FR3074954A1 - Panier de rangement pour stockage ou transport de matieres nucleaires - Google Patents

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Abstract

Un objet de l'invention permettant d'atteindre ce but est un panier de rangement pour le transport, le stockage, et/ou l'entreposage de matières nucléaires s'étendant selon une direction longitudinale et comprenant au moins une cavité apte à recevoir la matière nucléaire et délimitée par une paroi interne audit panier, le panier comprenant en outre une paroi externe, au moins une parmi la (ou les) paroi(s) interne(s) et la paroi externe étant formée par un dispositif mobile apte à modifier les jeux entre deux solides, ledit dispositif mobile s'étendant selon une direction longitudinale et comprenant au moins une série de plusieurs éléments transmetteurs de chaleur disposés selon la direction longitudinale dudit dispositif mobile, deux éléments transmetteurs adjacents étant aptes à être en contact l'un contre l'autre, chaque élément transmetteur ayant une forme sensiblement prismatique, et comportant une base apte à être appuyée contre une paroi d'un parmi les deux solides, une face inférieure, une face supérieure, ainsi qu'une première et une seconde faces latérales et dont au moins une est munie de moyens pour assurer une traction dudit élément transmetteur selon une direction parallèle à ladite base, de manière à l'amener depuis une première position, dans laquelle l'élément transmetteur est relâché et est en appui contre une paroi à une seconde position, dans laquelle l'élément transmetteur est séparé de la paroi par un jeu, et inversement, le panier de rangement étant caractérisé en ce qu'il contient une mousse métallique comprenant des pores remplis d'un gaz. L'invention a également pour objet un conteneur comprenant un tel panier de rangement.

Description

® PANIER DE RANGEMENT POUR STOCKAGE OU TRANSPORT DE MATIERES NUCLEAIRES.
FR 3 074 954 - A1
@) Un objet de l'invention permettant d'atteindre ce but est un panier de rangement pour le transport, le stockage, et/ou l'entreposage de matières nucléaires s'étendant selon une direction longitudinale et comprenant au moins une cavité apte à recevoir la matière nucléaire et délimitée par une paroi interne audit panier, le panier comprenant en outre une paroi externe, au moins une parmi la (ou les) paroi(s) interne(s) et la paroi externe étant formée par un dispositif mobile apte à modifier les jeux entre deux solides, ledit dispositif mobile s'étendant selon une direction longitudinale et comprenant au moins une série de plusieurs éléments transmetteurs de chaleur disposés selon la direction longitudinale dudit dispositif mobile, deux éléments transmetteurs adjacents étant aptes à être en contact l'un contre l'autre, chaque élément transmetteur ayant une forme sensiblement prismatique, et comportant une base apte à être appuyée contre une paroi d'un parmi les deux solides, une face inférieure, une face supérieure, ainsi qu'une première et une seconde faces latérales et dont au moins une est munie de moyens pour assurer une traction dudit élément transmetteur selon une direction parallèle à ladite base, de manière à l'amener depuis une première position, dans laquelle l'élément transmetteur est relâché et est en appui contre une paroi à une seconde position, dans laquelle l'élément transmetteur est séparé de la paroi par un jeu, et inversement, le panier de rangement étant caractérisé en ce qu'il contient une mousse métallique comprenant des pores remplis d'un gaz.
L'invention a également pour objet un conteneur comprenant un tel panier de rangement.
Figure FR3074954A1_D0001
Figure FR3074954A1_D0002
PANIER DE RANGEMENT POUR STOCKAGE OU TRANSPORT DE MATIERES NUCLEAIRES
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
L'invention concerne un panier de rangement pour stocker ou transporter des matières nucléaires, le panier étant constitué d'une ou de plusieurs cavités contiguës dans chacune desquelles peut être introduit un assemblage combustible, des crayons ou des aiguilles de combustibles, des tronçons de crayons ou d’aiguilles de combustibles, ou plus généralement du combustible nucléaire, ou encore des objets contenant de la matière nucléaire qui ne sont pas du combustible nucléaire.
L’invention concerne également un conteneur pour le transport ou le stockage de matière nucléaire comprenant un tel panier de rangement.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Le stockage (ou l’entreposage), ainsi que le transport de la matière nucléaire doivent remplir des conditions de sécurité et de sûreté, et notamment garantir a minima :
- un risque de criticité nul,
- un risque d’échauffement limité voire nul (la chaleur peut provenir de la matière nucléaire et/ou de l’environnement de stockage, entreposage ou transport),
- un bon maintien mécanique.
Concernant plus particulièrement le transport de matières nucléaires, les problématiques liées à la sûreté et aux transports de matières radioactives sont notamment exposées dans les documents « La sûreté des transports de matières radioactives », par B. Lenail, Revue Générale Nucléaire n ° 1 2005 ; « Conception, fabrication et essais des emballages pour le transport des matières radioactives », par B. C. Bernardo, AIEA Bulletin Vol. 21, n 0 6 ou encore dans le document EP0752151.
Ainsi, les emballages de transport doivent être agréés par les autorités compétentes (françaises, britanniques, japonaises...) et répondre aux critères imposés par la réglementation de l’Agence internationale de l'Energie Atomique (AIEA) pour les emballages de Type B. Pour obtenir leur homologation, ils doivent garantir notamment :
- un risque de criticité nul,
- une température au niveau de la paroi extérieure limitée,
- une température de gaine de combustible acceptable vis-à-vis des critères de tenue mécanique desdites gaines ;
- des flux d’émission neutronique limités à l’extérieur de l’emballage, et ce, en conditions normales de transport et en conditions accidentelles de transport (chute, et/ou incendie, et/ou immersion).
