutrophage peut être assuré par tout, ou tout au moins une partie importante, du fluide caloporteur traversant le fourreau en passant au travers de la portion neutrophage. Le refroidissement du matériau neutrophage, typiquement sous forme d’aiguilles, peut ainsi être très efficace même avec un débit de fluide caloporteur limité. Typiquement, pour refroidir un faisceau d’environ dix-neuf aiguilles absorbantes, il faut un débit d’environ 2,5 à 3 kg de sodium liquide par seconde. Avec un débit nominal de sodium de 6 kg/s, l’invention permet de largement refroidir et sustenter l’équipage mobile.
Avec une solution telle que celle décrite dans RU 2 069 019, le débit doit être partagé pour assurer la fonction de portance et la fonction de refroidissement des barres neutrophages. Il en résulte que, à configuration identique de réacteur, il faut développer un débit plus important dans l’assemblage, ce qui présente deux inconvénients notables : on diminue le rendement de refroidissement du réacteur (le débit total cœur n’étant pas optimisé) et on augmente le risque de faïençage thermique des structures au-dessus du cœur dans la mesure où l’assemblage est sur-refroidi (écart de température important par rapport aux assemblages combustibles voisins).
En outre, grâce à l’invention, la fonction de portance est assurée par une portion indépendante de la portion contenant le matériau neutrophage, cette fonction de portance peut être assurée par une portion dont la réalisation et les dimensions sont maîtrisables avec une grande précision. La précision et la fiabilité de la portance en sont aussi améliorées. Au contraire, dans une solution de type RU 2 069 019 où la portion neutrophage assure la coopération hydraulique générant la fonction de portance, la maîtrise des dimensions de cette portion de portance est très complexe puisque la portion neutrophage est elle-même une portion particulièrement complexe faisant intervenir plusieurs pièces. Or, une imprécision de quelques dixièmes de millimètres dans le jeu entre la première portion et la deuxième portion peut soit empêcher la sustentation de l’équipage mobile et faire chuter ce dernier (impact sur la disponibilité du réacteur), soit retarder le déclenchement dans le transitoire de débit (défaillance de la fonction sûreté du dispositif).
De manière facultative, l’invention peut en outre présenter au moins l’une quelconque des caractéristiques suivantes : - la première portion de portance est portée par une face externe de l’équipage mobile. - La deuxième portion de portance est située sur une face interne du fourreau ; - le fourreau comprend au moins une virole rapportée à l’intérieur du tube et la deuxième portion de portance est formée par la virole ; - La deuxième portion de portance, typiquement la virole, est usinée dans la masse. Cela permet de réaliser par exemple par usinage, de manière très précise la deuxième portion de portance. - La première portion de portance est usinée dans la masse. Cela permet de réaliser par exemple par usinage, de manière très précise la première portion de portance. - La direction longitudinale est verticale. - La deuxième portion de portance s’étend longitudinalement sur une partie seulement de la dimension longitudinale du fourreau. Par exemple le ratio entre la longueur de la deuxième portion de portance et la longueur du fourreau, au-dessus du sommier, est d’environ 1/12.
Ainsi, la configuration de portance ne peut être activée que pour une position relative bien précise de l’équipage mobile dans le fourreau. - La portion neutrophage comprend un tube renfermant une pluralité d’aiguilles absorbantes s’étendant longitudinalement et comprenant un matériau neutrophage. - L’équipage mobile comprend une paroi de poussée conformée de manière que le fluide calorifique traversant le fourreau exerce sur ladite paroi de poussée une force de poussée dont une composante s’oppose au poids de l’équipage mobile. - Le dispositif est configuré de manière à ce que, lorsque le débit de fluide ne permet pas d’assurer la sustentation de l’équipage mobile dans le fourreau, l’équipage mobile chute par gravité jusqu’à entrer au contact d’une butée fin de course définissant la configuration chutée.
Le dispositif est configuré de manière à ce que dans la configuration chutée, la portion neutrophage soit transversalement en regard d’une zone du fourreau, qualifiée de zone cœur qui est destinée à être elle-même en regard d’une zone fissile du réacteur. - La première portion de portance est verticalement située au-dessous de la portion neutrophage.
En configuration de portance, la première portion de portance est verticalement située sous ladite zone cœur. Autrement dit, elle est située en amont de la portion neutrophage par rapport à l’écoulement du fluide caloporteur dans le fourreau. - La deuxième portion de portance est verticalement située sous ladite zone cœur du fourreau destinée à être au regard de la zone fissile du réacteur.
Ainsi, la première portion de portance n’est pas située dans le flux de neutrons. Il en résulte que la dose d’irradiation reçue par la première portion de portance est limitée. Or, les dommages d’irradiation engendrés à l’échelle microscopique dans les matériaux métalliques placés sous le flux de neutrons se traduisent à l’échelle macroscopique par des évolutions dimensionnelles et notamment par un gonflement qui augmente avec la dose d’irradiation. Par rapport à une solution dans laquelle la première portion de portance serait placée dans le flux de neutrons, l’invention permet donc de ne pas affecter la géométrie de la première zone de portance et donc d’en préserver la fonctionnalité, ce qui rend le dispositif de sûreté plus fiable. - La première portion de portance est disposée longitudinalement à distance de la portion neutrophage en étant séparée de cette dernière par une portion d’éloignement dont la longueur longitudinale est au moins égale à la course longitudinale de l’équipage mobile entre la configuration de portance et la configuration chutée. - L’équipage mobile comprend un pion portant la première portion de portance. - Le pion est la partie du pied de barre qui agit longitudinalement comme portion de portance et transversalement comme paroi de poussée. - Le pion est situé à une extrémité inférieure de l’équipage mobile. - Le pion présente une extrémité inférieure conformée pour former une paroi de poussée pour le fluide caloporteur afin de permettre la sustentation de l’équipage mobile. - La première portion de portance comprend une zone de portance située sur une paroi de portance portée par le pion et s’étendant longitudinalement. - Ladite paroi de portance est cylindrique. - Le pion est formé d’une pièce monolithique, typiquement dans l’un des matériaux suivants ou leurs alliages : un acier ferrito-martensitique de nuance EM10. Naturellement on pourrait envisager d’autres nuances d’acier, voire d’autres métaux (métaux réfractaires par exemple) en fonction des conditions de fonctionnement du réacteur. - Le pion est creux. Il définit un volume interne fermé. - la deuxième portion de portance est une virole portée ou formée par une face interne du fourreau ; - la face interne de la virole est cylindrique ; - la distance entre la face interne de la virole et la paroi de portance du pion définit la section S1 et le jeu j1.
Selon un mode de réalisation, le dispositif peut présenter au moins l’une des caractéristiques optionnelles suivantes prises seules ou en combinaison : -La portion d’éloignement comprend au moins un tirant de préférence assurant une liaison mécanique entre la portion neutrophage et la première portion de portance. - La portion d’éloignement comprend au moins deux et de préférence au moins trois raidisseurs s’étendant radialement depuis un centre de l’équipage mobile, typiquement un unique tirant, et jusqu’à une paroi interne de l’équipage mobile) et s’étendant longitudinalement depuis la portion neutrophage jusqu’à la première portion de portance.
Selon une section transversale, la surface occupée par le tirant et les éventuels raidisseurs est inférieure à 20% et de préférence à 10% et de préférence à 5% de la section transversale de la portion neutrophage.
Ainsi, cette structure de pied de barre favorise le passage du fluide caloporteur au sein du dispositif.
Cette structure de pied de barre avec un tirant et des raidisseurs, de préférence trois disposés à 120°, confère plusieurs avantages: guidage mécanique sur toute la course ; raideur mécanique améliorée ; robustesse hydraulique pour la désactivation de la zone de portance ; légèreté ce qui est important pour la sustentation ; pertes de charge faibles.
La portion d’éloignement comprend un tube ajouré, de préférence assurant une liaison mécanique entre la portion de portance et la portion neutrophage.
De préférence, le tube ajouré comprend des ouvertures s’étendant principalement longitudinalement. - les ouvertures sont réparties sur tout le pourtour du tube ajouré. - les ouvertures sont réparties sur toute la dimension longitudinale de la portion d’éloignement.
Ainsi, cette structure de pied de barre favorise le passage du fluide caloporteur au sein du dispositif.
Le tube ajouré présente une section externe de dimension sensiblement égale à la section externe de la première portion de portance. Ainsi, l’équipage mobile présente une section externe constante au moins depuis la portion neutrophage et jusqu’à la première portion de portance incluse. - la première portion de portance est verticalement située au-dessus de la portion neutrophage.
En configuration de portance, la première portion de portance est verticalement située au-dessus de la zone cœur du fourreau.
Dans ce mode de réalisation, la première portion de portance est encore plus éloignée du flux de neutrons que dans le cas où la première portion de portance est située sur le pied de barre c’est-à-dire verticalement située au-dessous de la zone cœur du fourreau en configuration de portance. Il en résulte que la dose d’irradiation reçue par la première portion de portance est limitée ce qui évite notamment son gonflement.
