FR3087292A1 - Assemblage pour reacteur nucleaire comportant une enveloppe etanche - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un assemblage (1) pour réacteur nucléaire, l'assemblage (1) comprenant un corps d'assemblage (10), le corps d'assemblage (10) formant une partie au moins d'une enveloppe étanche, l'enveloppe étanche enfermant au moins un espace libre (11), caractérisé en ce que : - l'enveloppe étanche comprend au moins un bouchon fusible (100) présentant une température de fusion inférieure à celle du corps d'assemblage (10), - l'assemblage (1) est configuré de sorte à ce que la fusion du bouchon mette en communication fluidique, par gravité, ledit espace libre (11) de l'enveloppe étanche et l'extérieur de l'assemblage (1).

Description

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION

L’invention concerne le domaine des assemblages pour cœur de réacteur nucléaire à neutrons rapides (RNR). Elle porte plus particulièrement sur les assemblages comprenant une enveloppe étanche qui enferme par exemple un gaz de remplissage ou un matériau destiné à interagir avec les neutrons.

Elle trouve pour application avantageuse le domaine du lavage des assemblages lorsque ces derniers sont retirés du cœur.

Un exemple d’application concerne les assemblages de protection neutronique latérale pour réacteurs à neutrons rapides refroidis par un métal liquide tel que le sodium (RNR-Na).

ÉTAT DE LA TECHNIQUE

Dans les réacteurs nucléaires récents, en particulier les réacteurs nucléaires à caloporteur sodium (RNR-Na), des assemblages comprenant un matériau neutrophage sont disposés sur le pourtour du cœur du réacteur pour limiter la propagation des neutrons vers l’extérieur de la cuve du réacteur. Ces assemblages sont habituellement qualifiés d’assemblages de protection neutronique latérale (PNL). Un assemblage de ce type est illustré en figure 1.

Ce type d’assemblage forme une enveloppe étanche renfermant le matériau neutrophage, typiquement du carbure de bore (B₄C). L’enveloppe étanche est constituée par un corps d’assemblage 10, un bouchon supérieur 50 et un bouchon inférieur 20.

Le matériau absorbant 70 présente une forme annulaire afin de contenir dans l’assemblage une hauteur importante d’absorbant tout en ménageant un espace libre 11 au centre du matériau neutrophage. Cet espace libre 11 est important car il est destiné à contenir le gaz produit par le matériau neutrophage sous l’irradiation des neutrons tout en limitant la pression interne en fin de vie. Dans le cas du B₄C, ce gaz est de l’hélium.

Généralement, cet espace libre 11 présente un volume d’environ 17 litres.

Dans un réacteur tel que le RNR-Na ASTRID, le cœur comprend environ 500 assemblages de PNL. En pratique, il est possible que l’enveloppe d’un ou plusieurs de ces assemblages de PNL perde son étanchéité alors que l’assemblage est plongé dans la cuve et est soumis aux irradiations. L’assemblage se remplit alors de fluide caloporteur, du sodium liquide dans ce cas.

Cette perte d’étanchéité peut avoir différentes origines possibles, par exemple une soudure défectueuse ou une rupture de l’enveloppe sous l’effet de la pression.

Un assemblage rupté peut alors se remplir d’une masse importante de sodium pouvant atteindre 15 kg dans le cas d’un prototype de RNR comme ASTRID. Cette rupture n’est pas problématique lors de la phase de fonctionnement c’est-à-dire lorsque l’assemblage est disposé dans le cœur du réacteur.

En revanche, après la phase de fonctionnement, lorsque l’assemblage est retiré du cœur du réacteur, si l'assemblage est rupté, la rétention de liquide en son sein est incompatible avec les critères de sûreté de l’installation de lavage. Dans le cas d’un RNR-Na, ces critères de sûreté de l’installation de lavage sont dimensionnés vis-à-vis des réactions sodium-eau particulièrement violentes et exothermiques. En pratique, ces critères de sûreté imposent que la rétention de sodium non vidangeable soit limitée à environ 5 kg de manière exceptionnelle.

Cette masse de sodium n’est actuellement pas vidangeable aisément.

À ce jour, il n’existe pas de solution fiable pour répondre à cette problématique de rupture des enveloppes étanches d’assemblage, par exemple des enveloppes étanches d’assemblage de RNR-Na.

Un objet de la présente invention est donc de proposer une solution pour répondre à cette problématique.

Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l’examen de la description suivante et des dessins d’accompagnement. Il est entendu que d’autres avantages peuvent être incorporés.

RÉSUMÉ DE L’INVENTION

Pour atteindre cet objectif, la présente invention prévoit un assemblage pour réacteur nucléaire refroidi par un métal liquide, l’assemblage comprenant un corps d’assemblage, le corps d’assemblage forme une partie au moins d’une enveloppe étanche. L’enveloppe étanche renferme au moins un espace libre présentant un volume libre, de préférence d’au moins cinq litres.

De préférence l’assemblage présente une partie inférieure qui comprend un pied et une pièce d’appui disposée entre le corps d’assemblage et le pied.

L’enveloppe étanche comprend au moins un bouchon fusible présentant une température de fusion inférieure à celle du corps d’assemblage. Le bouchon fusible est porté par ladite partie inférieure de l’assemblage.

L’assemblage est configuré de sorte à ce que la fusion du bouchon fusible mette en communication fluidique, par gravité, ledit espace libre de l’enveloppe étanche avec l’extérieur de l’assemblage.

Ainsi, si l’enveloppe devait perdre son étanchéité et que l’espace libre devait alors se remplir de liquide, tel que du sodium liquide, la fusion du bouchon permettrait de vidanger ce liquide. De préférence, une fois le bouchon retiré, le liquide s’écoule par gravité. L’assemblage, une fois vidé du liquide, peut alors être lavé par un procédé classique.