A titre d’exemple, illustré en figure 1, de l'extérieur vers l'intérieur, un emballage de transport 2 de l’état de la technique comporte en général sur sa grande longueur (c'est-à-dire selon sa direction longitudinale Z2) :
- une couche externe 24 de protection biologique, qui peut être traversée par des ailettes 23 de refroidissement ; la couche externe 24 peut contenir par exemple un matériau neutrophage comme une résine ou un mortier ;
- au moins une virole 25 de maintien, dont les fonctions principales sont d’assurer le maintien mécanique de l’emballage et de transférer la chaleur de l’intérieur vers l’extérieur de l’emballage ; il peut y avoir plusieurs viroles et/ou plusieurs couches, on peut alors parler de corps ; la virole 25 (ou le corps) est entourée par la couche externe 24 de protection biologique ;
- une cavité interne 22 apte à recevoir un assemblage combustible 3, et délimitée radialement par la virole 25.
Une virole est définie comme étant un cylindre creux, délimité par une surface cylindre intérieure 251 et une surface cylindrique extérieure 252.
La cavité interne 22 est généralement définie par la surface intérieure de la virole 25 s'étendant selon la direction longitudinale Z2 de l'emballage, ainsi que par un fond et un couvercle d'emballage agencés aux extrémités opposées de la virole selon la direction longitudinale Z2.
La couche externe 24 comprend un matériau de protection neutronique. Un tel matériau peut être également nommé « matériau neutrophage » ou « absorbant neutronique ». Cela peut être une résine ou un mortier.
La cavité 22 est refermée à l’aide d’un système de fermeture 28. Sur la figure 1, le système de fermeture 28 comprend un premier bouchon fixé par une bride, le tout étant refermé par un second bouchon de manière à assurer une protection biologique et une étanchéité de l’emballage une fois celui-ci refermé.
Un tel emballage peut aussi être utilisé pour le transport, mais aussi pour le stockage de matière nucléaire. On pourra parler plus généralement d’un « emballage ».
Lorsqu’il est utilisé pour le transport, l’emballage 2 comprend en outre un ou des capots amortisseurs de choc 29 de manière à conserver le confinement de la matière nucléaire dans la cavité 22, même en cas de chute. Les capots amortisseurs sont généralement constitués de blocs de bois assemblés, dont les fibres sont orientées dans un sens donné.
La matière nucléaire peut être conditionnée dans un ou des assemblages combustibles, un ou des crayons de combustible, une ou des aiguilles de combustible, un ou des tronçons de crayons ou d’aiguilles de combustible. Elle peut être sous forme de poudre contenue dans un contenant ou sous forme de source. Elle peut aussi être contenue dans des objets qui ne sont pas des combustibles nucléaires.
Pour simplifier la rédaction et la lecture de la présente description, il sera fait mention d’un (ou de plusieurs) assemblage(s) combustible(s), étant entendu que la matière nucléaire peut être conditionnée ou contenue dans d’autres objets.
Pour garantir les conditions de sécurité et de sûreté, le stockage, l’entreposage et le transport de la matière nucléaire sont en général réalisés en disposant un ou plusieurs assemblages dans un ou des paniers de rangement.
Les paniers de rangement pour matière nucléaire sont particulièrement adaptés pour le combustible ayant été irradié, mais sont parfaitement utilisables pour du combustible neuf (non irradié).
Les paniers de rangement peuvent être utilisés en milieu sec ou humide, par exemple lors du stockage des combustibles en piscine ou lors de leur introduction dans des emballages de transport, lors d’un entreposage ou d’un stockage temporaire dans des structures en béton, ou bien encore lors de leur stockage final par enfouissement dans les couches géologiques.
Par exemple, en référence avec la figure 1, un panier 1 peut être introduit dans la cavité 22 d’un emballage de transport 2.
Un panier de rangement doit remplir simultanément au moins trois fonctions principales :
- un contrôle de la criticité de la matière nucléaire, à sec ou en présence de fluide à l'état liquide ou gazeux (eau, vapeur d’eau, eau borée, sodium liquide ...) ;
- un transfert thermique, pour évacuer la chaleur potentiellement dégagée par la matière nucléaire, notamment dans le cas des assemblages de combustibles irradiés, et ce, compte tenu de l’environnement de stockage, entreposage ou transport ;
- une résistance mécanique suffisante pour : assurer le maintien de la géométrie du panier chargé de matière nucléaire et éviter la détérioration de la matière nucléaire lors des utilisations normales et incidentelles (manutention, transport...) et assurer le contrôle de la criticité par maintien de la géométrie du panier même en conditions incidentelles (choc et chute importants) selon les réglementations en vigueur.
Les paniers de rangement sont parfois conçus également en vue d'apporter un complément de blindage contre les rayonnements ionisants, utile dans certaines applications.
Enfin, un panier de rangement doit de préférence avoir un poids limité, pour ne pas alourdir l’ensemble dans lequel il est destiné à être disposé.
Un panier de rangement pourra être également nommé « panier » dans la présente description.
On connaît de nombreux types de paniers pour assemblages combustibles nucléaires.
Un panier de rangement est habituellement de forme cylindrique s’étendant selon une direction longitudinale, et dont la section est en général sensiblement circulaire. Mais un panier peut présenter d’autres sections.
Un panier de rangement assure la fonction de maintien mécanique en maintenant la matière nucléaire (via l’objet qui le contient) dans une ou plusieurs cavités.