Le choix entre un positionnement de la portance sur le pied ou sur la tige se fait notamment en fonction de la distance disponible entre la zone fissile et le haut des assemblages. - La première portion de portance est longitudinalement située entre une tête de barre formant l’extrémité supérieure de l’équipage mobile et la portion neutrophage.
Selon un mode de réalisation, la première portion de portance est constituée d’un renflement porté par l’équipage mobile entre la tête de la tige et la portion neutrophage. Le renflement forme une augmentation de la section transversale de l’équipage mobile. - L’équipage mobile comprend une tige s’étendant depuis une extrémité supérieure de l’équipage mobile et au moins jusqu’à la portion neutrophage et la première portion de portance est formée par un renflement porté par la tige entre l’extrémité supérieure et la portion neutrophage. - le renflement est disposé entre deux portions de tige. - le renflement comporte une extrémité inférieure destinée à former une surface de poussée pour le fluide caloporteur afin de permettre la sustentation de l’équipage mobile. - Le renflement est creux et présente des orifices de passage pour la vidange du fluide caloporteur ; - le renflement présente une paroi cylindrique s’étendant longitudinalement, la deuxième portion de portance présente une virole formée ou portée par une face interne du fourreau, l’espace j1 entre une face externe de la paroi cylindrique du renflement et une face interne de la virole définissant la section S1.
Selon un mode de réalisation, le dispositif peut présenter au moins l’une des caractéristiques optionnelles suivantes prises seules ou en combinaison :
Le dispositif de sûreté comprend un dispositif d’amortissement de l’équipage mobile lors de la chute de dernier, le dispositif d’amortissement comprenant : - une première pièce portée par l’équipage mobile et disposée au contact du fluide caloporteur ; - une deuxième pièce portée par le fourreau et disposée au contact du fluide caloporteur.
Les première et deuxième pièces étant conformées de manière à ce que lorsque l’équipage mobile chute et avant que l’équipage mobile n’atteigne sa position de fin de course en configuration chutée, la première pénètre dans la deuxième pièce, les première et deuxième pièces coopérant alors pour former un amortisseur visqueux.
Selon un mode de réalisation, la première portion de portance et la première pièce ou la deuxième portion de portance et la deuxième pièce sont portées par un même organe.
Ainsi un même organe, porté par le fourreau ou par l’équipage mobile, assure la fonction d’amortissement visqueux et la fonction de sustentation.
Cela apporte un avantage considérable en termes de contraintes de montage. Par ailleurs, cela présente notamment pour avantage de concentrer des contraintes dimensionnelles fortes au sein d’une même pièce. L’invention permet ainsi de réduire le nombre de pièces critiques, et devant par exemple faire l’objet d’un usinage particulièrement précis.
Le nombre de pièce critiques étant réduit, la fiabilité du dispositif de sûreté à déclenchement passif est améliorée.
Par ailleurs, son coût de fabrication est réduit.
Selon un mode de réalisation avantageux mais optionnel la première portion de portance et la première pièce ou la deuxième portion de portance et la deuxième pièce sont, en partie au moins, longitudinalement positionnées au même niveau.
De manière facultative ce mode de réalisation avec dispositif d’amortissement peut en outre présenter au moins l’une quelconque des caractéristiques suivantes :
La première portion de portance et la première pièce ou la deuxième portion de portance et la deuxième pièce sont, en partie au moins, longitudinalement positionnées au même niveau.
Selon un mode de réalisation du dispositif d’amortissement, l’invention peut présenter au moins l’une des caractéristiques optionnelles suivantes prises seules ou en combinaison : - la deuxième portion de portance et la deuxième pièce sont portées par un même organe. Le fourreau comprend au moins une virole et dans lequel ledit organe est formé par la virole.
Dans ce mode de réalisation on développe le système d’amortissement sur la même partie fixe que pour la sustentation. Cela présente plusieurs avantages: - du fait de l’exploitation d’une pièce existante, dont la hauteur nécessitée par la fonction de sustentation est supérieure à la hauteur nécessitée par la fonction d’amortissement, il n’y a pas lieu de modifier la longueur et la course de l’équipage mobile et il n’y a donc pas d’impact sur la hauteur de l’assemblage ; - il n’est pas utile de développer ailleurs une zone d’amortissement dont le jeu fonctionnel, de facto réduit pour un amortissement efficace, l’assimile à une zone de guidage. Ainsi ce mode de réalisation permet de ne pas avoir à créer de nouvelle zone de guidage, ce qui est intéressant en termes de fiabilité d’insertion (et d’extraction) vis-à-vis des risques de blocage, d’arcboutement et de broutage (et donc de ralentissement de la chute) sur la course de l’équipage mobile dans le dashpot. Ces risques de blocage, d’arcboutement et de broutage proviennent généralement des différents désaxages/désalignements envisageables associés aux déformations des structures sous irradiation. Avec la solution selon ce mode de réalisation, on favorise ainsi la fiabilité de pénétration de la partie mobile du dispositif d’amortissement dans sa partie femelle étant donné que cette pénétration se fait dans la zone de guidage constituée par la virole.
Ce mode de réalisation dans lequel les fonctions d’amortissement et de sustentation sont assurées en partie au moins par la virole peut présenter d’autres caractéristiques avantageuses. - la virole comporte une cavité emplie de fluide caloporteur, la cavité formant ladite deuxième pièce. La première pièce forme une pièce mâle conformée pour pénétrer dans ladite cavité et pour en chasser le fluide caloporteur avant que l’équipage mobile parvienne en fin de course. - la virole est longitudinalement située entre une extrémité inférieure de l’équipage mobile et la portion neutrophage et de préférence entre une extrémité inférieure de l’équipage mobile et une tête de l’équipage mobile. - la première pièce est conformée pour pénétrer dans la cavité de la virole. La cavité est circulaire et présente une ouverture formant transversalement un anneau et à travers laquelle la première pièce pénètre avant que l’équipage mobile n’atteigne sa position de fin de course en configuration chutée. La première pièce forme un tube dont une extrémité libre est conformée pour pénétrer dans la cavité à travers ladite ouverture. - la deuxième portion de portance est formée par une face interne de la virole. - la cavité est formée dans l’épaisseur de la virole, la cavité présentant un fond. La deuxième portion de portance est formée par une face interne de la virole et est longitudinalement disposée au moins en partie en regard de la cavité.
Selon un mode de réalisation :
La deuxième pièce forme une partie femelle et présente au moins une cavité configurée pour contenir du fluide caloporteur, et la première pièce forme une partie mâle, la partie mâle étant conformée pour pénétrer dans l’au moins une cavité de la partie femelle et en chasser le fluide caloporteur avant que l’équipage mobile parvienne en fin de course.
La deuxième pièce forme une butée de fin de course pour l’équipage mobile. - La première pièce est longitudinalement située entre une extrémité inférieure de l’équipage mobile, typiquement le pied, et la tête de l’équipage mobile. De préférence, la première pièce est longitudinalement située entre une extrémité inférieure de l’équipage mobile et la portion neutrophage. - La deuxième pièce forme une partie femelle présentant une cavité et la première pièce forme une pièce mâle conformée pour pénétrer dans la cavité. De préférence la cavité forme, selon une coupe transversale, un anneau centré sur l’axe de translation de l’équipage mobile et s’étend longitudinalement depuis une ouverture située à une extrémité supérieure de la cavité jusqu’à un fond situé à une extrémité inférieure de la cavité. - La cavité est circulaire et présente une ouverture formant transversalement un anneau et à travers laquelle la pièce mâle pénètre avant que l’équipage mobile n’atteigne sa position de fin de course en configuration chutée. De préférence la pièce mâle forme un tube dont une extrémité libre est conformée pour pénétrer dans ladite ouverture de la cavité. - La première pièce forme une partie mâle conformée pour pénétrer dans la cavité. De préférence la première pièce forme un tube dont une extrémité est libre pour pénétrer dans la cavité. L’extrémité opposée forme une liaison entre le tube et le reste de l’équipage mobile. De préférence, la première pièce est disposée directement sous la portion neutrophage. - La deuxième partie est formée par une virole portée par une face interne du fourreau et la deuxième portion de portance est formée par une face interne de cette virole. - La cavité est formée dans l’épaisseur de la virole, la cavité présentant un fond et la deuxième portion de portance est formée par une face interne de la virole. - La deuxième portion de portance et la cavité sont au moins en partie longitudinalement disposées en regard c'est-à-dire au même niveau longitudinalement.
Selon un autre mode de réalisation du dispositif d’amortissement, l’invention peut présenter au moins l’une des caractéristiques optionnelles suivantes prises seules ou en combinaison :
Selon un autre mode de réalisation du dispositif d’amortissement : - la première portion de portance et la première pièce sont portées par un même organe, cet organe formant un pion sur l’équipage mobile. - le pion présente une face externe définissant à la fois la première portion de portance et la première pièce.