L’assemblage revendiqué offre ainsi une solution de traitement des assemblages ruptés par un procédé non destructif. Ce procédé est considérablement plus simple et plus rapide que les procédés mécaniques classiques de type perçage ou découpe que prévoient les solutions actuelles en cellules chaudes.

Ainsi, l’assemblage revendiqué apporte de la souplesse par rapport aux solutions existantes. Il ne génère pas de copeaux métalliques, hormis le bouchon fusible luimême, et pourrait être utilisé en ligne dans la chaîne de manutention.

Pour répondre à la problématique de rupture des enveloppes étanches d’assemblage, l’homme du métier aurait naturellement recherché des solutions pour réduire les risques de rupture de l’enveloppe étanche. Alternativement, il aurait également pu prévoir des solutions pour améliorer les installations de lavage et les rendre aptes à laver des assemblages ruptés. Néanmoins, ces solutions auraient été beaucoup moins efficaces que celle revendiquée.

Une autre solution aurait consisté à utiliser un corps d’assemblage sans enveloppe étanche. Néanmoins, ce concept, non retenu, favoriserait la corrosion (carburation) du corps de l’assemblage par le carbone libre d’un matériau absorbant présent dans l’enveloppe étanche. En préservant l’étanchéité de l’enveloppe, la carburation reste très limitée et l’invention permet d’augmenter la durée de vie de l’assemblage par rapport à une solution qui consisterait à supprimer l’enveloppe étanche.

L’assemblage revendiqué permet une vidange de l’espace libre, soit de manière corrective après détection de l’assemblage défectueux, soit de manière préventive et systématique sur tous les assemblages potentiellement défectueux.

Pour des assemblages PNL, la fusion du bouchon n’interviendrait qu’au moment du déchargement des assemblages en fin d’irradiation, ce qui interviendrait majoritairement lors de la mise à l’arrêt définitif du réacteur par exemple au bout de soixante ans.

Le positionnement du bouchon fusible au niveau de la partie inférieure de l’assemblage, en particulier sur ou dans le pied, présente plusieurs avantages. En effet, on peut choisir des zones pas ou peu soumises aux contraintes mécaniques. La présence du bouchon ne fragilise donc pas la structure du pied et le bouchon n’est pas sollicité.

En outre, le pied est dans une zone où la température du sodium liquide, en fonctionnement normal comme en situation accidentelle, est sensiblement plus basse que la température de fusion du fusible.

Par ailleurs le pied ou la pièce d’appui est plus facilement accessible à un moyen de chauffage externe lors de la phase de lavage de l’assemblage.

On notera que l’invention peut être appliquée à tout type d’assemblage constitué d’une enveloppe étanche présentant un volume libre intérieur important, c’est-à-dire typiquement supérieur à 5 litres. Elle peut en effet être utilisée dans les assemblages suivants :

- assemblages de protection neutronique latérale (PNL),

- guides de neutrons (GDN),

- réflecteurs,

- diluants.

L’invention trouvera notamment pour application les réacteurs à neutrons rapides (RNR), en particulier ceux dont le fluide caloporteur est pris parmi : le sodium, un gaz, le plomb, un mélange de plomb-bismuth, etc.

L’invention porte également sur un procédé de lavage d’un assemblage comme mentionné ci-dessus. Le procédé comprend une étape de fusion du bouchon fusible effectuée préalablement à une étape de nettoyage de l’assemblage.

Comme mentionné précédemment, ce procédé de traitement est particulièrement simple et efficace à mettre en œuvre. Il peut ainsi être appliqué de manière automatique et préventive sur l’ensemble des assemblages présentant une enveloppe étanche.

Selon un mode de réalisation, ladite fusion est obtenue par chauffage par induction du bouchon fusible. Ce procédé de fusion est particulièrement avantageux puisque non destructif et réalisé à distance. Par ailleurs, ce procédé de fusion est rapide, mature, et présente une grande sécurité d’utilisation. Il offre donc un rendement parfaitement adapté au traitement de plusieurs dizaines voire de centaines d’assemblages.

Selon un mode de réalisation, le chauffage par induction du bouchon fusible comprend le positionnement d’une bobine de chauffage par induction autour du bouchon fusible.

Selon un mode de réalisation, le bouchon fusible est situé dans le pied de l’assemblage et la bobine de chauffage par induction est positionnée autour du pied.

Selon un mode de réalisation, l’étape de fusion du bouchon fusible est effectuée lorsque l’assemblage présente une position permettant un écoulement par gravité du fluide remplissant ledit espace libre. Typiquement, l’assemblage est disposé de sorte à ce que sa dimension principale d’extension soit verticale avec le pied en partie inférieure. Cette position correspond à la position normale dans laquelle l’assemblage est utilisé dans le cœur du réacteur et manutentionné en dehors du cœur par un grappin de préhension.

Selon un autre objet, l’invention porte sur un ensemble comprenant un assemblage tel que mentionné ci-dessus, et un système de chauffage par induction configuré pour être positionné :

- autour de l’assemblage et, de préférence autour de la partie inférieure de l’assemblage et en particulier (de préférence autour du pied),

- en regard du bouchon fusible selon une direction perpendiculaire à un axe longitudinal le long duquel s’étend principalement l’assemblage.

BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES

Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels :

- La figure 1 représente une vue en coupe d’un assemblage à enveloppe étanche selon l’art antérieur ;

- La figure 2 représente, de manière schématisée, une vue en coupe d’un assemblage selon un premier exemple de l’invention.

- La figure 3 est une vue agrandie et schématisée d’un exemple de bouchon fusible équipant l’assemblage illustré en figure 2.

- La figure 4 représente, de manière schématisée, une vue en coupe d’une extrémité d’un assemblage selon un deuxième exemple de l’invention ;

- Les figures 5 à 6B sont des représentations schématiques, en perspective du pied de l’assemblage incorporant un bouchon fusible.

