[0001] La présente invention concerne des bassins à grande contenance, pour le stockage
de produits radioactifs.
[0002] Les déchets radioactifs sont généralement stockés, à la sortie des piles, dans des
bassins remplis d'eau que l'on a comparés à des piscines.
[0003] Les bassins actuellement utilisés ont la forme d'un parallélépipède; vu en plan ce
parallélépipède a la forme d'un rectangle dont la largeur est limitée par la portée
normale des ponts de manutention qui doivent mettre en place et enlever les "paniers"
de matière radioactive et dont la longueur est limitée par des problèmes de dilatation
des matériaux (bétons) dans lesquels les bassins sont réalisés. On arrive par conséquent
dans l'état actuel de la technique à une dimension des bassins qui ne peut être dépassée.
[0004] Or la multiplication des déchets radioactifs susceptibles d'être plongés dans de
tels bassins est telle qu'il apparaît souhaitable de pouvoir disposer dans un proche
avenir de bassins de contenance (c'est-à-dire en fait de surface) nettement plus grande
que celle des bassins actuels. C'est là un des buts de la présente invention.
[0005] Par ailleurs les bassins actuels présentent tous des parois composées d'un voile
de béton épais doublé, sur sa face interne, d'une paroi en acier inoxydable. Cette
paroi en acier inoxydable est réalisée sur place à l'aide de tôles planes qui sont
d'une part soudées les unes avec les autres bord à bord et d'autre part fixées dans
des montants verticaux (en bois ou métalliques) solidaires du voile de béton. Cette
disposition du revêtement intérieure en acier inoxydable présente un certain nombre
d'avantages mais elle présente par ailleurs des inconvénients notables qui vont croissant
au fur et à mesure que les dimensions des bassings augmentent, du fait de différences
de dilatation entre le béton et l'acier inoxydable. Il est donc apparu souhaitable,
notamment pour les bassins les plus grands, d'utiliser un dispositif noveau de revêtement
de parois intérieures du béton des bassins au moyen d'éléments an acier inoxydable.
C'est là un autre objet de la présente invention.
[0006] Enfin il va de soi que toute nouvelle conception des bassins entraîne des possibilités
nouvelles et/ou préférentielles pour l'aménagement des dispositifs annexes et des
servitudes nécessaires au fonctionnement de ces bassins. Les bassins selon l'invention
se sont révélés particulièrement intéressants pour l'organisation des dispositifs
de refroidissement et d'échanges ioniques; une telle organisation rationnelle de ces
dispositifs constitue également une caractéristique secondaire importante de l'invention.
[0007] La présente invention concerne donc des bassins pour stockage de produits radioactifs
dans de l'eau caractérisés en ce qu'ils ont une forme torique et que la partie centrale
libre de ces bassins est surmontée d'une cheminée permettant une ventilation convenable
des bassins et des échangeurs utilisés.
[0008] Cette forme torique est le plus généralement circulaire, le diamètre de la paroi
intérieure du tore étant d'au moins 30 m et le diamètre de la paroi extérieure pouvant
atteindre 120 m étant entendu que la distance entre la paroi intérieure et la paroi
extérieure sera généralement compatible avec les portées des ponts de manutention.
Les dimensions raisonnables semblent, dans les conditions technologiques actuelles,
être:diamètre de la paroi intérieure 46 m, diamètre de la paroi extérieure 90 m.
[0009] La profondeur de ces bassins peut être quelconque; on utilisera en général la même
profondeur que celle des bassins actuels c'est-à-dire de l'ordre de 9 m.
[0010] La construction des bassins de ce type est à la portée de l'homme de l'art; les parois
du bassin sont en béton armé d'épaisseur suffisante pour assurer d'une part la protection
biologique et d'autre part une résistance aux déformations et aux séismes; ces parois
pourront par exemple être de 1,5 m d'épaisseur.
[0011] Les bassins sont de préférence du type à sous-sol c'est-à-dire qu'ils sont montés
sur des plots dont la partie supérieure est munie de dispositifs de liaison souples
qui permettent d'une part les dilatations du béton et d'autre part une première résistance
aux séismes horizontaux.
[0012] Les ouvrages d'entrée et de sortie des bassins sont avantageusement constitués par
des "sauts de puce" construits de manière à être désolidarisés en structure par rapport
aux bassins et reliés au sol latéral.