Ainsi, un panier de rangement comporte une ou plusieurs cavités contigües dans lesquelles peuvent être introduits un ou des objets contenant de la matière nucléaire.
Les cavités sont en général de grande longueur, inférieure ou égale à la longueur du panier. Elles présentent généralement une forme sensiblement cylindrique s’étendant selon la direction longitudinale du panier. La section d’une cavité peut être circulaire, carrée, rectangulaire, ou hexagonale, ou autre forme adaptée à l’objet qu’elle doit recevoir.
Par exemple, en référence avec la figure 1, un panier 1 comporte plusieurs cavités 10, chaque cavité étant configurée pour recevoir un assemblage combustible 3.
Un panier de rangement doit assurer un niveau minimal de dissipation thermique de l’assemblage combustible (plus généralement l’objet contenant la matière nucléaire) vers l’extérieur du panier.
En outre, pour faciliter l’insertion de l’assemblage dans le panier, un jeu est nécessaire. Un jeu peut être également nécessaire pour gérer les différences de comportement mécanique entre les différents matériaux composant le panier et l’assemblage dans le temps et en fonction des variations de températures. Par exemple, il peut y avoir des différences de dilatation.
Ce jeu est rempli de gaz, gaz dont la conductivité thermique est plus faible que celles des matériaux composant le panier et l’assemblage. Il y a donc une chute de la conduction thermique à l’endroit du jeu, créant une isolation thermique entre la paroi externe de l’assemblage et la paroi interne du panier. Ainsi, le jeu rempli de gaz peut limiter la dissipation thermique entre les pièces vers l’extérieur du panier.
Dans le cas de combustibles nucléaires conservant de fortes puissances thermiques à évacuer (typiquement autour de 4-8 kW), une telle isolation thermique est un problème important. La puissance des combustibles à transporter doit être limitée de ce fait. Cela induit soit une impossibilité de transport pour les combustibles non irradiés et pour les combustibles irradiés une obligation d’attente en général très longue que les combustibles refroidissent avant de pouvoir les transporter.
Le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) a développé et a breveté un dispositif permettant de réduire les résistances thermiques entre deux solides (EP2831888B1). Le principe de ce dispositif repose sur la modification du jeu mécanique entre deux solides. Il est aussi nommé « dispositif mobile » dans la suite de la description.
Les figures 2A, 2B et 2C illustrent le dispositif mobile breveté.
Un dispositif mobile 4 est constitué d’au moins une série 40 de plusieurs éléments transmetteurs 401, 402, 403, 404 aptes à transmettre la chaleur, disposés selon la direction longitudinale Z4 du dispositif mobile 4, deux éléments transmetteurs adjacents étant aptes à être en contact l’un contre l’autre.
Chaque élément 401, figure 2C, a une forme sensiblement prismatique, et comporte plusieurs faces : une base 401a apte à être appuyée contre une paroi, une face inférieure 401b et une face supérieure 401c aptes être appuyés en contact avec une face supérieure, respectivement une face inférieure, d’un élément adjacent, une première et une seconde faces latérales 401 d et 401e dont au moins une est munie de moyens pour assurer une traction de l’élément transmetteur 401 selon une direction parallèle à la base 401a, et l’amener depuis une position initiale, dans laquelle l’élément transmetteur est relâché (figure 2B) et est appuyé contre une paroi, qui est soit une « paroi chaude » 3 (par exemple l’enveloppe extérieure d’un assemblage combustible), soit une « paroi froide » 5 (par exemple la surface ou paroi intérieure d’un conteneur, d’un emballage de transport, d’un puits de stockage ...), à une position soulevée (figure 2A) dans laquelle l’élément transmetteur est séparée de la paroi par un jeu et inversement.
Une arête 401f (figure 2C) relie les faces latérales 401d, 401e et la face supérieure 401c. L’arête 401f peut être biseautée.
Une première série de premiers éléments 401, 403 est associée à une première paroi 3 qui est par exemple une paroi chaude : ce sont des éléments dont la base 401a, 403a est apte à être appuyée contre la paroi chaude.
Une seconde série de seconds éléments 402, 404 est associée à une seconde paroi 5 qui est par exemple une paroi froide : ce sont des éléments dont chaque base 402a, 404a est apte à être appuyée contre la paroi froide.
Les premiers et seconds éléments sont empilés en alternance. En d’autres termes, un premier élément 403 est apte à être en contact avec deux seconds éléments 402, 404 : la face inférieure 403b (resp supérieure 403c) d’un premier élément 403 est disposée en vis-à-vis de la face supérieure 402c (resp inférieure 404b) d’un second élément 402 (resp 404). De même, un second élément 402 est apte à être en contact avec deux premiers éléments 401, 403 : la face inférieure 402b (resp supérieure 402c) d’un second élément 402 est disposée en vis-à-vis de la face supérieure 401 c (resp inférieure 403b) d’un premier élément 401 (resp 403).
Cette alternance existe sauf aux deux extrémités d’une série du dispositif mobile 4.
Les faces inférieure 401b et supérieure 401c d’un élément transmetteur 401 sont inclinées, de manière à autoriser un appui mais également un mouvement de translation entre la face inférieure d’un élément transmetteur et la face supérieure d’un élément adjacent (et entre la face supérieure et la face inférieure d’un élément adjacent). Cela permet de déplacer, sur un axe orthogonal à la direction longitudinale Z4, un élément par rapport à un ou deux éléments adjacents. La gestion de ces déplacements permet soit de créer un contact entre la paroi froide et la paroi chaude, figure 2B, soit d’ouvrir un jeu entre lesdites parois, figure 2A.