- Les figures 7 et 8 illustrent, de manière schématique, le pied d’assemblage représenté en figures 5 à 6B autour duquel est positionnée une bobine d’un système de chauffage par induction.

- La figure 8 illustre un assemblage sur lequel le bouchon fusible a été retiré par le système de chauffage par induction.

Les dessins sont donnés à titre d’exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils 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.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L’INVENTION

Avant d’entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l’invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement :

Selon un mode de réalisation, le bouchon fusible est verticalement situé au point le plus bas de l’enveloppe étanche.

Cela permet de faciliter l’écoulement par gravité du liquide présent à l’intérieur de l’enveloppe étanche. Ainsi cela limite, voire évite, la rétention de liquide dans l’assemblage. Il est ainsi possible de garantir une vidange totale ou quasi totale du liquide contenu dans l’espace libre. Par ailleurs, il n’est pas nécessaire de prévoir un système de soufflage.

Selon un mode de réalisation, l’au moins un bouchon fusible est situé à une distance d’au moins 5 centimètres (cm, 10'² mètres), de préférence d’au moins 10 cm et de préférence d’au moins 20 cm de la pièce d’appui.

Selon un mode de réalisation, la pièce d’appui est généralement formée d’une pièce massive en acier afin d’offrir une bonne tenue mécanique. L’éloignement entre le bouchon fusible et la pièce d’appui permet d’éviter qu’une partie de la chaleur fournie par le système de chauffage ne soit absorbée par la pièce d’appui. Cela permet donc d’obtenir une fusion plus rapide du bouchon fusible. La vitesse de traitement d’un assemblage en est donc augmentée.

Selon un mode de réalisation, la pièce d’appui présente un canal de passage. L’au moins un bouchon fusible est porté par le pied de l’assemblage, de préférence par une extrémité inférieure du pied.

Selon un autre mode de réalisation, l’au moins un bouchon fusible est porté par un tube situé à l’intérieur du pied de l’assemblage. Le pied comprend au moins une lumière, et de préférence plusieurs lumières, située en regard du bouchon fusible selon une direction perpendiculaire à un axe longitudinal selon lequel l’assemblage s’étend principalement.

Selon un mode de réalisation, le pied présente généralement une paroi d’épaisseur plus faible que la pièce d’appui. Ainsi, si le système de chauffage s’effectue par induction, relativement peu de calories seront dissipées par le pied.

Cette lumière permet de focaliser l’énergie de chauffage sur le bouchon fusible. La fusion du bouchon en est facilitée et accélérée. La cadence de traitement des assemblages peut ainsi être augmentée.

Selon un autre mode de réalisation, la pièce d’appui présente un canal de passage. L’au moins un bouchon fusible est situé dans le canal de manière à obturer le canal.

Lorsque le bouchon fusible est retiré les deux extrémités du canal sont en communication.

Selon un mode de réalisation, le pied comprend au moins une ouïe de vidange, de préférence verticalement située au point du pied le plus bas pouvant contenir du liquide.

Cette ouïe de vidange permet l’évacuation du liquide qui s’est introduit à l’intérieur du pied, notamment par la lumière située en regard du bouchon fusible.

De préférence, le pied comprend également au moins un orifice de dégazage, permettant l’évacuation du gaz lors de l’immersion de l’assemblage dans un liquide tel que du sodium ou de l’eau.

Selon un mode de réalisation, l’enveloppe étanche enferme également un matériau.

Selon un mode de réalisation, le matériau est configuré pour interagir avec des neutrons. Le matériau étant par exemple pris parmi : un matériau absorbant les neutrons, un matériau réfléchissant les neutrons, un matériau modérant les neutrons. Selon un autre mode de réalisation, il n’y a pas de matériau autre qu’un gaz neutre de remplissage de l’enveloppe étanche.

Selon un mode de réalisation, l’au moins un espace libre est apte à se remplir dudit gaz généré par irradiation neutronique dudit matériau.

Selon un mode de réalisation, l’assemblage comprend une chemise disposée à l’intérieur du corps d’assemblage, de manière à enserrer ledit matériau entre la chemise et le corps d’assemblage.

Ainsi, on évite que des fragments dudit matériau tombent dans l’enveloppe étanche et viennent boucher le passage entre ledit espace libre et le bouchon fusible.

De préférence, la chemise forme un tube.

De préférence, la partie inférieure s’étend depuis une extrémité inférieure de l’assemblage jusqu’au corps.

Typiquement, l’assemblage est configuré de sorte que lorsque le matériau génère du gaz sous l’effet d’une irradiation neutronique, ce gaz remplit l’espace libre.

Selon un mode de réalisation, le bouchon fusible présente une température de fusion inférieure d’au moins 200°C et de préférence inférieure d’au moins 500°C à celle du corps d’assemblage et/ou à celle de la pièce d’appui, du tube et du pied.

Selon un mode de réalisation, le bouchon fusible présente une température de fusion supérieure d’au moins 50°C à la température maximale du fluide caloporteur au niveau du pied en situation accidentelle, soit typiquement supérieure à 650°C.

De manière plus générale, le bouchon fusible est au contact d’au moins une pièce qui porte le bouchon fusible et la température de fusion inférieure du bouchon fusible est inférieure d’au moins 200°C et de préférence inférieure d’au moins 500°C à celle de cette pièce.

Avantageusement, le bouchon fusible présente une discontinuité de nature de matériau par rapport à la pièce qui porte le bouchon fusible.

Selon un mode de réalisation, le bouchon fusible est en aluminium ou en alliage d’aluminium.

Selon un mode de réalisation, le corps d’assemblage présente une paroi externe en acier.

Selon un mode de réalisation, le pied de l’assemblage est en acier.

Selon un mode de réalisation, la section du corps est de préférence circulaire, mais peut être aussi hexagonale, carrée.