[0013] Selon un mode d'exécution avantageux de l'invention les faces internes des bassins
sont revêtues d'un revêtement continu en acier inoxydable au moyen d'une paroi ondulée
verticale fixée à la partie supérieure des parois des bassins et au moyen d'une plaque
de fond, la liaison entre ladite paroi ondulée verticale et ladite plaque de fond
étant réalisée au moyen d'une onde de dilatation, également en acier inoxydable, soudée
à ladite paroi ondulée et à ladite plaque de fond.
[0014] La plaque de fond est bien évidemment réalisée par la soudure de plaques élémentaires
en acier inoxydable; cette plaque est soudée sur son pourtour à un bord d'une onde
d'dilatation en acier inoxydable.
[0015] La paroi ondulée verticale est constituée par la soudure in situ d'éléments unitaires
de forme convenable; ces éléments ont une forme telle que la ligne de soudure verticale,
entre deux éléments adjacents, est à une certaine distance de la face intérieure de
la paroi en béton lorsque les éléments unitaires adjacents sont plaqués contre ladite
face interne. Un exemple d'éléments unitaires utilisables est constitué par des "planches".
[0016] La partie inférieure de la paroi ondulée verticale est soudée sur une onde de dilatation
en acier inoxydable; cette onde de dilatation a pour but de se déformer lorsque, d'une
part, la paroi ondulée et, d'autre part, la plaque de fond de dilatent ou se rétractent
sous l'influence d'un changement de la température de l'eau.
[0017] La partie supérieure de la paroi ondulée verticale est fixée, par exemple grâce à
un rabat, à la partie supérieure de la paroi en béton.
[0018] Ce dispositif de revêtement interne des bassins présente des avantages importants
par rapport aux techniques de revêtement actuellement utilisées dans les bassins.
[0019] La disposition torique des bassins selon l'invention entraîne certaines possibilités
nouvelles quant aux dispositifs annexes nécessaires pour le fonctionnement desdits
bassins. Il s'agit essentiellement d'utiliser aussi rationnellement que possible l'espace
libre situé au centre du tore et d'y disposer les échangeurs thermiques et/ou ioniques
et les éléments de ventilation.
[0020] La ventilation, qui contribue au refroidissement du bassin, peut être aisément et
avantageusement réalisée par la mise en place d'une cheminée couvrant l'espace libre
situé au centre du tore; cette cheminée est munie d'une hélice créant une ventilation
forcée et un courant l'air ascendant; ce courant d'air provenant du pourtour du bassin
et passant sous ce bassin peut être guidé de façon à lécher la face inférieure dudit
bassin.
[0021] Les échangeurs thermiques peuvent être classiquement constitués par des échangeurs
à plaques, situés par exemple dans l'espace libre formant le centre du tore, qui reçoivent
d'une part, au moyen d'une pompe, l'eau du bassin et d'autre part un fluide permettant
le refroidissement.
[0022] Mais, et c'est là un des aspects complémentaires de l'invention, il a été trouvé
plus commode de réaliser les divers échanges (thermiques, ioniques, filtrations) que
l'eau du bassin doit subir à l'aide d'échangeurs autonomes immergés dans ledit bassin.
Par échangeur autonome on entend un échangeur individualisé, indépendant et de ce
fait interchangeable; de plus ces échangeurs autonomes immergés sont par définition
alimentés en eau du bassin à l'aide de dispositifs connus fournissant l'eau sous basse
ou moyenne pression.
[0023] Ainsi pour réaliser des échanges thermiques on utilisera avantageusement des échangeurs
autonomes immergés recevant, par exemple au moyen de tubes démontables, un fluide
permettant le refroidissement véhiculé au moyen d'une pompe, ledit échangeur étant
parcouru pour l'eau du bassin grâce à une pompe à hélice intégrée. De tels échangeurs
seront démontables. On peut utiliser ces échangeurs immergés en les alimentant avec
comme fluide de refroidissement, avec un fluide condensé que se vaporisera dans l'échangeur
en évacuant les calories de l'eau du bassin; un tel système (qui emploiera par exemple
comme fluide caloporteur le butane ou l'isobutane) est connu des techniciens.
[0024] Il est également possible d'utiliser un système analogue d'échangeurs immergés dans
le bassin pour réaliser l'échange ionique de l'eau dudit bassin.