Des moyens sont mis en œuvre pour assurer une traction des éléments transmetteurs, c’est à dire appliquer une force sur le ou les séries d'éléments transmetteurs.
Le contact entre deux éléments transmetteurs consécutifs peut se faire seulement sur une génératrice ou simplement quelques zones, le dispositif mobile permet, par la multiplicité des surfaces de base d'augmenter le nombre de points de contact et d'avoir des surfaces de contact plus grandes. Plus les éléments transmetteurs sont de petite taille, meilleure est l'adaptation à la forme.
Ledit dispositif mobile peut être utilisé dans un panier de rangement pour le stockage, l’entreposage ou le transport de matière nucléaire.
Le dispositif mobile peut être intégré comme paroi externe dudit panier (dite « paroi externe mobile »).
Le dispositif mobile peut être intégré comme paroi interne dudit panier, ladite paroi interne dire « paroi interne mobile » délimitant une cavité apte à recevoir la matière nucléaire.
Lorsque le panier de rangement comprend une seule cavité on peut parler de « panier mobile ».
Lorsque le panier de rangement comprend plusieurs cavités, il y a plusieurs parois internes au sein du panier, et le dispositif mobile peut être intégré au niveau d’une ou de plusieurs parois internes.
Le dispositif peut aussi être intégré à la fois au niveau de la paroi externe du panier et au niveau de la ou des paroi(s) interne(s).
Dans les deux derniers cas, on peut parler de « panier mobile » ou de « panier mixte ».
En d’autres termes, un dispositif mobile permet de gérer le jeu entre une paroi chaude et une paroi froide qui peuvent être :
- la paroi externe d’un assemblage (paroi chaude) et la surface ou paroi interne d’un conteneur (emballage, puits ...) (paroi froide) : « panier mobile », ou
- la paroi externe d’un assemblage (paroi chaude) et une paroi interne d’un panier (paroi froide) : « panier mobile » ou « panier mixte » et/ou
- la paroi externe du panier (paroi chaude) et la surface ou paroi interne d’un conteneur (emballage, puits) (paroi froide) : « panier mobile » ou « panier mixte ».
Les termes paroi « chaude » et « froide » doivent être compris en termes relatifs.
Dans tous les cas, les pièces en contact du dispositif mobile créent du poids supplémentaire. Or c’est un objectif de l’invention de disposer de paniers de poids réduits.
L’invention vise à surmonter l’inconvénient du panier de rangement comprenant un ou des dispositifs mobiles.
Un des objectifs de l’invention est donc de réduire le poids des paniers de rangement comprenant un ou des dispositifs mobiles, tout en conservant une conductivité thermique d’un ordre de grandeur équivalent.
L’invention vise en outre à disposer d’un panier de rangement qui assure les fonctions et les conditions de sécurité et de sûreté mentionnés plus avant.
EXPOSE DE L’INVENTION
Un objet de l’invention permettant d’atteindre ce but est un panier de rangement pour le transport, le stockage, et/ou l’entreposage de matières nucléaires s’étendant selon une direction longitudinale et comprenant au moins une cavité apte à recevoir la matière nucléaire et délimitée par une paroi interne audit panier, le panier comprenant en outre une paroi externe, au moins une parmi la (ou les) paroi(s) interne(s) et la paroi externe étant formée par un dispositif mobile apte à modifier les jeux entre deux solides, ledit dispositif mobile s’étendant selon une direction longitudinale et comprenant au moins une série de plusieurs éléments transmetteurs de chaleur disposés selon la direction longitudinale dudit dispositif mobile, deux éléments transmetteurs adjacents étant aptes à être en contact l’un contre l’autre, chaque élément transmetteur ayant une forme sensiblement prismatique, et comportant une base apte à être appuyée contre une paroi d’un parmi les deux solides, une face inférieure, une face supérieure, ainsi qu’une première et une seconde faces latérales et dont au moins une est munie de moyens pour assurer une traction dudit élément transmetteur selon une direction parallèle à ladite base, de manière à l’amener depuis une première position, dans laquelle l’élément transmetteur est relâché et est en appui contre une paroi à une seconde position, dans laquelle l’élément transmetteur est séparé de la paroi par un jeu, et inversement, le panier de rangement étant caractérisé en ce qu’il contient une mousse métallique comprenant des pores remplis d’un gaz.
La direction longitudinale du panier et la direction longitudinale du dispositif mobile sont de préférence confondues.
La direction longitudinale Z1 du panier 1 peut être orientée à la verticale, ou à l’horizontale ou selon toute autre direction.
La mousse métallique est de préférence apte à entourer la ou les cavités.
Le fait de remplir le panier de rangement de mousse métallique permet de disposer d’un panier de rangement plus léger, tout en assurant toujours la fonction de conduction thermique améliorée par le (ou les) dispositif(s) mobile(s). Cela permet notamment de contrebalancer le surplus de poids du au(x) dispositif(s) mobile(s) lorsqu’ils sont pleins.
En outre, le panier selon l’invention permet d’assurer une continuité thermique par la présence de métal, tout en assurant un gain de poids qui peut être de l’ordre de 90%, selon la porosité de la mousse métallique utilisée.
Le panier selon l’invention permet en outre une protection contre les chocs de la matière nucléaire lorsqu’elle est stockée ou entreposée, par exemple dans une piscine ou un site d’entreposage, ou lorsqu’elle est transportée. En effet, la mousse métallique, de par sa porosité et donc sa capacité de compression, permet d’absorber des chocs mécaniques et de dissiper l’énergie de déformation mécanique.