Selon un mode de réalisation, ledit espace libre présente un volume libre d’au moins 7 litres, de préférence d’au moins 10 litres, et de préférence d’au moins 15 litres.

Le pied est destiné à s’insérer dans un sommier de réacteur nucléaire, la pièce d’appui étant destinée à prendre appui sur le sommier.

Comme mentionné ci-dessus, l’invention porte également sur un procédé de lavage d’un assemblage comme mentionné ci-dessus. Le procédé comprend une étape de fusion du bouchon fusible effectuée préalablement à une étape de lavage de l’assemblage.

De manière facultative, le procédé peut comprendre au moins l’une quelconque des caractéristiques et étapes optionnelles suivantes :

Le procédé est effectué de sorte à permettre, avant l’étape de lavage, l’écoulement, de préférence par gravité, d’un éventuel liquide présent dans l’enceinte.

Selon un mode de réalisation, ce procédé comprend notamment les étapes suivantes :

- Une étape facultative de détection de la rupture de l’assemblage rupté.

- Une étape facultative de positionnement de l’assemblage.

- Une étape de fusion du bouchon fusible.

- Une étape de vidange, de préférence passive, c’est-à-dire en attendant que tout le métal liquide s’évacue par gravité.

- Plusieurs étapes de lavage, qui comprennent de préférence une aspersion de l’assemblage par de la vapeur d’eau suivie d’une immersion dans l’eau.

Selon un mode de réalisation, ladite fusion est obtenue par chauffage par induction du bouchon fusible.

Ce procédé de fusion est particulièrement avantageux puisqu’il évite les contacts avec l’assemblage et le liquide contaminé qu’il peut contenir en cas de rupture de l’enveloppe étanche. Par ailleurs, ce procédé de fusion est rapide et présente une grande sécurité d’utilisation. Il offre donc un rendement parfaitement adapté au traitement de plusieurs dizaines voire centaines d’assemblages.

Selon un mode de réalisation, le chauffage par induction du bouchon fusible comprend le positionnement d’une bobine de chauffage par induction autour du bouchon fusible et de préférence centré sur le bouchon.

Selon un mode de réalisation, l’étape de fusion du bouchon fusible est effectuée lorsque l’assemblage présente une position permettant un écoulement par gravité d’un fluide remplissant ledit espace libre.

Selon un mode de réalisation, préalablement à l’étape de fusion, on effectue une étape d’identification de la présence d’un liquide à l’intérieur dudit espace.

Cette étape d’identification est par exemple effectuée par pesée de l’assemblage ou par différence de niveau libre à l’immersion ou par des analyses acoustiques ou vibratoires.

En référence aux figures 2 à 3, un exemple non limitatif d’assemblage va maintenant être décrit.

Sur ces figures, on a représenté un assemblage 1 de type PNL. Ce type d’assemblage est destiné à être immergé dans le liquide, par exemple du sodium emplissant la cuve et à former le pourtour du cœur du réacteur. Naturellement, l’invention couvre d’autres types d’assemblage que les assemblages de PNL.

Comme illustré, l’assemblage 1 s’étend principalement selon une direction longitudinale correspondant à l’axe longitudinal 2. Sur cette figure, tout comme au cours de l’utilisation de l’assemblage dans le cœur du réacteur, cet axe est vertical.

Comme illustré en pointillés, la dimension longitudinale de l’assemblage a été réduite afin de faire plus clairement ressortir les détails de ses extrémités supérieure et inférieure.

L’assemblage 1 comprend une extrémité supérieure, une extrémité inférieure et un corps d’assemblage 10 qui s’étend entre les extrémités supérieure et inférieure. Le corps d’assemblage 10 est un tube mince, dont la section est de préférence cylindrique ou hexagonale.

Typiquement, l’extrémité supérieure forme une tête 60 pour l’assemblage 1. Cette tête 60 présente une portion de préhension 61 destinée à coopérer avec un système de manutention de l’assemblage. Typiquement, ce système de manutention comprend un grappin qui saisit la tête 60 au moyen de la portion 61 pour insérer l’assemblage 1 dans le cœur du réacteur ou pour l’en retirer. Selon un mode de réalisation, la tête est formée, en partie au moins, par le corps 10.

L’extrémité inférieure de l’assemblage 1 comprend un pied 30 destiné à s’insérer dans un logement du sommier du réacteur. Le pied 30 est de préférence de section tubulaire cylindrique. De préférence, l’assemblage 1 comprend également une pièce d’appui 20 s'étendant entre le corps 10 et le pied 30. Cette pièce d’appui 20 est conformée pour venir en appui sur le sommier lorsque l’assemblage 1 est inséré dans le cœur du réacteur. Cette pièce d’appui 20, transfère, de préférence à elle seule, le poids de l’assemblage 1 vers le sommier.

Le corps d’assemblage 10 forme en partie au moins une enveloppe étanche. Sur le mode de réalisation illustrée sur les figures, cette enveloppe étanche contient de préférence un matériau 70 configuré pour interagir avec des neutrons. Typiquement, lorsque l’assemblage 1 est de type PNL, le matériau 70 est un matériau neutrophage tel que du B₄C (ou carbure de bore). On notera que pour d’autres modes de réalisation couverts par la présente invention, l’enveloppe étanche n’enferme pas de matériau. Elle peut par exemple enfermer uniquement du gaz tel qu’un gaz neutre de remplissage de l’enveloppe.

L’assemblage 1 définit une partie inférieure 12 qui comprend la pièce d’appui 20 et le pied 30. Ainsi, la partie inférieure 12 s’étend depuis l’extrémité inférieure du pied 30 jusqu’à l’enveloppe étanche.

Naturellement, tous les caractéristiques et avantages mentionnés en référence à un assemblage de type PNL sont également applicables à tous types d’assemblages comportant une enveloppe étanche. Par exemple, pour un assemblage de type réflecteur, l’enveloppe étanche renferme un matériau réfléchissant ou modérant les neutrons. Dans le cas d’un assemblage guide de neutrons (GDN), l’enveloppe étanche ne renferme pas d’autre matériau qu’un gaz neutre de remplissage.