[0025] L'exemple non limitatif suivant illustre un mode de réalisation préféré de l'invention;
un bassin selon cet exemple est schématisé sur les figures 1, 2, 3, 4 et 5.
[0026] La figure 1 est une vue en coupe d'un bassin selon l'invention.
[0027] Les figures 2 et 3 sont des schémas, en plan et en coupe, d'une portion de paroi
d'un bassin selon l'invention avec son revêtement en acier inoxydable.
[0028] Les figures 4 et 5 sont des schémas, en coupe, de deux échangeurs, l'un thermique
et l'autre ionique immergés dans le bassin.
[0029] Sur la figure 1 on a représenté en coupe un schéma d'un bassin selon l'invention;
on y a représenté notamment:
- en 1 le bassin proprement dit construit en béton, avec revêtement intérieur d'acier
inoxydable; ce bassin a la forme d'un tore de section rectangulaire ouverte à sa partie
supérieure; les deux parois verticales sont circulaires, la paroi interne a par exemple
un diamètre de 40 m et la paroi externe un diamètre d'environ 85 m; la hauteur du
bassin est de 11 m; ce bassin torique repose sur des supports en béton 2 convenablement
disposés avec intercalation éventuelle, entre lesdits supports et le bassin, d'éléments
connus permettant la dilatation normale du bassin sous l'influence de changements
de température,
- en 3 les murs du bâtiment entourant le bassin,
- en 4 un pont de manutention des substances actives,
- en 5 la cheminée centrale couvrant le vide central du bassin; cette cheminée d'aération
est de préférence munie d'un dispositif connu 6 (par exemple hélice) permettant d'y
assurer une ventilation forcée; on peut cependant concevoir cette cheminée de façon
qu'une ventilation naturelle suffisante soit assurée,
- en 7 un dispositif d'échange thermique ou ionique qui sera ultérieurement décrit.
[0030] Un bassin de ce type, muni éventuellement de dispositifs accessoires d'entrée ou
de sortie dits "sauts de puce" qui sont de préférence désolidarisés en structure par
rapport au bassin, serait susceptible de recevoir environ 10 000 t de matière active
à stoker.
[0031] Les figures 2 et 3 sont des schémas, en plan et en coupe, d'une portion de paroi
de bassin montrant un mode de revêtement intérieur, à l'aide d'acier inoxydable, des
parois de ce bassin.
[0032] Sur la figure 3 on voit le mur circulaire de béton 8 dont, grâce au dispositif de
revêtement selon la présente invention, on peut laisser la surface interne à revêtir
à l'état de béton brut; en 9 est représenté la revêtement intérieur en acier inoxydable;
ce revêtement est réalisé à partir d'éléments unitaires qui soudés les uns aux autres
constituent une surface ondulée. Ces éléments unitaires peuvent avoir des formes très
diverses mais il est important que les soudures 10 entre deux éléments unitaires voisins
soient réalisées sur des extrémités de ces éléments qui sont à une certaine distance
de la paroi lorsque lesdits éléments sont plaqués contre ladite paroi; grâce à cette
dernière disposition on peut vérifier que les soudures entre les divers éléments sont
convenablement effectuées.
[0033] Sur la figure 2, il apparaît que la revêtement 11 du fond du bassin est réalisé à
l'aide de tôles planes soudées entre elles; entre le revêtement 11 et les éléments
verticaux 9 il est important de ménager une onde de dilatation 12; cette onde de dilatation,
qui peut jouer dans une rainure ménagée à cet effet dans la partie inférieure du mur
du bassin, permet d'accrocher la paroi verticale en acier inoxydable à la seule partie
supérieure de la paroi de béton, cet accrochage étant schématisé en 13; ainsi contrairement
aux techniques actuellement utilisées pour réaliser des revêtements en acier inoxydable
des bassins, la paroi en acier inoxydable n'est pas liée, en des points autres que
les points d'accrochage, à la paroi de béton à revêtir.