En créant une protection contre les chocs au plus près de l’objet contenant la matière nucléaire, au lieu de protéger le contenant ou l’enveloppe la plus extérieure, on réduit le volume de protection et donc le poids, et on protège de manière plus sûre la matière nucléaire contre les chocs.
L’invention permet donc d’ajouter une fonction d’amortissement en cas de crash à un panier de rangement.
Selon un mode de réalisation, la paroi interne et la paroi externe du panier de rangement est une seule paroi, et elle est constituée par un dispositif mobile. Dans ce cas, ledit dispositif mobile contient une mousse métallique comprenant des pores remplies d’un gaz. En outre, dans ce cas, le panier de rangement ne contient qu’une cavité.
Selon un mode de réalisation alternatif, l’espace compris entre la (ou les) paroi(s) interne(s) et la paroi externe d’un panier de rangement contient de la mousse métallique comprenant des pores remplies de gaz. Dans ce cas, le panier de rangement peut contenir une ou plusieurs cavités.
Selon un mode de réalisation, la paroi externe du panier de rangement est formée par un dispositif mobile. On pourra parler de dispositif mobile externe.
Selon un mode de réalisation particulier, au moins un élément transmetteur du dispositif mobile formant la paroi externe du panier de rangement contient une mousse métallique comprenant des pores remplies d’un gaz.
Cela permet d’alléger un dispositif mobile et donc d’alléger davantage le panier de rangement, tout en assurant toujours la fonction de conduction thermique.
Selon un mode de réalisation, au moins une paroi interne d’un panier de rangement est formée par un dispositif mobile. On pourra parler de dispositif mobile interne.
Selon un mode de réalisation particulier, au moins un élément transmetteur dudit un dispositif mobile formant une paroi interne contient une mousse métallique comprenant des pores remplies d’un gaz.
Cela permet d’alléger un dispositif mobile et donc d’alléger davantage le panier de rangement, tout en assurant toujours la fonction de conduction thermique et d’améliorer la dissipation d’énergie lors d’un impact.
Selon un mode de réalisation, au moins un élément transmetteur contient de la mousse métallique comprenant des pores remplies d’un gaz. Ce peut être au moins un élément transmetteur d’un dispositif mobile interne, et/ou au moins un élément transmetteur d’un dispositif mobile externe.
Comme indiqué précédemment, cela permet d’alléger un dispositif mobile et donc d’alléger davantage le panier de rangement, tout en assurant toujours la fonction de conduction thermique et d’améliorer la dissipation d’énergie lors d’un impact.
Selon un mode de réalisation particulier, au moins un élément transmetteur contenant de la mousse métallique comprend une enveloppe externe en tôle mince, de préférence thermiquement conductrice.
Par tôle mince, il faut comprendre une tôle suffisamment mince pour qu’elle ne contraigne pas les mouvements de compression et/ou de dilatation de la mousse métallique.
En outre, la tôle doit être suffisamment épaisse pour assurer le maintien de ladite mousse métallique à l’intérieur du panier.
L’épaisseur de la tôle mince est avantageusement comprise entre 1 mm et 3 mm.
L’espace contenu à l’intérieur de l’enveloppe externe de l’élément transmetteur doit être suffisant pour contenir un ou plusieurs pores de mousse au sein dudit élément transmetteur.
De préférence, la mousse métallique présente une porosité comprise entre 50 à 97%, par exemple entre 79 et 81 %.
Selon un mode de réalisation, le gaz compris dans les pores de la mousse métallique comprend de l’hélium.
Selon un autre mode de réalisation, le gaz compris dans les pores de la mousse métallique comprend de l’azote.
Selon un autre mode de réalisation, le gaz compris dans les pores de la mousse métallique comprend de l’air.
Un autre objet de l’invention est un ensemble comprenant un panier de rangement et un conteneur apte à contenir au moins un panier de rangement.
Selon un mode de réalisation, le conteneur étant un emballage de transport, le panier étant disposé dans une cavité de l’emballage.
Selon un autre mode de réalisation, le conteneur est un puits d’entreposage de matières nucléaires.
DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention, et des différents modes de réalisation apparaîtront à l’aide de la description qui suit donnée à titre illustratif et non limitatif, faite en regard des figures annexées parmi lesquelles :
la figure 1 illustre un emballage connu de l’état de la technique ;
les figures 2A à 2C illustrent un dispositif mobile de l’état de la technique permettant de réduire les résistances thermiques entre deux solides et pouvant être mis au niveau d’une paroi d’un panier ;
la figure 3 illustre un premier mode de réalisation de l’invention, le panier étant mobile et comprenant une seule cavité (panier illustré dans un conteneur) ;
la figure 4 illustre un second mode de réalisation de l’invention, le panier comportant une paroi externe fixe et des parois internes mobiles délimitant plusieurs cavités (panier illustré dans un conteneur) ;
la figure 5 illustre un troisième mode de réalisation de l’invention, le panier comportant une paroi externe mobile et des parois internes mobiles délimitant plusieurs cavités (panier illustré dans un conteneur).
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Les figures 1 et 2A à 2C ont été décrites en introduction de la présente demande et ne seront pas reprises ici.
Dans l’ensemble des figures 3 à 5, le panier de rangement 1 selon l’invention est illustré en étant introduit dans un conteneur 5 apte à recevoir un ou plusieurs paniers de rangement, le conteneur 5 comprenant une couronne interne 51 et une couronne externe 52, et pouvant être un emballage de transport 2 ou un puits, étant entendu que le conteneur peut ne comprendre qu’une seule couronne, pleine ou creuse (ou ajourée) voire ne contenir qu’une paroi apte à entourer le panier, et que le panier peut être utilisé ailleurs que dans un emballage ou dans un puits, par exemple dans un autre stockage à sec ou en piscine.