L’enveloppe étanche définit également un espace libre 11 au centre ou autour du matériau 70. Cet espace libre 11 est rempli d’un gaz neutre. Dans le cas des PNL avec du B₄C, l’espace libre 11 est conformé pour se remplir avec le gaz généré par le matériau 70 lorsque ce dernier est irradié par les neutrons.

Cet espace libre 11 est dimensionné de manière à ce que la pression dans l’enveloppe étanche reste limitée en fin d’irradiation. De préférence, cette pression reste inférieure à 50 bars dans le cas des PNL.

Comme illustré sur cet exemple non limitatif, le matériau 70 présente une forme générale tubulaire. Le matériau 70 est par exemple constitué d’anneaux superposés le long de l’axe 2. Alternativement, le matériau 70 peut être formé par un unique bloc tubulaire.

Ces dispositions annulaires du matériau 70 permettent de contenir une grande hauteur de matériau dans l’assemblage, tout en ménageant un espace libre 11 de volume suffisant en son centre, sans pénaliser fortement l’encombrement axial. L’espace libre 11 présente un volume supérieur à 5 litres, de préférence supérieur à 6 litres, de préférence supérieur à 7 litres, de préférence supérieur à 10 litres, de préférence supérieur à 15 litres. Typiquement, dans le cadre d’un assemblage PNL comprenant du B₄C, ce volume est compris entre 10 et 20 litres.

Selon des modes de réalisation alternatifs non illustrés, l’espace libre 11 peut être disposé en partie au moins verticalement au-dessus et/ou verticalement en dessous du matériau 70. Une partie au moins de l’espace libre 11 peut également être disposée autour du matériau 70. Selon encore un autre mode de réalisation, l’espace libre 11 peut être formé de plusieurs volumes répartis dans l’assemblage 1, de préférence qui communiquent entre eux.

Le volume libre de l’espace libre est égal à la somme de tous les volumes des espaces libres répartis dans l’enveloppe étanche.

Par exemple, le volume libre de l’espace libre 11 peut être égal au volume interne de l’enveloppe étanche moins les volumes géométriques occupés par de la matière et en particulier le volume occupé par le matériau 70. L’espace libre 11 ne correspond donc pas uniquement à la zone centrale entourée par le matériau 70. Ces volumes libres peuvent être disposés à plusieurs endroits de l’assemblage.

L’enveloppe étanche est de préférence formée au moins en partie par :

- le corps 10 qui enferme le matériau 70,

- au moins un bouchon 50 verticalement situé au-dessus du matériau 70 et de l’espace libre 11,

- au moins un bouchon 100 verticalement situé en-dessous du matériau 70 et de l’espace libre 11.

Le bouchon 100 est un bouchon fusible. Cela signifie qu’il présente une température de fusion T_bouchon inférieure à la température de fusion T_pièce de la pièce de support qui porte ce bouchon fusible 100. Typiquement, T_pièce T_bouchon + 200°C et T_pjèce — T_bOuchon 500 C.

L’assemblage 1 est configuré de sorte à ce que lorsque le bouchon fusible 100 est retiré au moins partiellement par fusion, l’espace libre 11 communique fluidiquement avec l’extérieur de l’assemblage 1, c’est-à-dire avec le milieu ambiant qui environne l’assemblage 1. Ainsi, si l’enveloppe étanche se rompt et qu’elle se remplit de liquide lorsque l’assemblage est immergé dans la cuve, ce liquide pourra s’écouler hors de l’assemblage 1, en passant au travers d’un orifice laissé ouvert par la fusion du bouchon, lorsque l’assemblage sera retiré du cœur du réacteur.

Sur l’exemple illustré en figure 2 :

- le bouchon verticalement situé au-dessus du matériau 70 est un bouchon supérieur 50. Ce bouchon supérieur 50 est par exemple soudé sur une paroi interne du corps 10 ou de la tête 60. Ce bouchon 50 n’est pas destiné à être retiré par fusion.

- Le bouchon 100 verticalement situé en-dessous du matériau 70 est un bouchon fusible.

Cette configuration permet de faciliter l’écoulement, c’est-à-dire la vidange, par gravité du liquide qui se serait introduit dans l’enveloppe étanche ruptée. Avantageusement, le bouchon fusible 100 est verticalement situé au point le plus bas de l’enveloppe étanche. Ainsi, dans cet exemple, l’enveloppe étanche comprend ou est formée des éléments 50, 10, 20, 110, 100. Cela permet de limiter la rétention de liquide dans l’assemblage 1.

Sur le mode de réalisation illustré en figures 2 et 3, le bouchon fusible 100 est verticalement situé sous la pièce d’appui 20.

Dans l’exemple illustré en figure 2, le bouchon fusible 100 est situé dans le pied

30.

À cet effet, on prévoit un tube 110, de préférence en acier, qui est logé en partie au moins dans le pied 30. Ce tube 110 s’étend de préférence depuis la pièce d’appui 20 sur laquelle il est soudé.

Ce tube 110 porte, de préférence à son extrémité la plus basse verticalement, le bouchon fusible 100. Une extrémité supérieure du tube 110 est en communication fluidique avec l’espace libre 11 au travers de la pièce 20. À cet effet, la pièce d’appui 20 comprend au moins un canal 21 dont une extrémité est en communication avec l’espace libre 11 et dont une autre extrémité est en communication avec le pied 30. Ainsi, du liquide présent dans l’espace libre 11 peut s’évacuer, de préférence par gravité, dans le tube 110 jusqu’au bouchon fusible 100.