Le fourreau comprend au moins une portion de guidage configurée pour guider en translation l’équipage mobile ; - la portion de guidage comprend au moins deux et de préférence au moins trois patins radialement répartis de manière régulière autour de l’axe de translation de l’équipage mobile ; - la portion de guidage comprend une bague porte-patins portant lesdits patins ; - la portion de guidage est longitudinalement positionnée dans le fourreau de manière à être en regard transversalement de la portion neutrophage, de préférence à une extrémité inférieure de la portion neutrophage lorsque l’équipage mobile est en configuration de portance et à une extrémité supérieure lorsque l’équipage mobile est en configuration chutée.
Ainsi la coopération entre la face externe de la portion neutrophage et les patins assurent un guidage en translation précis de l’équipage mobile à l’intérieur du fourreau sur toute la course.
Un autre aspect de la présente invention concerne un système d’arrêt passif comprenant un dispositif de sûreté à déclenchement passif selon l’invention et un mécanisme d’armement comprenant un grappin de positionnement de l’équipage mobile. Le grappin permet de soulever l’équipage mobile du dispositif de sûreté pour le positionner en position de portance ou l’y ramener depuis la position chutée.
Un autre aspect de la présente invention concerne un réacteur nucléaire comportant une zone fissile et un circuit primaire à l’intérieur duquel circule le fluide caloporteur et comprenant au moins un dispositif selon l’invention.
Ce réacteur nucléaire est de préférence de type réacteur à neutrons rapides.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les dessins ci-joints sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils représentent seulement un mode de réalisation de l'invention et permettront de la comprendre aisément. - La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d’un exemple de dispositif de sûreté à déclenchement passif selon l’invention, en configuration de portance, c’est-à-dire lorsque l’équipage mobile est en sustentation sous l’effet de la force de portance générée par le fluide caloporteur traversant longitudinalement le fourreau. - La figure 2 illustre le dispositif de sûreté de la figure 1 dans une configuration chutée, c’est-à-dire lorsque l’équipage mobile n’est pas en sustentation et a chuté par gravité pour atteindre sa position de fin de course dans le fond du fourreau. - La figure 3 comprend les figures 3a et 3b. La figure 3a illustre le dispositif de sûreté de la figure 1 lorsque l’équipage mobile est en train de chuter par gravité et avant d’atteindre sa position de fin de course dans le fond du fourreau. La figure 3b est une vue en coupe transversale du dispositif de sûreté de la figure 1, la coupe étant prise au niveau de la portion de guidage du fourreau et de la portion neutrophage de l’équipage mobile. - La figure 4 comprend les figures 4a à 4c. La figure 4a reprend la vue de la figure 1. La figure 4b est une vue en coupe transversale, vue du dessous du dispositif de sûreté selon la figure 1, la coupe étant prise au niveau de la portion d’éloignement et en configuration de portance. La figure 4c est une vue en coupe transversale, vue du dessous du dispositif de sûreté selon la figure 1, la coupe étant prise au niveau de la première portion de portance et en configuration de portance. - La figure 5 comprend les figures 5a à 5c. La figure 5a reprend la vue de la figure 1. La figure 5b est une vue agrandie de l’extrémité inférieure de l’équipage mobile du dispositif de sûreté illustré en figure 1 dans la configuration de portance. La figure 5c est une vue en perspective de l’extrémité de l’équipe mobile du dispositif de sûreté illustrée en figure 5b dans la configuration de portance. - La figure 6 comprend les figures 6a, 6b et 6c. La figure 6a reprend la vue de la figure 2. La figure 6b est une vue en coupe agrandie, prise au niveau du dispositif d’amortissement et en configuration chutée du dispositif de la figure 6a. La figure 6c est une vue agrandie en perspective et en coupe, prise au niveau du dispositif d’amortissement et en configuration chutée du dispositif de la figure 6a. - La figure 7 illustre schématiquement plusieurs étapes du fonctionnement de l’invention. - La figure 8 comprend les figures 8a et 8b. La figure 8a est une vue en coupe longitudinale d’un autre exemple du dispositif de sûreté selon l’invention en configuration de portance. La figure 8b illustre le dispositif de sûreté de la figure 8a dans sa configuration chutée. - La figure 9 comprend les figures 9a à 9c. La figure 9a reprend la vue de la figure 8b. La figure 9b est une vue agrandie du dispositif de sûreté illustré en figure 8a, la vue étant prise au niveau de la virole et du tube ajouré, en configuration chutée. La figure 9c est une vue en coupe transversale du dispositif de sûreté illustré en figure 8a prise au niveau de la virole et du tube ajouré. - La figure 10 comprend les figures 10a à 10c. La figure 10a est une vue en coupe longitudinale d’un autre exemple du dispositif de sûreté selon l’invention dans lequel la première portion de portance est située au-dessus de la portion neutrophage, l’équipage mobile étant représenté en configuration de portance sur cette figure. La figure 10b est une vue agrandie de la figure 10a, prise au niveau des première et deuxième portions de portance. La figure 10c est une vue en perspective et en coupe de la figure 10b. - la figure 11 est une illustration d’une vue agrandie de la coopération entre les première et deuxième portions de portance selon un mode de réalisation.
Les dessins constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les jeux entre la première portion de portance et la face interne du fourreau ou la face interne de la virole ne sont pas nécessairement représentatifs de la réalité.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
On rappellera au préalable que dans un réacteur nucléaire dont la chaleur de la zone fissile est transférée au moins à un fluide caloporteur, on a généralement plusieurs types d’assemblages. Certains de ces assemblages comprennent le matériau fissile, d’autres de ces assemblages comprennent des barres dites de commande permettant de contrôler l’activité neutronique. Encore d’autres assemblages ont été envisagés et forment des dispositifs de sûreté à déclenchement passif conçus pour stopper ou ralentir l’activité neutronique en cas de fonctionnement anormal du réacteur.
Un exemple de dispositif de sûreté à déclenchement passif selon l’invention va maintenant être détaillé en référence aux figures 1 à 6.
Le dispositif comprend principalement un fourreau 200 destiné à être inséré dans le cœur du réacteur. Une portion du fourreau 200 désignée zone cœur 240 est destinée à être positionnée en regard, selon une direction transversale perpendiculaire à la direction longitudinale 3, d’une zone fissile 10 du réacteur. Le fourreau 200 étant fixe lors du fonctionnement du réacteur, cette zone cœur 240 reste toujours au regard de la zone fissile 10.
Le fourreau 200 s’étend selon une direction longitudinale 3 inclinée par rapport à l’horizontale en fonctionnement. Typiquement, la direction longitudinale 3 est verticale comme illustré sur les figures.
Le fourreau 200 s’étend depuis une extrémité supérieure 202 aménagée pour permettre la préhension de l’assemblage en manutention et un pied d’assemblage 204 assurant le positionnement de l’assemblage dans le sommier du réacteur et son alimentation en fluide caloporteur de refroidissement, par exemple du sodium liquide.
Le fourreau 200 est destiné à être traversé longitudinalement par le fluide caloporteur, depuis des lumières d’alimentation 205 pratiquées dans le pied d’assemblage 204, jusqu’à une sortie 203 située au niveau de l’extrémité supérieure 202.
De préférence, le fourreau 200 comprend une enveloppe externe formée en partie courante par un tube hexagonal 201. Les parois longitudinales du fourreau 200 sont étanches.
Le dispositif de sûreté à déclenchement passif comprend également un équipage mobile 100, logé et monté mobile en translation selon la direction longitudinale 3 dans le fourreau 200. Dans l’industrie du nucléaire, l’équipage mobile est également appelé barre. L’équipage mobile 100 s’étend principalement selon la direction longitudinale 3, donc en fonctionnement le plus souvent selon la verticale comme cela est illustré sur les figures. L’équipage mobile 100 s’étend depuis une tête 101 jusqu’à une extrémité inférieure 103. Il comprend, entre la tête 101 et l’extrémité inférieure 103, une portion neutrophage 130 comprenant un matériau neutrophage.
Pour un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi par un métal liquide, le matériau neutrophage peut être du carbure de bore (B4C) plus ou moins enrichi en 10B. Alternativement, il peut s'agir de matériaux à base d’hafnium. Ces matériaux présentant une densité importante, ce qui permet de réduire le temps de chute, ne dégagent pas de gaz sous irradiation, et donc ne provoquent pas de gonflement, et ne voient pas leurs capacités d’antiréactivité sous irradiation diminuer de manière significative. Alternativement, il pourrait aussi s'agir de matériaux absorbants de type borure réfractaire, par exemple le HfB2 et du TiB2, qui présentent des températures de fusion de l’ordre de 3300°C. Il est aussi possible d’utiliser l’hexaborure d’europium EuB6. On peut envisager d'utiliser aussi le EU2O3. Celui-ci ne génère pas de produits gazeux sous irradiation. Il possède en outre un pouvoir absorbant important.
Dans le cas d'un réacteur à eau pressurisée, les matériaux des éléments absorbants peuvent par exemple être les suivants : l'Hafnium, le Dy11B6, le Gd11B6, le Sm11B6 et l’Er11B4, ΓHfB2 naturel et le TiB2 naturel.