Le panier de rangement 1 selon l’invention s’étend selon une direction longitudinale Z1. Il comporte une ou plusieurs cavités contiguës 10 dans lesquelles peuvent être introduits des objets contenant de la matière nucléaire, typiquement un assemblage par cavité.
Une cavité présente une forme sensiblement cylindrique s’étendant selon la direction longitudinale Z1 du panier 1. La section d’une cavité peut être circulaire, carrée, rectangulaire, ou hexagonale, ou autre forme adaptée à l’objet qu’elle doit recevoir.
Dans l’ensemble des figures 3 à 5, l’objet contenant de la matière nucléaire est représenté par un assemblage combustible 3 de section hexagonale.
Mais il peut s’agir d’un assemblage combustible ayant une autre section, d’un ou de plusieurs crayons, d’une ou de plusieurs aiguilles non nécessairement disposés dans un assemblage, d’un ou de plusieurs tronçons de crayons ou d’une ou de plusieurs aiguilles de combustibles, ou plus généralement du combustible nucléaire, ou encore des objets contenant de la matière nucléaire qui ne sont pas des combustibles nucléaires. Plus généralement, la matière nucléaire est conditionnée dans un objet.
Pour simplifier la rédaction et la lecture de la présente description, il sera généralement fait mention d’un assemblage combustible, étant entendu qu’il peut s’agir d’un autre objet qu’un assemblage.
L’assemblage 3 est apte à être introduit dans une cavité 10 du panier de rangement 1. La cavité 10 présente une section hexagonale adaptée pour recevoir l’assemblage.
La chaleur doit être transmise depuis l’assemblage 3 par l’intermédiaire de son enveloppe externe 31 vers la cavité 10 dans laquelle l’assemblage est disposé, puis elle doit traverser le panier 1, puis être transmise au conteneur 5 et être en dehors dudit conteneur.
La figure 3 illustre un panier de rangement selon un premier mode de réalisation.
Le panier 1 n’a qu’une seule cavité 10 et il comprend un dispositif mobile 4 permettant de gérer le jeu J3 entre l’assemblage 3 et la cavité 10. Ainsi, lors de l’introduction de l’assemblage 3 dans la cavité 10 du panier, le jeu J3 est ouvert, puis le jeu J3, figure 2A, est refermé une fois l’assemblage 3 en place dans le panier, permettant ainsi une bonne conduction thermique en continu.
Le dispositif mobile 4 du panier permet aussi de gérer le jeu J5, figure 2A, entre le panier 1 et le conteneur 5. Ainsi lors de l’introduction du panier 1 dans le conteneur 5, le jeu J5 est ouvert, puis le jeu J5 est refermé une fois le panier en place dans le conteneur, permettant ainsi une bonne continuité thermique et d’améliorer la dissipation d’énergie lors d’un impact.
Le dispositif mobile 4 comprend une pluralité de séries 40, 41, 42, 43, 44, 45 d’élément transmetteurs 401-404, 411-414, 421-424, 431-434, 441-444, 451-454 disposés selon la direction longitudinale Z4 du dispositif mobile 4 correspondant à la direction longitudinale Z1 du panier 1, deux éléments transmetteurs adjacents étant aptes à être en contact l’un contre l’autre. En outre, les séries d’éléments transmetteurs sont disposés les uns par rapport aux autres de manière régulière dans un plan transversal à la direction longitudinale du panier Z1, chaque série d’éléments transmetteurs couvrant dans ledit plan transversal un secteur d'environ 360° divisé par le nombre de séries, ici 6, soit 60° par secteur.
Pour chaque série d’éléments transmetteurs, les deux éléments d'extrémité sont tronqués pour obtenir des surfaces planes, aux deux extrémités de la série.
Une telle disposition est également représentée dans les figures 4 et 5 (avec plusieurs cavités), chaque étage de la série 40, 41, 42, 43, 44, 45 d’éléments transmetteurs 401-404, 411-414, 421-424, 431-434, 441-444, 451-454 couvrant chacun un secteur d'environ 60°.
Pour l’ensemble des modes illustrés, chaque élément transmetteur 401 comprend une enveloppe externe qui correspond à tout ou partie des faces 401a à 401e.
L’enveloppe externe d’un élément transmetteur peut être une couche mince, de préférence conductrice. L’enveloppe externe d’un élément transmetteur peut être uniquement formée par la base 401a et la face inférieure 401b. Ceci a pour avantage de simplifier le procédé de fabrication et ajouter un mode d’extraction de chaleur des éléments par convection naturelle.
La couche mince peut être métallique, par exemple en aluminium.
L’enveloppe externe des éléments transmetteurs peut par exemple encapsuler une mousse métallique 14 (non représenté dans les figures).
En fonction de l’usage prévu, les éléments transmetteurs ayant une fonction de levage peuvent être remplis d’un matériau plein (et non d’une mousse métallique) si la résistance à la traction le nécessite.
II en va de même pour les parties des éléments transmetteurs devant accueillir des connections avec les autres les éléments transmetteurs adjacents selon la direction longitudinale Z4.
La figure 4 illustre un second mode de réalisation de l’invention.
Le panier 1 a plusieurs cavités 10 et il comprend un dispositif mobile interne 4’ au niveau de chaque cavité 10. En d’autres termes, les parois internes du panier 1 délimitant les cavités 10 sont constituées par des dispositifs mobiles 4’.