Le pied 30 comprend au moins une et de préférence plusieurs ouvertures formant chacune une ouïe de vidange 31 du liquide. Le pied 30 présente une forme générale de tube et les ouïes de vidange 31 sont formées dans la paroi du pied 30. De préférence, ces ouïes de vidange 31 sont disposées verticalement au point le plus bas du volume interne formé par le pied 30. Ainsi, tout le liquide présent à l’intérieur du pied 30 s’évacue, de préférence par gravité, par les ouïes de vidange 31.

On peut prévoir que le pied forme un tube dont l’extrémité inférieure 36 est ouverte. Alternativement, et comme illustré en figures 2 et 3, l’extrémité inférieure 36 du pied 30 est obturée par un bouchon de pied 40. Dans ce cas, le trou de vidange 31 est de préférence situé au ras du bouchon 40. Avantageusement, on prévoit que le bouchon 40, sur sa face supérieure, présente une ou des parois inclinées 37, par exemple une paroi conique, pour faciliter l’écoulement du liquide présent à l’intérieur du pied vers la paroi interne du pied 30 portant la ou les ouïes de vidange 31. Cette forme de bouchon 40 contribue à éviter la stagnation de liquide à l’intérieur du pied 30.

De préférence, le pied 30 comporte au moins un orifice de dégazage 32. Cet orifice est de préférence situé verticalement au point le plus haut du pied 30. L’orifice de dégazage 32 permet de faciliter l’évacuation du gaz présent à l’intérieur du pied 30 lors de l’immersion de l’assemblage 1 dans le liquide de la cuve du réacteur.

Le bouchon fusible 100 présente une température de fusion inférieure à celle des pièces directement environnantes. En particulier, le bouchon fusible 100 présente une température de fusion inférieure à celle du tube 110, du tube de pied 30, du corps d’assemblage 10 ou de la tête 60. De préférence, il est réalisé en aluminium ou dans un alliage d’aluminium-silicium, sa température de fusion étant alors de l’ordre de 650°C. Les autres pièces 10, 20, 30, 110, 50, 60 sont quant à elles réalisées en acier. Leur température de fusion est donc de l’ordre de 1370°C. Le choix d’un fusible en aluminium permet alors d’avoir une température de fusion significativement plus basse que celle des autres structures de l’assemblage, tout en étant suffisamment plus élevée que la température du fluide caloporteur environnant dans la cuve du réacteur.

Comme illustré en figure 3, le bouchon fusible 100 est fixé à l’extrémité inférieure

111 du tube 110 par soudage 120. Il s’agit par exemple de soudure par friction ou par impulsion magnétique, ces procédés étant aisément industrialisables.

Une éventuelle corrosion galvanique à l’interface aluminium-acier peut être prévenue efficacement par un revêtement localisé d’aluminium sur le tube 110 d’acier. Ce revêtement peut, par exemple, être réalisé par immersion dans un bain, par projection thermique ou par un procédé de dépôt physique en phase vapeur (PVD).

De préférence, la pièce d’appui 20 présente une paroi interne conique dont l’extrémité inférieure débouche dans le tube 110. Cette forme permet de guider le liquide vers le bouchon fusible 100.

Le tube 110 est de préférence soudé à la pièce d’appui 20.

Comme cela est illustré en figure 2, on peut prévoir une chemise 90 disposée à l’intérieur du corps d’assemblage 110, de manière à enserrer le matériau 70 entre la chemise 90 et le corps d’assemblage 110. Ainsi, on évite que des fragments de matériau 70 ne se désolidarisent et chutent en direction du bouchon fusible 100. Cela pourrait en effet obturer l’un parmi :

l’espace libre 11, la pièce d’appui 20, le tube 110 ou encore le passage entre la pièce d’appui 20 et le tube 110.

Cette chemise 90 permet ainsi de s’assurer que le liquide présent dans l’espace libre 11 parvienne bien jusqu’au bouchon fusible 100.

Lorsque l’on retire le bouchon fusible 100, l’espace libre 11 est alors mis en communication avec l’extérieur de l’assemblage 1. Cette étape de retrait du bouchon fusible 100 est par exemple effectuée lorsqu’un assemblage est retiré du cœur et que l’on détecte qu’il contient du liquide. C’est détection est par exemple effectuée par pesée ou par différence de niveau libre à l’immersion dans un pot de sodium pouvant contenir l’assemblage.

Alternativement, on peut prévoir de retirer le bouchon fusible 100 de manière préventive sur les assemblages 1 possiblement ruptés. Ce mode de réalisation est cependant uniquement optionnel et présente un intérêt lorsque le volume libre est important. Un cœur de réacteur pouvant comporter plusieurs dizaines, voire centaines d’assemblages PNL (environ 500 pour un réacteur de type ASTRID), il est primordial de pouvoir retirer le bouchon de manière fiable, simple et rapide.

Un procédé particulièrement avantageux consiste à retirer le bouchon fusible 100 en le faisant fondre par un système de chauffage 200 par induction.

De préférence, le système de chauffage 200 est configuré et positionné de manière à être localisé autour du bouchon fusible 100. Typiquement, le système de chauffage 200 comprend au moins une bobine. Comme illustré en figures 7 et 8, lorsque le bouchon fusible est disposé à l’intérieur du pied 30 de l’assemblage 1, on positionne au moins une bobine de chauffage par induction à proximité et de préférence autour du pied 30.

Sur les figures 5 à 7, le bouchon fusible 100 est visible. Il obture l’enveloppe étanche, dans cet exemple au niveau de l’extrémité 111 du tube 110. Sur la figure 8, les bobines du système de chauffage par induction 200 ont provoqué la fusion et donc le retrait du bouchon 100. L’extrémité 111 du tube 110 se retrouve alors ouverte. Le liquide contenu dans l’enveloppe étanche, peut alors s’écouler par cette extrémité 111.

De manière particulièrement avantageuse, on ménage dans le pied 30 au moins une et de préférence plusieurs lumières 33 de sorte à :

- identifier plus aisément la position du bouchon fusible 100,

- focaliser le courant d’induction sur le bouchon fusible 100.