Cette portion neutrophage 130 comprend typiquement un corps 104 enveloppant un faisceau d’aiguilles 131 absorbantes. Les aiguilles 131 s’étendent principalement dans la direction longitudinale 3. La portion neutrophage 130 est configurée pour être refroidie en étant traversée longitudinalement par le fluide caloporteur s’écoulant depuis le pied d’assemblage 204 jusqu’à la sortie 203. Comme cela ressort clairement de la figure 3b, la portion neutrophage 130 présente des éléments de liaison mécanique 132 entre les aiguilles 131 absorbantes. Ces éléments de liaison 132 définissent des passages 133 permettant de canaliser l’écoulement longitudinal du fluide caloporteur à travers la portion neutrophage 130 de façon à la refroidir.
La tête 101 de l’équipage mobile 100 est configurée pour coopérer avec un dispositif de préhension de type grappin 300 pour positionner l’équipage mobile 100 à l’intérieur du fourreau 200 dans une position adéquate lors de la mise en fonctionnement comme cela sera décrit en détail en référence à la figure 7. L’équipage mobile 100 comprend également une première portion de portance 110, dont la fonction est de permettre le déclenchement de la chute de l’équipage mobile 100 lorsque le débit de fluide caloporteur passe en dessous d’un seuil prédéterminé. Cette fonction sera détaillée par la suite. L’équipage mobile 100 comprend également une première pièce 140 destinée à coopérer avec une deuxième pièce 220 portée par le fourreau 200 pour assurer un amortissement de l’équipage mobile 100 en cas de chute. Ces première 140 et deuxième 220 pièces seront décrites en détail par la suite.
Le mécanisme de déclenchement passif de la chute de l’équipage mobile 100 va maintenant être décrit. Ce mécanisme permet de provoquer la chute par gravité de l’équipage mobile 100 en cas de baisse du débit du fluide caloporteur en dessous d’un seuil de débit anormal désigné seuil de déclenchement Qdécienchement, de manière à ce qu’une fois que l’équipage mobile 100 a chuté et qu’il a atteint sa position de fin de course désignée configuration chutée, la portion neutrophage 130 soit positionnée transversalement en regard de la zone fissile 10 du réacteur et donc au regard de la zone cœur 240 du fourreau 200.
La première portion de portance 110 portée par l’équipage mobile 100 présente une paroi externe positionnée en regard d’une paroi interne du fourreau 200. La paroi interne du fourreau 200 présente un rétrécissement de sa section transversale au niveau d’une zone du fourreau 200, désignée deuxième portion de portance 210. Le rétrécissement de la section transversale du fourreau 200 est limité selon sa dimension longitudinale. Typiquement, cette deuxième portion de portance 210 s’étend longitudinalement de préférence sur moins de 1/5 et de préférence sur moins de 1/10 et de préférence sur moins de 1/15 de la longueur du fourreau 200. Typiquement, le ratio entre la longueur de la deuxième portion de portance 210 et la longueur du fourreau 200, au-dessus du sommier, est d’environ 1/12. L’espace défini entre la première portion de portance 110 et la face interne du fourreau 200 définit une section de passage pour le fluide caloporteur s’écoulant au sein du fourreau 200. Cet espace de passage est donc réduit lorsque la première portion de portance 110 est transversalement située au regard de la deuxième portion de portance 210.
De manière particulièrement intéressante, la première portion de portance 110 est longitudinalement décalée par rapport à la portion neutrophage 130. Dans les exemples de modes de réalisation illustrés sur les figures 1 à 9 et 11, cette première portion de portance 110 est située sous la portion neutrophage 130. Les avantages liés à ce mode de réalisation seront décrits par la suite. Selon un autre mode de réalisation tel que celui illustré en figure 10, cette première portion de portance 110 peut être située au-dessus de la portion neutrophage 130. Dans chacun de ces modes de réalisation, la première portion de portance 110 n’est pas située sur la portion neutrophage 130, mais est avantageusement disposée à distance de cette dernière selon la direction longitudinale 3.
Les première 110 et deuxième 210 portions de portance sont conformées de manière à ce que, lorsque les première et deuxième portions de portance 110, 210 sont disposées en regard selon une direction transversale perpendiculaire à la direction longitudinale 3, configuration dite de portance, alors les première et deuxième portions de portance 110, 210 définissent ensemble un espace de passage pour le fluide caloporteur. Cet espace de passage présente une section S1, que l’on peut également définir par un jeu j1 si ce jeu est régulier sur tout le pourtour de l’équipage mobile 100.
Les première et deuxième portions de portance 110, 210, ou plutôt leurs faces en regard, sont conformées de manière à ce que dans la configuration de portance cette section S1 (ou ce jeu j1 ) soit définie de manière à ce que : - lorsque le débit Qf du fluide caloporteur traversant longitudinalement le fourreau 200 est supérieur au débit Qdécienchement prédéterminé, alors le fluide caloporteur exerce sur l’équipage mobile 100 une force de poussée suffisante pour contrer le poids de l’équipage mobile 100 afin d’assurer la portance de ce dernier dans le fourreau 200 et son maintien vertical en configuration de portance.
Plus précisément, l’équipage mobile 100 comporte également au moins une paroi de poussée 117, dont la surface est non nulle selon une projection perpendiculaire à la direction d’avancée du fluide caloporteur, c’est-à-dire selon une projection transversale. Le fluide caloporteur exerce sur cette paroi de poussée 117 une force s’opposant au poids apparent de l’équipage mobile 100. - lorsque Qf<Qdéclenchement alors le fluide caloporteur exerce sur l’équipage mobile 100 une force insuffisante pour assurer la portance de l’équipage mobile 100 dans le fourreau 200 et son maintien vertical en configuration de portance. L’équipage mobile 100 descend alors par gravité le long du fourreau 200 jusqu’à atteindre une position de fin de course, en configuration dite chutée. Dans cette position, la portion neutrophage 130 est en regard du cœur fissile 10 et peut donc stopper ou ralentir l’activité neutronique.
Les première et deuxième portions de portance 110, 210, ou plutôt leurs faces en regard, sont également conformées de manière à ce que, lorsque les première et deuxième portions de portance 110, 210 ne sont pas disposées en regard selon la direction transversale, alors la première portion de portance 110 et la paroi interne du fourreau 200 qui est en regard de la première portion de portance 110 définissent ensemble un espace de passage pour le fluide caloporteur présentant une section S2>S1 (ou un jeu j2 > j1). Cette section S2 ou ce jeu j2 sont définis de manière à ce que le fluide caloporteur, même s’il présente un débit Qf largement supérieur à Qdécienchement (le critère considéré en réacteur est 110% du débit à puissance nominale) exerce sur l’équipage mobile 100 une force insuffisante pour faire remonter l’équipage mobile 100 par translation dans le fourreau 200. Ainsi, après une chute anormale de débit, les barres absorbantes ne peuvent pas ressortir de la zone fissile 10, sauf à en être extraites volontairement par le grappin 300.
Ainsi, l’invention propose une solution basée sur une zone de portance hydraulique développée par coopération entre les première 110 et deuxième portions 210 de portance, situées dans cet exemple non limitatif en dessous du cœur fissile. Lorsque l’équipage mobile 100 est dans sa configuration chutée, la zone de portance hydraulique n'est pas activée. L’invention rend le dispositif de sûreté particulièrement robuste, performant et efficace. En effet, il présente notamment les avantages suivants : • la zone de coopération hydraulique formée en partie par la première portion de portance 110 étant située au-dessous de la portion neutrophage 130, les fonctions hydraulique (sustentation) et thermohydraulique (refroidissement faisceau) ne sont pas couplées mais sont disposées en série. Cela permet notamment : o une bonne maîtrise de la refroidissabilité du faisceau d’aiguilles 131 et de la sustentation de l’équipage mobile 100 : la totalité du débit affecté à l’assemblage peut en effet être utilisée à la fois pour la sustentation et le refroidissement. Par suite, il est pressenti que, à jeu diamétral au niveau de la zone de portance équivalent, un concept à zone de portance sur pied de barre semble nécessiter un débit du fluide caloporteur dans l'assemblage moindre qu'un concept à zone de portance située au niveau de la portion neutrophage, c’est-à-dire sur corps de barre (ou, de façon équivalente, peut soulever une masse plus importante) ; en phase d’insertion, le refroidissement du faisceau d’aiguilles 131 sera identique quelle que soit sa position longitudinale ; o une souplesse vis-à-vis des tolérances de fabrication des composants de la zone de portance : respecter un jeu radial de l'ordre de quelques millimètres au niveau de la zone de portance (avec des tolérances de fabrication de l’ordre du 1 /1 oeme) est aisé si la première portion de portance 110 et la deuxième portion de portance 210 sont formées par des pièces massives et courtes ; o une certaine liberté au niveau de la conception du faisceau d’aiguilles 131 : une modification du dimensionnement du faisceau d’aiguilles 131 n’aura pas d’impact sur le dimensionnement de la zone de portance 110, 210. Cela peut être très utile dans une situation de développement (travail au sein du projet) mais aussi par anticipation sur la durée de vie d’un réacteur ; o une facilité du point de vue calculatoire et, par suite, de toute démonstration qui pourrait être nécessaire ; • il permet une bonne maîtrise de la problématique mécanique de guidage de l’équipage mobile lors de sa chute ou de son armement.