Alternativement, seulement certaines parois internes 11 pourraient être constituées par un dispositif mobile 4’.
En outre, le panier comprend une paroi externe 12 fixe, c'est-àdire qui ne comprend pas de dispositif mobile, et qui s’étend selon la direction longitudinale Z1 du panier.
Comme décrit en lien avec la figure 2, chaque dispositif mobile interne 4’ comprend plusieurs séries 40’ d’éléments transmetteurs disposés selon la direction longitudinale Z4 correspondant à la direction longitudinale Z1 du panier.
Chaque dispositif mobile interne 4’ permet de créer un jeu J3 entre un assemblage 3 et une cavité 10 du panier lors de l’introduction de l’assemblage 3 dans la cavité du panier puis de refermer le jeu J3 une fois l’assemblage 3 en place dans le panier, permettant ainsi une conduction thermique entre l’assemblage 3 et le panier 1 puis avec le conteneur 5.
La mousse métallique 14 est disposée dans l’espace compris entre les dispositifs mobiles internes 4’ formant les parois internes du panier (et donc les cavités 10) et la paroi externe 12 du panier de rangement.
Dans le cas où seulement certaines parois internes sont constituées par un dispositif mobile interne, la mousse métallique est disposée dans l’espace compris entre les parois internes fixes et mobiles et la paroi externe du panier de rangement.
En complément ou alternativement (non représenté sur la figure
4), de la mousse métallique peut être insérée dans tout ou partie des éléments transmetteurs des dispositifs mobiles 4’ formant les parois internes.
La figure 5 illustre un troisième mode de réalisation de l’invention.
Ce mode de réalisation se distingue du second mode de réalisation en ce que la paroi externe 12 du panier 1 est également constituée par un dispositif mobile externe 4”.
Comme décrit en lien avec la figure 3, le dispositif mobile 4” comprend plusieurs séries 40” d’éléments transmetteurs disposés selon la direction longitudinale Z4 du dispositif mobile 4” correspondant à la direction longitudinale Z1 du panier 1. Le dispositif mobile externe 4” permet d’ouvrir un jeu J5 entre le panier 1 et le conteneur 5 lors de l’introduction du panier 1 à l’intérieur du conteneur puis de refermer le jeu J5 une fois le panier en place dans le conteneur, permettant ainsi une bonne continuité thermique.
La mousse métallique 14 est insérée dans l’espace compris entre les dispositifs mobiles internes 4’ formant les parois internes et donc les cavités 10 du panier et le dispositif mobile externe 4” formant la paroi externe du panier de rangement.
En complément ou alternativement (non représenté sur la figure
5), de la mousse métallique 14 peut être insérée dans tout ou partie des éléments transmetteurs des dispositifs mobiles internes 4’ formant les parois internes, mais également dans tout ou partie des éléments transmetteurs du dispositif mobile externe 4” formant la paroi externe.
Pour l’ensemble des modes de réalisation, les fonctions principales de la mousse métallique sont :
- réduire le poids du panier de rangement,
- absorber les chocs par dissipation de l’énergie de déformation,
- transmettre la chaleur.
Pour l’ensemble des modes de réalisation, également :
- la mousse métallique présente de préférence une porosité comprise entre 50 à 97%, par exemple entre 79 et 81 % ;
- les pores sont remplis de gaz : il peut s’agir d’hélium qui a pour avantage d’être plus léger que l’air et de réduire davantage le poids du panier, ou encore d’air qui a pour avantage de ne pas nécessiter d’introduction de gaz spécifique avec le risque de fuite ou encore d’azote ;
- comme indiqué dans l’exposé de l’invention, par tôle mince, il faut comprendre une tôle suffisamment mince pour qu’elle ne contraigne pas les mouvements de compression et/ou de dilatation de la mousse métallique ;
- la tôle doit de préférence être suffisamment épaisse pour assurer le maintien de ladite mousse métallique ;
- la tôle doit être de préférence conductrice thermiquement ;
- la liaison contact entre la mousse métallique et les tôles qui l’encapsulent peut être de type soudure, monobloc, ou emmanché forcé : cela permet de garantir une bonne performance thermique ;
- le gain de poids est obtenu par la porosité de la mousse métallique : la porosité peut être ajustée lors de la fabrication de la mousse métallique, en fonction du gain souhaité ;
- l’important gain de poids peut notamment permettre de conserver la structure en mousse métallique sur toute la longueur de l’objet à transporter, ce qui permet d’avoir un absorbeur de chocs continu autour de l’objet à transporter, tout en conservant les propriétés de transfert thermique ;
- la mousse métallique peut être en aluminium ;
- les tôles minces peuvent également être en aluminium.
En outre, en conférant une protection contre les chocs au plus près de l’objet contenant la matière nucléaire, entre la paroi externe et la ou les parois internes du panier, on gagne en protection et en poids. En outre, cela permet de protection plus sûrement la matière nucléaire contre les chocs et déformations mécaniques.
La mousse métallique peut ainsi être disposée dans des éléments transmetteurs d’un dispositif mobile, qui peut être :
- un dispositif mobile intégré au niveau d’une paroi interne du panier de rangement, et/ou
- un dispositif mobile intégré au niveau de la paroi externe du panier de rangement.
En combinant les différentes combinaisons, la mousse métallique peut être comprise :
- dans l’espace compris entre la paroi externe (fixe ou mobile) et la ou les parois internes (fixes ou mobiles) d’un panier de rangement et/ou,
- dans un ou des éléments transmetteurs d’une paroi interne mobile et/ou,
- dans un ou des éléments transmetteurs d’une paroi externe mobile.