De préférence, et comme illustré sur le mode de réalisation non limitatif des figures 5 à 8, on prévoit quatre lumières 33 réparties à 90° autour du pied 30. Dans un plan horizontal, les lumières 33 sont disposées en regard du bouchon fusible 100.

Selon un mode de réalisation, le pied 30 comprend des labyrinthes supérieur 34 et inférieur 35 sur sa paroi externe. Les labyrinthes sont des créneaux usinés sur la paroi externe du tube de pied 30. Avec le concours d’un jeu réduit entre les labyrinthes et le logement du sommier, ils ont pour fonction d’assurer une pseudo-étanchéité. De préférence, les lumières 33 sont verticalement disposées entre ces deux labyrinthes 34 et 35. Un positionnement vertical des lumières 33 au-dessus du quart inférieur de la hauteur du pied 30 et en dessous du quart inférieur de la hauteur du pied 30 est avantageux car il correspond à des zones du pied qui sont peu sollicitées mécaniquement.

Dans le cas d’un réacteur RNR-Na, l’opération de fusion du bouchon fusible 100 est effectuée de préférence dans un environnement gaz à 150-200°C pour prévenir le gel du sodium. Ce système serait idéalement implanté dans une zone tampon ou dans un stockage externe à l’extérieur de la cuve afin de récupérer directement le sodium qui s’écoule. Alternativement, le système peut être implanté dans un puits spécifique équipé localisé à proximité de la zone tampon ou dans une cellule chaude d’examen des objets irradiés, toujours avec l’impératif de récupération du sodium.

Le procédé de traitement de l’assemblage 1 peut comprendre les étapes successives suivantes :

- retrait de l’assemblage hors de la cuve,

- retrait du bouchon fusible 100 par fusion,

- égouttage de l’éventuel liquide présent dans l’enveloppe étanche,

- lavage de l’assemblage.

En référence à la figure 4, un autre mode de réalisation est illustré. Dans cet exemple, le bouchon fusible 100 est formé par le pied 30. Ainsi, le bouchon fusible 100 n’est pas porté par le tube 110 rapporté dans le pied 30. Dans l’exemple illustré en figure 4, le pied 30 fait partie de l’enveloppe étanche. Dans ce cas on positionne de préférence le bouchon fusible 100 à l’extrémité 36 du pied 30.

Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux pour former un assemblage guide de neutrons (GDN).

Selon un autre mode de réalisation, non illustré, le bouchon fusible est porté par la pièce d’appui 20. Dans ce cas, le bouchon fusible 100 est conformé de manière à, lorsqu’il est présent, obturer le canal 21 porté par la pièce d’appui 20. Lorsque le bouchon fusible est retiré, le canal 21 est libre.

Ainsi, comme mentionné dans les divers modes de réalisation présentés cidessus, le bouchon fusible 100 est porté par une pièce de support qui peut notamment être l’un parmi : un tube logé dans le pied 110, le pied 30, la pièce d’appui 20.

Dans chacun de ces modes de réalisation, le bouchon fusible 100 sera conformé, en particulier son ou ses matériaux et ses dimensions, de manière à ce que Tpièce — Tbouchon + 200 C et Tpjece — Tpouchon + 500 C, Tpouchon ©t Tpjece étant respectivement la température de fusion du bouchon fusible et la température de fusion de la pièce de support.

Par ailleurs, le bouchon fusible est configuré de sorte que T_bouchon T_aCcidenteiie +

50°C, Tacddenteiie étant la température maximale au niveau du pied du fluide caloporteur en situation accidentelle . Par exemple T_aCcidenteiie est de l’ordre de 600°C et généralement inférieure à 700 °C voire 650°C.

On peut par exemple prévoir que le bouchon fusible 100 comporte une portion fusible 101 portée par une autre portion non fusible 102. Cette portion non fusible 102 est par exemple soudée sur l’extrémité 36 du pied 30. La portion fusible 101 peut être soudée sur la portion non fusible 102.

La partie supérieure de l’assemblage n’est pas représentée en figure 4. Elle pourra par exemple être identique à l’assemblage illustré en figure 2.

Dans chacun des modes de réalisation illustrée aux figures 2 à 7, le bouchon fusible 100 est disposé à distance du corps d’assemblage 10 et de la pièce d’appui 20. Ces éléments 10 et 20 sont habituellement des pièces en acier relativement massives. Il est donc avantageux de disposer le bouchon fusible 100 à distance de ces pièces 10, 20 afin d’éviter un échauffement de ces pièces 10, 20 et afin d’obtenir une fusion rapide et efficace du bouchon 100. Le temps nécessaire pour parvenir à la vidange de chaque assemblage 1 en est ainsi réduit.

Au vu de la description qui précède, il apparaît clairement que l’assemblage revendiqué permet de considérablement simplifier la vidange d’un assemblage rupté. Par ailleurs, la simplicité et la rapidité du retrait du bouchon fusible permettent des cadences élevées de traitement sans recourir à des opérations complexes ou des moyens significatifs. Outre le traitement curatif des assemblages, l’invention permet aussi de procéder à une vidange préventive et systématique de tous les assemblages potentiellement ruptés.

On notera que l’invention peut être appliquée à tout type d’assemblage constitué d’une enveloppe étanche présentant un grand volume libre intérieur. Elle peut en effet être appliquée aux assemblages suivants :

- assemblages de protection neutronique latérale (PNL),

- guides de neutron (GDN),

- réflecteurs,

- diluants.

L’invention trouvera notamment pour application les réacteurs à neutrons rapides (RNR), en particulier ceux dont le fluide caloporteur est pris parmi : le sodium, un gaz, le plomb, un mélange de plomb-bismuth, etc.

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.