La présente invention n’est pas limitée à une paroi cylindrique pour définir la section Si de passage du fluide caloporteur. Elle s’étend à toute autre forme susceptible d’en assurer la fonction de portance et de déclenchement de la chute.
De manière particulièrement avantageuse, le fourreau 200 comprend une virole 211 rapportée à l’intérieur du tube hexagonal 201, cette virole 211 formant la deuxième portion de portance 210. Cela permet de localiser les contraintes dimensionnelles sur cette virole 211 que l’on rapporte dans le tube hexagonal 201 ce qui est avantageux en termes de complexité de fabrication et donc de coût par rapport à une solution dans laquelle les contraintes dimensionnelles sont localisées sur le tube hexagonal 201. La virole 211 est par exemple usinée dans la masse ce qui permet d’en contrôler parfaitement les dimensions.
De manière avantageuse et comme illustré sur les modes de réalisation des figures 1 à 9 et 11, la première portion de portance 110 est définie par un pion 112 porté par l’équipage mobile 100. Le pion 112 est situé à une extrémité inférieure 103 de l’équipage mobile 100. Le pion 112 présente une extrémité inférieure 103 conformée pour former une partie au moins de la paroi de poussée 117. Sur les exemples illustrés, cette paroi de poussée 117 est formée par une face plane formant l’extrémité 103 et par un chanfrein s’étendant depuis l’extrémité 103 jusqu’à la paroi longitudinale du pion 112.
Comme indiqué ci-dessus, cette paroi de poussée 117 est conformée de manière à ce que le fluide calorifique traversant le fourreau 200 exerce sur elle une force de poussée dont une composante s’oppose au poids de l’équipage mobile 100. Cette force de poussée est fonction de la surface occupée par la projection transversale de la paroi de poussée 117 et de la différence de pression entre l’amont et l’aval de la première portion de portance 110. C’est aussi ce pion 112 qui définit la section de passage entre l’équipage mobile 100 et le fourreau 200. Sur les exemples illustrés, la première portion de portance 110 est cylindrique. Le pion 112 est de préférence formé d’une pièce monolithique, typiquement dans l’un des matériaux suivants ou leurs alliages: un acier ferrito-martensitique de nuance EM10. Naturellement on pourrait envisager d’autres nuances d’acier, voire d’autres métaux (métaux réfractaires par exemple) en fonction des conditions de fonctionnement du réacteur.
De manière également avantageuse, le pion 112 est usiné dans la masse de manière à en contrôler plus finement les dimensions, notamment celles qui permettent de définir la section S1.
Selon un mode de réalisation le pion peut être une pièce pleine.
Selon un autre mode de réalisation avantageux, le pion est creux ce qui permet de le rendre plus léger. Il peut être réalisé par usinage ou non. Si l’on veut éviter la concavité du bord d’attaque en amont du pion, on ajoute un bouchon en partie inférieure.
De manière particulièrement avantageuse, sur les modes de réalisation illustrés en figures 1 à 9 et 11, la première portion de portance 110 est verticalement située au-dessous de la portion neutrophage 130. Ainsi en configuration de portance, le pion 112 est situé sous le cœur fissile. La première portion de portance 110 est alors située en amont de la portion neutrophage 130 vis-à-vis de l’écoulement du fluide caloporteur 5 dans le fourreau 200.
Un mode de réalisation alternatif dans lequel la première portion de portance 110 est verticalement située au-dessus de la portion neutrophage 130 sera décrit en référence à la figure 10.
Le mode de réalisation avec la première portion de portance 110 verticalement située au-dessous de la portion neutrophage 130 présente de nombreux avantages.
En effet la première portion de portance 110 n’est pas située dans le flux de neutrons. Il en résulte que la dose d’irradiation reçue par la première portion de portance 110 est limitée. Or, les dommages d’irradiation engendrés à l’échelle microscopique dans les matériaux métalliques placés sous le flux de neutrons se traduisent à l’échelle macroscopique par des évolutions dimensionnelles et notamment par un gonflement qui augmente avec la dose d’irradiation. Par rapport à une solution dans laquelle la première portion de portance serait placée dans le flux de neutrons, la solution décrite permet donc de ne pas affecter la géométrie de la première zone de portance et donc d’en préserver la fonctionnalité, ce qui rend le dispositif de sûreté plus fiable.
Un exemple de détermination de la force générée par le fluide caloporteur pour provoquer la sustentation est détaillé ci-dessous en référence à la figure 11.
Cette figure 11 fait apparaître la deuxième portion de portance 210 formée par la virole 211, le pion 112 de l’équipage mobile 100 définissant la première portion de portance 110, dont les parois longitudinales font face aux parois longitudinales de la virole 211 et dont la paroi de poussée 117 reçoit la force de sustentation générée par le fluide caloporteur. Sur cette figure, le diamètre Dn2 du pion et le diamètre D2n du canal interne formé par la virole sont représentés, le jeu j1 entre ces deux diamètres est également représenté. On a également représenté sur cette figure le sens d’écoulement 5 du fluide ainsi que les pressions Pi en amont de la virole 211 et P2 en aval de la virole 211. La longueur L2n est la dimension longitudinale sur laquelle la première portion de portance 110 fait face à la deuxième portion de portance 210 définie par la virole 211 dans la configuration de portance.
La force de sustentation, via la perte de charge développée dans la zone de coopération hydraulique et la section du pion de diamètre Dn2, s’appuie sur plusieurs paramètres (longueur Ln2.2n, diamètre D2n, jeu diamétral ji = D2n-Dh2). Par ailleurs, il existe de facto des marges sur Ln2.2n, nécessitées par le processus de mise en butée de l’équipage mobile après désolidarisation/éloignement du grappin 300 du mécanisme de positionnement de l’équipage mobile 100. Tout ceci donne lieu à un concept de sustentation réagissant favorablement à proximité des conditions de décrochement qu’il peut accommoder, le rendant fiable et robuste.
Par décrochement, il faut comprendre ici un découvrement de la zone de portance suffisant pour rendre la chute de l’équipage mobile 100 inéluctable et ceci même si la valeur du débit Qf dans l'assemblage reste supérieure après décrochement à la valeur du débit de déclenchement Qdécienchement- Cette notion de décrochement traduit l'instabilité du système, les sources d'instabilité pouvant être notamment du type géométrique/mécanique (par exemple : possibilités de désaxage et désalignement de l’équipage mobile dans son fourreau), hydraulique (par exemple : perturbations hydrauliques, vibrations) ou autre (par exemple : présence éventuelle d'impuretés dans le jeu entre le pion et la virole).
En fonction du débit nominal QN et en fonction du seuil Qdécienchement à partir duquel on souhaite la chute de l’équipage mobile 100, l’homme du métier sait donc dimensionner les première 110 et deuxième 210 portions de portance, notamment leurs sections transversales et leurs longueurs.
De manière plus détaillée, il s’exerce sur l’équipage mobile une force de poussée Fpoussée, qui permet la sustentation de l’équipage mobile lorsque Qf est supérieur à Qdécienchement et que les première 110 et deuxième 210 portions de portance sont en regard. Cette force de poussée Fp0Ussée peut être définie de la manière suivante : F poussée — F résultante des forces de pression F frottementi avec - « FSottement »= force de frottement issue de la traînée visqueuse au niveau de la zone de coopération hydraulique. Sur l’exemple non limitatif de la figure 11, Ffrottement dépend notamment de la longueur L2n, de la viscosité du fluide caloporteur et du jeu j1, avec j1 =D2ii-Dh2. - « F résultante des forces de pression » dépend de la surface projetée sur laquelle s’exerce la pression du fluide (typiquement la paroi de poussée 117 du pion 112) et de la pression Pi du fluide exercée sur cette surface projetée. Sur l’exemple non limitatif de la figure 11, la surface projetée sur laquelle s’exerce la pression du fluide dépend du diamètre Dn2 et la pression est référencée P-i.
Ainsi, Fpoussée doit au minimum équilibrer le poids apparent de la barre c’est-à-dire son poids défalqué de la poussée d’Archimède.
Selon un mode de réalisation, la première portion de portance 110 est disposée longitudinalement à distance de la portion neutrophage 130 en étant séparée de cette dernière par une portion d’éloignement 120 dont la longueur longitudinale est au moins égale à la course longitudinale de l’équipage mobile entre la configuration de portance et la configuration chutée. Cela permet de s’assurer que la première portion de portance 110 n’est jamais située à hauteur du cœur fissile et ceci, quelle que soit la position de la première portion de portance 110 avec les avantages mentionnés ci-dessus notamment en termes de réduction de l’irradiation imposée à la première portion de portance 110 par rapport à des solutions dans lesquelles la première portion de portance 110 est située dans le flux de neutrons.