Le panier de rangement selon l’invention est particulièrement adapté pour du combustible nucléaire irradié, mais peut être utilisé pour du combustible neuf.
Le panier de rangement selon l’invention peut être utilisé en milieu sec ou humide, par exemple lors du stockage des combustibles en piscine ou lors de leur introduction dans des emballages de transport, lors d’un entreposage ou d’un stockage temporaire dans des structures en béton, ou bien encore lors de leur stockage final par enfouissement dans les couches géologiques.
Les différents modes présentés peuvent être combinés entre eux.
En outre, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits mais s'étend à tout mode de réalisation entrant dans la portée des revendications.

Claims (16)

  1. REVENDICATIONS
    1. Panier de rangement (1 ) pour le transport et/ou le stockage de matières nucléaires s’étendant selon une direction longitudinale (Z1), et comprenant au moins une cavité (10) destinée à recevoir lesdites matières nucléaires et délimitée par une paroi interne (11, 4, 4’), ledit panier comprenant en outre une paroi externe (12, 4, 4”), au moins une parmi la (ou les) paroi(s) interne(s) (11,4, 4’) et la paroi externe (12, 4, 4”) étant formée par un dispositif mobile (4, 4’, 4”) apte à modifier les jeux entre deux solides, ledit dispositif mobile s’étendant selon une direction longitudinale (Z4) et comprenant au moins une série (40) de plusieurs éléments transmetteurs de chaleur (401, 402, 403, 404) disposés selon la direction longitudinale (Z4) dudit dispositif mobile, deux éléments transmetteurs adjacents étant aptes à être en contact l’un contre l’autre, chaque élément transmetteur ayant une forme sensiblement prismatique, et comportant une base (401a, 402a, 403a, 404a) apte à être appuyée contre une paroi d’un parmi les deux solides, une face inférieure (401b, 402b, 403b, 404b), une face supérieure (401c, 402c, 403c, 404c), ainsi qu’une première et une seconde faces latérales (401 d, 402d, 403d, 404d) et (401e, 402e, 403e, 404e) dont au moins une est munie de moyens pour assurer une traction dudit élément transmetteur selon une direction parallèle à ladite base, de manière à l’amener depuis une première position, dans laquelle l’élément transmetteur est relâché et est en appui contre une paroi à une seconde position, dans laquelle l’élément transmetteur est séparé de ladite paroi par un jeu, et inversement, le panier de rangement étant caractérisé en ce qu’il contient une mousse métallique (14) comprenant des pores remplies d’un gaz.
  2. 2. Panier de rangement (1) selon la revendication 1, la mousse métallique étant apte à entourer la ou les cavités (10).
  3. 3. Panier de rangement (1) selon l’une des revendications 1 ou 2, la direction longitudinale (Z4) du dispositif mobile (4) et la direction longitudinale (Z1) dudit panier (1) étant confondues.
  4. 4. Panier de rangement (1) selon l’une des revendications 1 à 3, comprenant une seule cavité, la paroi interne et la paroi externe dudit panier de rangement étant une seule paroi constituée par un dispositif mobile (4), ledit dispositif mobile (4) contenant une mousse métallique (14) comprenant des pores remplies d’un gaz.
  5. 5. Panier de rangement (1) selon l’une des revendications 1 à 3, l’espace compris entre la (ou les) paroi(s) interne(s) (11,4’) et la paroi externe (12, 4”) dudit panier de rangement contenant de la mousse métallique (14) comprenant des pores remplies de gaz.
  6. 6. Panier de rangement (1) selon l’une des revendications 1 à 5, la paroi externe dudit panier de rangement étant formée par un dispositif mobile (4”).
  7. 7. Panier de rangement (1) selon l’une des revendications 1 à 6, au moins une paroi interne (12, 4’) dudit panier de rangement étant formée par un dispositif mobile (4’).
  8. 8. Panier de rangement (1) selon l’une des revendications 1 à 7, au moins un élément transmetteur (401, 402, 403, 404) contenant une mousse métallique (14) comprenant des pores remplies d’un gaz.
  9. 9. Panier de rangement (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce qu’au moins un parmi les éléments transmetteurs contenant une mousse métallique (14) est entouré par une enveloppe externe en tôle mince thermiquement conductrice, dont l’épaisseur est définie de manière à ce qu’elle ne contraigne pas les mouvements de compression et/ou de dilatation de la mousse métallique (14).
  10. 10. Panier de rangement (1) selon la revendication 9, l’épaisseur de la tôle mince étant comprise entre 1 et 3 mm.
  11. 11. Panier de rangement (1) selon l’une des revendications précédentes, la mousse métallique (14) présentant une porosité comprise entre 50 à 97%, par exemple entre 79 et 81%.
  12. 12. Panier de rangement (1) selon l’une des revendications précédentes, le gaz compris dans les pores de la mousse métallique (14) comprenant de l’hélium.
  13. 13. Panier de rangement (1) selon l’une des revendications 1 à 11, le gaz compris dans les pores de la mousse métallique (14) comprenant de l’azote, ou de l’air.
  14. 14. Ensemble comprenant au moins un panier de rangement (1) choisi parmi l’une des revendications 1 à 13 et un conteneur (2, 5) apte à contenir au moins un panier de rangement.
  15. 15. Ensemble selon la revendication 14, le conteneur étant un emballage de transport (2), le panier de rangement (1) étant apte à être logé dans la cavité interne (22) dudit emballage de transport.
  16. 16. Ensemble selon la revendication 15, le conteneur (5) étant un puits d’entreposage.
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