[0034] Les figures 4 et 5 montrent les groupes autonomes d'échanges (thermiques ou ioniques)
utilisables dans les bassins selon l'invention. Ces groupes 14 et 15 sont essentiellement
caractérisé en ce qu'ils sont plongés directement dans les bassins, de préférence
au voisinage d'une des parois verticales de ces bassins. Ces groupes comportent:
- une partie support 16 qui repose sur le fond du bassin avec une fixation éventuelle,
sur ce fond, à l'aide d'un dispositif simple tel qu'un dispositif baïonnette par exemple;
ce support se présente par exemple sous la forme d'un tube vide muni d'une embase
et d'un (ou plusieurs) orifice d'évacuation 17; la partie supérieur de ce support
a généralement une forme évasée de façon à faciliter la mise en place, sur ce support,
de la partie échange du groupe,
- une partie échange 18 qui comporte les éléments d'échanges proprement dits c'est-à-dire
soit des faisceaux de tubes pour l'échange thermique, soit un lit de particules pour
les échanges ioniques. Pour cette partie d'échange on peut utiliser tout dispositif
connu qui ne nécessite pas, pour la circulation de l'eau du bassin à travers ledit
dispositif, une pompe à haute pression. Dans le cas des échangeurs thermiques on utilisera
par exemple des faisceaux de tubes, certains de ces tubes étant alimentés à l'aide
d'un fluide réfrigérant extérieur, les autres tubes étant parcourus par le liquide
du bassin; l'alimentation des tubes du réfrigérant à l'aide d'un fluide réfrigérant
extérieur s'effectue, à partir d'une prise 19, au moyen de préférence de tubes souples
20; ce fluide réfrigérant peut être de l'eau ou un liquide susceptible de se vaporiser
dans l'échangeur en absorbant les calories de l'eau du bassin. L'alimentation des
"éléments d'échanges" avec l'eau du bassin (pour refroidir cette eau ou lui faire
subir des échanges ioniques) s'effectuera à l'aide d'un dispositif susceptible d'assurer
une circulation d'eau sous basse ou moyenne pression; ainsi on utilisera par exemple
soit un moteur immergé soit un moteur 21 situé hors du bassin commandant une hélice
plongée dans l'eau du bassin, cette hélice assurant la circulation de l'eau à travers
la partie d'échange. Les avantages particuliers de ce système d'échange sont notamment:
l'absence de circulation de l'eau légèrement radioactive à l'extérieur du bassin et,
-la facilité d'intervention sur ces échangeurs qui sont aisément démontables.
[0035] Les bassins selon l'invention présentent des avantages considérables par rapport
aux bassins actuels; pour l'essentiel les noveaux bassins sont beaucoup plus équilibrés,
plus résistants aux déformations et aux secousses sismiques, plus faciles à construire
et à utiliser et, pour une même emprise au sol, beaucoup plus performants pour ce
qui concerne les quantités de matériaux radioactifs qui sont stockables dans lesdits
bassins.
1. New reservoirs for storing radioactive materials in water, characterized in that
they are of toric shape and a ventilation shaft is provided in the central free part
of the reservoirs to allow an adequate ventilation of said reservoirs and of the exchangers
used.
2. Reservoirs according to claim 1, characterized in that they are of circular toric
shape, the inside diameter of the torus being at least about 30 metres whereas the
outside diameter can reach about 120 metres.
3. Reservoirs according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the inside
vertical faces of the walls are lined with a vertical undulated wall in stainless
steel fastened to the upper part of said walls and connected to the base-plate, also
in stainless steel, by way of an expanding ridge.
4. Reservoirs according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the ion
and heat exchangers needed to operate the reservoirs are immersed in the water of
said reservoirs.
1. Becken zur Lagerung radioaktiver Produkte in Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß
sie ringförmige Gestalt haben und über dem freien mittleren Teil dieser Becken ein
Kamin angebracht ist, der eine geeignete Ventilation der Becken und der verwendeten
Austauscher gestattet.
2. Becken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie kreisringförmige Gestalt
haben, wobei der Innendurchmesser des Ringes mindestens etwa 30 m beträgt, der Außendurchmesser
des Ringes etwa 120 m erreichen kann.
3. Becken nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikalen
Innenflächen der Wände mit einer vertikalen gewellten, im oberen Teil der Wände fixierten
Wand aus rostfreiem Stahl verkleidet und mit der ebenfalls aus rostfreiem Stahl gefertigten
Bodenplatte mittels einer Dehnungswölbung verbunden sind.
4. Becken nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die für das
Funktionieren der Becken erforderlichen lonen- und Wärmeaustauscher im Wasser dieser
Becken eingetaucht sind.