La portion d’éloignement 120 peut être réalisée selon différents modes de réalisation. Un premier mode de réalisation est illustré en référence aux figures 1 à 9 et 11. Selon ce mode de réalisation, un tirant 122 avec raidisseurs 121 assure la liaison mécanique entre la portion neutrophage 130 et la première portion de portance 110. De préférence et comme illustré en figure 4b qui est une coupe de l’assemblage, la portion d’éloignement 120 comprend trois raidisseurs 121 s’étendant radialement depuis le centre de l’équipage mobile 100 et s’étendant longitudinalement depuis la portion neutrophage 130 jusqu’à la première portion de portance 110. Cette structure de pied de barre avec un tirant et trois raidisseurs permet de désactiver la zone de coopération hydraulique en condition de barre chutée. Elle confère également les avantages suivants : guidage mécanique sur toute la course ; raideur mécanique améliorée ; légèreté, ce qui est important pour la sustentation ; pertes de charge faibles ; pas de dimensionnement hydraulique complexe.
Les figure 8 et 9 illustrent un autre mode de réalisation de la portion d’éloignement 120 dans lequel cette portion d’éloignement 120 comprend un tube ajouré 123. Le tube ajouré 123 comprend des ouvertures 124 s’étendant longitudinalement. Ces ouvertures 124 sont réparties tout le long du tube ajouré 123. Elles sont réparties sur toute la dimension longitudinale de la portion d’éloignement 120. Ainsi, le fluide caloporteur peut passer à travers ces ouvertures 124 afin de parvenir avec peu de pertes de charge à l’intérieur de la portion neutrophage 130 de sorte à la refroidir.
Ce mode de réalisation avec tube ajouré 123 présente les avantages décrits ci-dessus concernant le pied de barre avec tirant et raidisseurs. En revanche il nécessite un dimensionnement hydraulique et mécanique plus avancé. L'armement de l’équipage mobile 100 dans sa position de fonctionnement nominal est assisté via un mécanisme habituellement désigné mécanisme de barre comprenant le grappin 300 de préhension de la tête 101 de l’équipage mobile 100. Dans le cadre de l’invention et afin de d’assurer un déclenchement uniquement passif de la chute de l’équipage mobile 100, le mécanisme est à seule fonction d'armement.
Le principe de fonctionnement d’un dispositif de sûreté passif selon l’invention va maintenant être décrit en référence à la figure 7.
En position chutée illustrée en figure 7a, la zone de coopération hydraulique entre l’équipage mobile 100 et le fourreau 200, plus précisément entre leurs portions de portance respectives 110, 210, est inactive. C’est par l’intermédiaire de son mécanisme de barre comprenant le grappin 300 qu’avant divergence, c’est-à-dire lors de la mise en activité du réacteur, l’équipage mobile 100 est armé. On qualifie d’armé un équipage mobile 100 qui a sa portion absorbante 130 positionnée au-dessus du cœur fissile 10. Le grappin saisit la tête 101 (figure 7b) et soulève l’équipage mobile 100 jusqu’à l’amener verticalement au-dessus, de sa configuration de portance comme cela est illustré en figure 7c.
Lors des étapes décrites ci-dessus, le débit Qf de fluide caloporteur est maintenu à la valeur de débit de manutention du réacteur, inférieure au débit de lâcher mentionnée ci-après.
On augmente alors le débit Qf de fluide caloporteur tout en maintenant l’équipage mobile 100 suspendu par le mécanisme de barre (figure 7d). Dès lors que Qf atteint au moins une valeur Qiâcher, avec Qdécienchement ^ Qiâcher, de préférence Qdécienchement < Qiâcher pour plus de sécurité, alors le grappin 300 s’ouvre et le mécanisme de barre libère l’équipage mobile 100 comme illustré en figure 7e. Qiâcher < Qn.
De préférence dans sa position suspendue au grappin 300 l’équipage mobile 100 a sa portion de portance 110 au niveau de la deuxième portion de portance 210 du fourreau 200. La force de sustentation générée par le débit Qiâcher permet la sustentation de l’équipage mobile 100.
Le débit Qf peut alors continuer à augmenter pour atteindre sa valeur nominale Qn et tant que Qdécienchement < Qf l’équipage mobile 100 reste alors dans sa configuration de portance illustrée en figure 7e.
En revanche, dès lors que Qf <Qdécienchement, la force de sustentation générée par le débit Qfne permet plus la sustentation de l’équipage mobile 100 et ce dernier chute par gravité (figure 7f) jusqu’à atteindre sa configuration chutée en fin de course comme illustré en figure 7g.
Ainsi, en dessous d’une valeur appropriée de débit dans l’assemblage atteinte lors d’un transitoire non protégé de baisse anormale du débit dans le circuit primaire, la coopération hydraulique cesse, ce qui entraîne le déclenchement passif de la chute de l’équipage mobile 100 et l’insertion gravitaire de la charge absorbante 130 dans le cœur fissile 10.
En référence aux figures 10a, 10b, 10c, un mode de réalisation alternatif est illustré, dans lequel la première portion de portance 110 est verticalement située au-dessus de la portion neutrophage 130. Ainsi, la première portion de portance 110 est verticalement située au-dessus de la zone cœur 240 du fourreau 200 et donc au-dessus du cœur fissile 10 du réacteur. Plus précisément, la première portion de portance 110 est située entre la tête 101 de l’équipage mobile 100 et la portion neutrophage 130.
Selon un mode de réalisation, la première portion de portance 110 est formée par un renflement 115 porté par la tige 102 et s’étendant entre la tête 101 et la portion neutrophage 130. Ainsi, le renflement 115 est positionné entre deux sections de ladite tige 102. Comme illustré en figure 10a, la portion d’éloignement 120 maintient le renflement 115 portant la première portion de portance 110 à distance de la portion neutrophage 130. Le renflement 115 comporte une extrémité inférieure destinée à former la paroi de poussée 117 pour le fluide caloporteur afin de permettre la sustentation de l’équipage mobile 100.
Avantageusement, le renflement 115 est creux. Il présente des orifices 116, 118 de passage pour le fluide caloporteur. Parmi ces orifices, des trous supérieurs 118 sont situés au niveau d’une extrémité supérieure du renflement 115 et au moins un trou de vidange 116 est disposé à l’extrémité inférieure du renflement 115. Le renflement 115 présente une paroi cylindrique s’étendant longitudinalement. La deuxième portion de portance 210 est formée quant à elle par la virole 211. L’espace entre une face externe de la paroi cylindrique du renflement 115 et une face interne de la virole 211 définit la section S1 de passage du fluide caloporteur.
De manière avantageuse, le dispositif de sûreté comprend un mécanisme d’amortissement de l’équipage mobile 100 pour amortir sa chute lors de son arrivée en fin de course.
Le mécanisme d’amortissement comprend une première pièce 140 portée par l’équipage mobile 100 et disposée au contact du fluide caloporteur et une deuxième pièce 220 portée par le fourreau 200 et disposée également au contact du fluide caloporteur.
Les première 140 et deuxième 220 pièces sont conformées de manière que lorsque l’équipage mobile 100 chute et avant que l’équipage mobile 100 n’atteigne sa position de fin de course en configuration chutée, la première pièce 140 pénètre dans la deuxième pièce 220, les première 140 et deuxième 220 pièces coopérant alors pour former un amortisseur visqueux.
La deuxième pièce 220 forme de préférence une butée de fin de course pour l’équipage mobile 100. Ainsi l’équipage mobile 100 ne rentre pas en collision avec une paroi de fond 206 située en extrémité inférieure du fourreau 200.
Selon un mode de réalisation illustré sur les figures 1 à 6, 8 et 9, la première pièce 140 est longitudinalement située entre une extrémité inférieure 103 de l’équipage mobile 100 et la portion neutrophage 130, plus précisément l’extrémité inférieure de la portion neutrophage 130. Dans ce mode de réalisation, la deuxième pièce 220 formant une partie femelle présente une cavité 225. La cavité 225 forme, selon une coupe transversale, un anneau centré sur l’axe de translation de l’équipage mobile 100 et s’étend longitudinalement depuis une ouverture 226 situé à une extrémité supérieure de la cavité 225 jusqu’à un fond 227 formant l’extrémité inférieure de la cavité 225.
La première pièce 140 formant une pièce mâle est conformée pour pénétrer dans la cavité 225 avant que l’équipage mobile n’atteigne la fin de sa course lorsqu’il chute.
La pièce mâle forme un tube dont la paroi est conformée pour s’insérer dans la cavité 225. Une extrémité 141 du tube est libre. Une autre extrémité du tube assure une liaison mécanique entre le tube et l’équipage mobile. De préférence cette extrémité du tube est disposée à proximité immédiate de l’extrémité inférieure de la portion neutrophage 130. Ce mode de réalisation apparaît clairement en figure 6b et 6c.