Notamment, bien que les modes de réalisation décrits ci-dessus en référence aux figures prévoient que le matériau 70 forme un tube, l’intérieur du tube définissant alors l’espace libre, l’invention s’étend aux modes de réalisation dans lesquels le matériau 70 présente une forme différente.

Par ailleurs, comme indiqué ci-dessus, l’invention s’étend aux modes de réalisation dans lesquels l’enveloppe étanche n’enferme pas de matériaux. Ainsi, l’enveloppe étanche peut par exemple enfermer uniquement un gaz, tel qu’un gaz neutre de remplissage de l’enveloppe étanche.

En outre, on peut prévoir plusieurs bouchons fusibles par assemblage ou par espace libre à vidanger. Cela peut permettre d’éviter que du liquide reste retenu à l’intérieur de l’assemblage. Ce mode de réalisation est avantageux lorsque l’assemblage présente une forme empêchant un écoulement par gravité de la totalité du liquide.

Par ailleurs, bien qu’il soit particulièrement avantageux de faire fondre par induction le bouchon fusible, d’autres modes de fusion du bouchon fusible sont envisageables pour l’assemblage revendiqué.

Claims (17)

1. REVENDICATIONS

   1. Assemblage (1) pour réacteur nucléaire refroidi par un métal liquide, l’assemblage (1) comprenant un corps d’assemblage (10), le corps d’assemblage (10) formant une partie au moins d’une enveloppe étanche, l’enveloppe étanche enfermant au moins au moins un espace libre (11) présentant un volume libre d’au moins cinq litres, l’assemblage (1) présente une partie inférieure (12) qui comprend un pied (30) et une pièce d’appui (20) disposée entre le corps d’assemblage (10) et le pied (30), le pied (30) étant destiné à être inséré dans un sommier du réacteur nucléaire, la pièce d’appui (20) étant destinée à prendre appui sur le sommier, caractérisé en ce que :

   - l’enveloppe étanche comprend au moins un bouchon fusible (100) présentant une température de fusion inférieure à celle du corps d’assemblage (10),

   - le bouchon fusible (100) est porté par ladite partie inférieure (12) de l’assemblage (1),

   - l’assemblage (1) est configuré de sorte à ce que la fusion du bouchon fusible (100) mette en communication fluidique, par gravité, ledit espace libre (11) de l’enveloppe étanche avec l’extérieur de l’assemblage (1).
2. 2. Assemblage (1) selon la revendication précédente, dans lequel le bouchon fusible (100) est verticalement situé au point le plus bas de l’enveloppe étanche.
3. 3. Assemblage (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce d’appui (20) présente un canal (21) de passage et dans lequel l’au moins un bouchon fusible (100) est porté par le pied (30) de l’assemblage (1), de préférence par une extrémité inférieure (36) du pied (30).
4. 4. Assemblage (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel l’au moins un bouchon fusible (100) est porté par un tube (110) situé à l’intérieur du pied (30) de l’assemblage (1) et dans lequel le pied (30) comprend au moins une lumière (33), et de préférence plusieurs lumières (33), située au regard du bouchon fusible (100) selon une direction perpendiculaire à un axe longitudinal (2) selon lequel l’assemblage (1) s’étend principalement.
5. 5. Assemblage (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel la pièce d’appui (20) présente un canal (21) de passage et dans lequel l’au moins un bouchon fusible (100) est situé dans le canal (21) de manière à obturer le canal (21).
6. 6. Assemblage (1) selon l’une quelconque des trois revendications précédentes, dans lequel le pied (30) comprend au moins une ouïe de vidange (31), de préférence verticalement située au point du pied (30) le plus bas pouvant contenir du liquide.
7. 7. Assemblage (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le bouchon fusible (100) est au contact d’au moins une pièce qui porte le bouchon fusible (100) et la température de fusion T_bouchon du bouchon fusible (100) est inférieure d’au moins 200°C et de préférence inférieure d’au moins 500°C à la température de fusion de ladite pièce.
8. 8. Assemblage (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le bouchon fusible (100) est en aluminium ou en alliage d’aluminium.
9. 9. Assemblage (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit espace libre (11) présente un volume libre d’au moins 7 litres, de préférence d’au moins 10 litres, et de préférence d’au moins 15 litres.
10. 10. Assemblage (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’enveloppe étanche enferme également un matériau (70) apte à absorber, modérer ou réfléchir des neutrons sous l’effet d’une irradiation neutronique.
11. 11. Assemblage (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’enveloppe étanche enferme également un matériau (70) apte à générer un gaz sous l’effet d’une irradiation neutronique et dans lequel l’au moins un espace libre (11) est apte à se remplir dudit gaz généré par irradiation neutronique dudit matériau (70).
12. 12. Assemblage (1) selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, comprenant une chemise (90) disposée à l’intérieur du corps d’assemblage (10), de manière à enserrer ledit matériau (70) entre la chemise (90) et le corps d’assemblage (10).
13. 13. Procédé de lavage d’un assemblage (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, le procédé comprenant une étape de fusion du bouchon fusible (100) effectuée préalablement à une étape d’aspersion de l’assemblage (1).
14. 14. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel ladite fusion est obtenue par chauffage par induction du bouchon fusible (100).
15. 15. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le chauffage par induction (200) du bouchon fusible (100) comprend le positionnement d’une bobine de chauffage par induction autour du bouchon fusible (100) et de préférence centré sur le bouchon (100).
16. 16. Procédé de traitement selon l’une quelconque des trois revendications précédentes dans lequel, préalablement à l’étape de fusion, on effectue une étape d’identification de la présence d’un liquide à l’intérieur dudit espace libre (11).
17. 17. Ensemble comprenant un assemblage (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, et un système de chauffage par induction (200) configuré pour être positionné :

    - autour de l’assemblage (1 ) et

    - en regard du bouchon fusible (100) selon une direction perpendiculaire à un axe longitudinal (2) le long duquel s’étend principalement l’assemblage (1).