La cavité 225 est sensiblement centrée sur l’axe de translation de l’équipage mobile 100 et la pièce mâle présente des dimensions complémentaires de la cavité 225, de manière que lors de l’insertion relative des pièces mâle et femelle, le fluide présent à l’intérieur de la cavité 225 est chassé hors de cette dernière en générant une force visqueuse s’opposant à l’insertion de la pièce mâle dans la pièce femelle. Plus précisément, les dimensions transversales et longitudinales de la cavité 225 et la pièce mâle sont choisies de manière à générer un amortissement visqueux s’opposant à la chute de l’équipage mobile 100 avant son arrivée en fin de course.
De préférence, la cavité 225 est formée par la virole 211, elle-même portée par une face interne du fourreau 200. De préférence également, la deuxième portion de portance 210 est également formée par la virole 211.
Ainsi une seule et même pièce, la virole 211, porte deux parois qui chacune assure une fonction bien spécifique : - Lorsque le débit est suffisant, l’une des parois de la virole 211 assure la sustentation de l’équipage mobile, en coopération avec la portion de portance portée par ce dernier ; - Lorsque le débit chute anormalement, l’autre paroi de la virole 211 assure l’amortissement de l’équipage mobile lorsque ce dernier chute et parvient en fin de course.
De préférence la deuxième pièce 220 ayant pour fonction l’amortissement visqueux et la deuxième portion de portance 210 ayant pour fonction la sustentation sont situées au moins pour partie en regard longitudinalement, c'est-à-dire quelle sont situées longitudinalement au même niveau. Cela présente notamment pour avantage de concentrer des contraintes dimensionnelles fortes au sein d’une même pièce. Cela ressort des figures 4c et 5b qui font apparaître la cavité 225 et le jeu j1 qui permet la sustentation de l’équipage mobile 100. Avec ce mode de réalisation on réduit ainsi le nombre de pièces critiques et devant faire l’objet d’un usinage particulièrement précis. Par ailleurs cela permet un gain de place important.
Par ailleurs, ce mode de réalisation avec virole 211 assurant la fonction d’amortissement et de sustentation présente les avantages suivants: -du fait de l’exploitation d’une pièce existante, dont la hauteur nécessitée par la fonction de sustentation est supérieure à la hauteur nécessitée par la fonction d’amortissement, il n’y a pas lieu de modifier la longueur et la course de l’équipage mobile et il n’y a donc pas d’impact sur la hauteur de l’assemblage ; -il n’est pas utile de développer ailleurs une zone d’amortissement dont le jeu fonctionnel, de facto réduit pour un amortissement efficace, l’assimile à une zone de guidage. Ainsi ce mode de réalisation permet de ne pas avoir à créer de nouvelle zone de guidage, ce qui est intéressant en termes de fiabilité d’insertion (et d’extraction) vis-à-vis des risques de blocage, d’arcboutement et de broutage (et donc de ralentissement de la chute) sur la course de l’équipage mobile dans le dashpot. Ces risques de blocage, d’arcboutement et de broutage proviennent généralement des différents désaxages/désalignements envisageables associés aux déformations des structures sous irradiation. Avec la solution selon ce mode de réalisation, on favorise ainsi la fiabilité de pénétration de la partie mobile du dispositif d’amortissement dans sa partie femelle étant donné que cette pénétration se fait dans la zone de guidage constituée par la virole 211.
Selon un autre mode de réalisation non illustré la fonction d’amortissement et assurée par coopération entre le pion 112 et une paroi du fourreau 200, de préférence une paroi de fond 206.
Ainsi, la première portion de portance 110 et la première pièce 140 sont définies par une face externe 113 du pion 112 de l’équipage mobile 100. Par conséquent, dans ce mode de réalisation, les deux fonctions de sustentation et d’amortissement sont assurées par un même organe porté par l’équipage mobile 100, qui peut être le pion 112. Cette paroi de fond 206 est de préférence rapportée à l’intérieur du fourreau, par exemple sur son pied 204.
Selon un mode de réalisation avantageux illustré sur chacune des figures 1 à 6 et 8 à 10, le dispositif de sûreté comprend au moins une portion de guidage 230 configurée pour guider l’équipage mobile 100 dans sa translation à l’intérieur du fourreau 200. Comme illustré en figure 3b, la portion de guidage 230 comprend au moins une portion de guidage 230 formée par au moins deux et de préférence trois patins 231 radialement répartis de manière régulière autour de l’axe de translation de l’équipage mobile 100. Sur la figure 3b les patins 231 sont répartis à 120°. De préférence, cette portion de guidage 230 est formée par une bague porte-patins définissant sur l’une de ses faces internes lesdits patins 231.
La portion de guidage 230 est longitudinalement positionnée dans le fourreau 200 de manière à être au niveau de la portion neutrophage 130, lorsque l’équipage mobile 100 est en configuration de portance. Ainsi, la coopération entre la face externe de la portion neutrophage 130 et les patins 231 assurent un guidage en translation précis et fiable de l’équipage mobile 100 à l’intérieur du fourreau 200.
Ce mode de réalisation n’est cependant pas limitatif.
Au vu de la description qui précède, il apparaît clairement que la présente invention propose une solution particulièrement fiable et sûre pour permettre la chute des barres absorbantes de manière totalement passive, lors d’une baisse anormale du débit de fluide caloporteur. L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisations précédemment décrits et s’étend à tous les modes de réalisation couverts par les revendications.
REFERENCES 1. Dispositif 140. Première piece 3. Direction longitudinale „ ^ 141. Extrémité du tube 5. Zone d’écoulement du fluide 10. Zone fissile 200. Fourreau 100. Equipage mobile 201 Tube hexagonal 101. Tête 202. Extrémité supérieure 102. Tige 203. Sortie 103. Extrémité inférieure 204. Pied d’assemblage 104. Corps de barre 205. Lumière d’alimentation 206. Paroi 110. Première portion de portance 112. Pion 210. Deuxième portion de 113. Face externe portance 211. Virole 115. Renflement 212. Paroi interne 116. Trou de vidange 117. Paroi de poussée 118. Trou supérieur 220. Deuxième pièce 225. Cavité 120. Portion d’éloignement 226. Ouverture 121. Raidisseurs 227. Fond de la cavité 122. Tirant 123. Tube ajouré 230. Portion de guidage 124. Ouverture 231. Patin 130. Portion neutrophage ___ 240. Zone cœur 131. Aiguille 132. Elément de liaison 300. Grappin 133. Canal de passage pour le fluide
Claims (36)
- REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de sûreté à déclenchement passif pour réacteur nucléaire, le réacteur nucléaire comprenant une zone fissile dont la chaleur est transférée en partie au moins à un fluide caloporteur, le dispositif comprenant un assemblage comprenant : • un fourreau (200) s’étendant selon une direction longitudinale (3) sensiblement verticale en fonctionnement, destiné à être traversé longitudinalement par le fluide caloporteur ; • un équipage mobile (100), monté mobile en translation selon la direction longitudinale (3) dans le fourreau (200) et comprenant au moins : - une portion neutrophage (130) comprenant au moins un matériau neutrophage, s’étendant principalement selon la direction longitudinale (3) et configurée pour être traversée longitudinalement par le fluide caloporteur, caractérisé en ce que l’équipage mobile (100) comprend une première portion de portance (110) longitudinalement décalée par rapport à la portion neutrophage et le fourreau (200) comprend une deuxième portion de portance (210), les première et deuxième portions de portance (110, 210) étant conformées de manière à ce que : o lorsque les première et deuxième portions de portance (110, 210) sont disposées en regard selon une direction transversale perpendiculaire à la direction longitudinale (3), configuration dite de portance, alors les première et deuxième portions de portance (110, 210) définissent ensemble un espace de passage pour le fluide caloporteur présentant une section S1 définie de manière à ce que : - lorsque le débit Qf du fluide caloporteur traversant longitudinalement le fourreau (200) est supérieur à un débit Qdécienchement, alors le fluide caloporteur exerce sur l’équipage mobile (100) une force suffisante pour assurer la portance de l’équipage mobile dans le fourreau (200) et son maintien en configuration de portance ; - lorsque Qf<Qdécienchement alors le fluide caloporteur exerce sur l’équipage mobile (100) une force insuffisante pour assurer la portance de l’équipage mobile (100) dans le fourreau (200) et son maintien en configuration de portance, l’équipage mobile (100) descendant alors par gravité le long du fourreau jusqu’à atteindre une position de fin de course, dit configuration chutée; o lorsque les première et deuxième portions de portance (110, 210) ne sont pas disposées en regard selon la direction transversale, alors la première portion de portance (110) et une paroi interne (212) du fourreau (200) qui est au regard de la première portion de portance (110) définissent ensemble un espace de passage pour le fluide caloporteur présentant une section S2>S1 définie de manière à ce que : - le fluide caloporteur, même s’il présente un débit Qf>Qdécienchement, exerce sur l’équipage mobile (100) une force insuffisante pour faire remonter l’équipage mobile par translation dans le fourreau (200).
- 2. Dispositif (1) selon la revendication précédente, dans lequel la première portion de portance (110) est portée par une face externe de l’équipage mobile (100).
- 3. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le fourreau (200) comprend au moins une virole (211) et dans lequel la deuxième portion de portance (210) est formée par la virole (211).
- 4. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première portion de portance (110) est verticalement située en-dessous de la portion neutrophage (130).
- 5. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la deuxième portion de portance (210) est verticalement située sous une zone cœur (240) du fourreau (200) destinée à être au regard de la zone fissile (10) du réacteur.
- 6. Dispositif (1) selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel la première portion de portance (110) est disposée longitudinalement à distance de la portion neutrophage (130) en étant séparée de cette dernière par une portion d’éloignement (120) dont la longueur longitudinale est au moins égale à la course longitudinale de l’équipage mobile entre la configuration de portance et la configuration chutée.
- 7. Dispositif (1) selon l’une quelconque des trois revendications précédentes, dans lequel l’équipage mobile comprend un pion (112) portant la première portion de portance (110).
- 8. Dispositif (1) selon la revendication précédente, dans lequel le pion (112) est situé à une extrémité inférieure (103) de l’équipage mobile (100) et dans lequel le pion (112) présente une extrémité inférieure conformée pour former une paroi de poussée (117) pour le fluide caloporteur afin de permettre la sustentation de l’équipage mobile (100).
- 9. Dispositif (1) selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel le pion (112) présente une paroi longitudinale cylindrique et est formé d’une pièce monolithique, typiquement dans l’un des matériaux suivants ou leurs alliages : un acier ferrito-martensitique, un acier ferrito-martensitique de nuance EM10, un métal réfractaire.
- 10. Dispositif (1) selon l’une quelconque des trois revendications précédentes dans lequel la deuxième portion de portance (210) est une virole (211) portée ou formée par une face interne du fourreau (200) et dans lequel la distance entre la face interne de la virole (211) et la paroi de portance du pion (112) définit la section S1.
- 11. Dispositif (1) selon l’une quelconque des quatre revendications précédentes dans lequel le pion (112) est creux et définit un volume interne fermé.
- 12. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première portion de portance (110) est disposée longitudinalement à distance de la portion neutrophage (130) en étant séparée de cette dernière par une portion d’éloignement (120) et dans lequel la portion d’éloignement (120) comprend au moins un et de préférence un seul tirant (122) et de préférence au moins un raidisseur (121) assurant une liaison mécanique entre la portion neutrophage (130) et la première portion de portance (110).
- 13. Dispositif (1) selon la revendication précédente, dans lequel la portion d’éloignement (120) comprend au moins trois raidisseurs (121) s’étendant radialement depuis un centre de l’équipage mobile (100) et s’étendant longitudinalement depuis la portion neutrophage (130) jusqu’à la première portion de portance (110).
- 14. Dispositif (1 ) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel la première portion de portance (110) est disposée longitudinalement à distance de la portion neutrophage (130) en étant séparée de cette dernière par une portion d’éloignement (120) et dans lequel la portion d’éloignement (120) comprend un tube ajouré (123) assurant une liaison mécanique entre la portion de portance et la portion neutrophage (130).
- 15. Dispositif (1) selon la revendication précédente, dans lequel le tube ajouré (123) comprend des ouvertures (124) s’étendant principalement longitudinalement, réparties sur tout le pourtour du tube ajouré (123) et réparties sur toute la dimension longitudinale de la portion d’éloignement (120).
- 16. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la première portion de portance (110) est verticalement située au-dessus de la portion neutrophage (130).
- 17. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 et 16, dans lequel en configuration de portance, la première portion de portance (110) est verticalement située au-dessus de la zone cœur (240) du fourreau (200).
- 18. Dispositif (1) selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel la première portion de portance (110) est longitudinalement située entre une tête (101) formant l’extrémité supérieure de l’équipage mobile (100) et la portion neutrophage (130).
- 19. Dispositif (1) selon l’une quelconque des trois revendications précédentes, dans lequel l’équipage mobile comprend une tige (102) s’étendant depuis une extrémité supérieure de l’équipage mobile (100) et au moins jusqu’à la portion neutrophage (130) et la première portion de portance (110) est formée par un renflement (115) porté par la tige (102) entre l’extrémité supérieure de l’équipage mobile (100) et la portion neutrophage (130).
- 20. Dispositif (1) selon la revendication précédente, dans lequel le renflement (115) comporte une extrémité inférieure destinée à former une paroi de poussée (117) pour le fluide caloporteur afin de permettre la sustentation de l’équipage mobile (100).
- 21. Dispositif (1) selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel le renflement (115) est creux et présente des orifices de passage (116, 118) pour la vidange du fluide caloporteur.
- 22. Dispositif (1) selon l’une quelconque des trois revendications précédentes, dans lequel le renflement (115) présente une paroi cylindrique s’étendant longitudinalement, dans lequel la deuxième portion de portance (210) présente une virole (211) formée ou portée par une face interne du fourreau (200), l’espace j1 entre une face externe de la paroi cylindrique du renflement (115) et une face interne de la virole (211 ) définissant la section S1.
- 23. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un dispositif d’amortissement de l’équipage mobile (100) lors de la chute de dernier, le dispositif d’amortissement comprenant : - une première pièce (140) portée par l’équipage mobile (100) et disposée au contact du fluide caloporteur ; - une deuxième pièce (220) portée par le fourreau (200) et disposée au contact du fluide caloporteur ; les première et deuxième pièces étant conformées de manière à ce que lorsque l’équipage mobile (100) chute et avant que l’équipage mobile (100) n’atteigne sa position de fin de course en configuration chutée, la première pièce (140) pénètre dans la deuxième pièces (220), les première (140) et deuxième (220) pièces coopérant alors pour former un amortisseur visqueux.
- 24. Dispositif (1) selon la revendication précédente, dans lequel la première portion de portance (110) et la première pièce (140) ou la deuxième portion de portance (210) et la deuxième pièce (220) sont portées par un même organe (112, 211).
- 25. Dispositif (1) selon la revendication précédente, dans lequel la première portion de portance (110) et la première pièce (140) ou la deuxième portion de portance (210) et la deuxième pièce (220) sont, en partie au moins, longitudinalement positionnées au même niveau.
- 26. Dispositif (1) selon l’une quelconque des trois revendications précédentes, dans lequel la deuxième portion de portance (210) et la deuxième pièce (220) sont portées par un même organe (112, 211), dans lequel le fourreau (200) comprend au moins une virole (211) et dans lequel ledit organe est formé par la virole (211).
- 27. Dispositif (1) selon la revendication 23, dans lequel la deuxième (220) pièce est une partie femelle et présente une cavité (225) emplie de fluide caloporteur, et la première (140) pièce forme une pièce mâle conformée pour pénétrer dans une cavité (225) de la partie femelle et en chasser le fluide caloporteur avant que l’équipage mobile (100) parvienne en fin de course.
- 28. Dispositif (1) selon la revendication précédente, dans lequel la première pièce (140) est longitudinalement située entre une extrémité inférieure (103) de l’équipage mobile (100) et la portion neutrophage (130) et de préférence entre une extrémité inférieure (103) de l’équipage mobile (100) et une tête (102) de l’équipage mobile (100).
- 29. Dispositif (1) selon la revendication précédente, dans lequel la deuxième pièce (220) forme une partie femelle présentant une cavité (225) et la première pièce (140) forme une pièce mâle (145) conformée pour pénétrer dans la cavité (225), dans lequel la cavité (225) est circulaire et présente une ouverture (226) formant transversalement un anneau et à travers laquelle la pièce mâle (145) pénètre avant que l’équipage mobile (100) n’atteigne sa position de fin de course en configuration chutée et dans lequel la pièce mâle (145) forme un tube dont une extrémité libre est conformée pour pénétrer dans la cavité (225) à travers ladite ouverture (226).
- 30. Dispositif (1) selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel la deuxième pièce (220) est formée par une virole (211) portée par une face interne du fourreau (200) et la deuxième portion de portance (210) est formée par une face interne de cette virole (211 ).
- 31. Dispositif (1) selon la revendication précédente, dans lequel la cavité (225) est formée dans l’épaisseur de la virole (211 ), la cavité présentant un fond (227) et dans lequel la deuxième portion de portance (210) est formée par une face interne de la virole (211) et est longitudinalement disposée au moins en partie en regard de la cavité (225).
- 32. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le fourreau (200) comprend au moins une portion de guidage (230) configurée pour guider en translation l’équipage mobile.
- 33. Dispositif (1) selon la revendication précédente, dans lequel la portion de guidage comprend des patins (231), de préférence trois patins (231), radialement répartis de manière régulière autour de l’axe de translation de l’équipage mobile (100).
- 34. Système d’arrêt passif pour réacteur nucléaire comprenant un dispositif (1) de sûreté à déclenchement passif selon l’une quelconque des revendications précédentes et un mécanisme d’armement comprenant un grappin (300) de positionnement de l’équipage mobile (100).
- 35. Réacteur nucléaire comportant une zone fissile (10) et un circuit primaire à l’intérieur duquel circule le fluide caloporteur et comprenant au moins un dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 33.
- 36. Réacteur nucléaire selon la revendication précédente de type réacteur à neutrons rapides.
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