Brevet FR2011954A1 — publié le 19700313

la présente invention se rapporte aux éléments combustibles pour réacteurs nucléaires, et plus particulièrement aux éléments combustibles à gaine métallique sous pression interne. Les éléments combustibles sont soumis à une gamme étendue de pressions durant le cycle de fonctionnement des réacteurs nu cléaires. Les éléments courants sont constitués dtun combustible en céramique réfractaire contenu dans un fourreau métallique tubulaire à minces parois. Le fourreau métallique est soumis en cours de fonctionnement à la pression régnant à l'intérieur du réacteur, laquelle est d'environ 158 kg/cm2 la pression interne de l'élément combustible augmentant progressivement avec la combustion.Ces éléments sont donc construits avec un espace vide appréciable de la dimension voulue pour que la pression ne ctélève pas un niveau supérieur à la pression de fonctionnement du réacteur nucléaire, soit par exemple de 158 kg/cm2. Pour éviter le développement d'une forte différence de pression entre l'intérieur du réacteur et celui de l'élément combus- tible, des éléments ont déjà été mis sous pression avant leur installation dans le -coeur du réacteur. flans ce easD toutefois, après une certaine période de fonctionnement, la pression interne devient supérieure à la pression externe, c'est-à-dire qu'il se produit une inversion de l'effort. Ia. présente invention a donc principalement pour objet de réaliser un élément combustible dans lequel le développement de pression de gaz durant le fonctionnement du réacteur est contrdlée de manière à conserver une valeur détermiée. Â cette fin, la présente invention réside dans un élément combustible pour réacteur nucléaire sous pression, comprenant un logement renfermant le combustible nucléaire, caractérisé par le fait que ce logement comporte au moins une chambre normalement obturée de manière herméti-ue, dans laquelle est maintenue une pression za- férieure à la pression régnant dans le reste de l'élément, cette chambre présentent un dispositif de parei destiné à se rompre lorsqu'une différence de pression déterminée est atteinte entre l'inté- rieur de cette chambre et le reste du logements l'invention ressortira mieux de la description qui va suivre d'une forme préférée de réalisation représentée, à titre d'exem- ple seulement, aux dessins annexés, sur lesquels:: la Figure I est une coupe d'élément combustible représen- tant une forme de réalisation de l'invention La Figure 2 est une coupe d'élément combustible représentant une autre forme de réalisation de l'invention ; La Figure 3 est une vue en coupe partielle d'un élément combustible nucléaire comportant un dispositif de perforation ; la Figure 4 est une coupe de l'élément combustible de la Figure 3, après que l'accumulation du gaz de fission a rendu la chambre accessible ; La Figure 5 représente une autre forme de réalisation de l'élément combustible de la Figure 3 ; et la Figure 6 représente encore une autre forme de réalisation d'élément combustible. L'élément 10 représenté à la Figure i comprend un certain nombre de pastilles cylindriques 12 constituées d'un combustible nucléaire convenable tel que le dioxyde d'uranium ou le dioxyde de plutonium, disposées bout-à-bout à l'intérieur d'une gaine ou fourreau tubulaire 14 à paroi mince, constitué d'une matière convenable telle qu'un alliage de zirconium ou l'acier inoxydable. Les extrémités du bourreau 14 sont closes au moyen de bouchons 16 et 18, de préférence constitués de la même matière que la gaine 14 et fixés à celle-ci par une soudure annulaire 20, ou autre dispositif convenable. L'intérieur de l'élément 10 est donc her-métiquement obturé, de sorte que les gaz de fission ne peuvent s'en échapper. L'intérieur de l'élément 10 est pourvu d'une ou plusieurs cloisons 24 qui forment des chambres normalement hermétiques 22. Ces chambres 22 sont construites de manière à être accessibles aux gaz de fission lors qu'une pression déterminée est atteinte en cours de combustion. Â cette fin, les cloisons 24 sont pourvues de sections 26 qui se rompent quand elles sont soumises à une pression déterminée. A la Figure 2, à laquelle des références numériques identiques désignent les parties similaires, l'élément combustible 10 représenté utilise a-es caissons 28 pour former les chambres norma- lement hermétiques ; lesquelles sont désignées dans ce cas par la référence 30. Les caissons 28 remplacent les séparations 24 de la Figure t. Chaque caisson 28 comporte une paroi 32 pourvue d'une section à rupture 34 qui assure l'accès aux gaz de fission à l'in- térieur de ceux-ci lorsqu'une pression déterminée est atteinte Ia section à rupture 34 peut se situer en haut, en bas, ou sur le c8té des caissons 28. Les sections 26 ou 43 des chambres multiples 22 peuvent être réalisées de manière à se rompre -approximativement à la même pression déterminée, ou à des-pressions différentes; ainsi que le montre la Figure 3, l'élément combustible peut contenir des dispositifs creux 221 constituant des chambres hermétiques 201 destinées à loger les gaz de fission dégagés au cours de la combustion des pastilles 12 de combustible nucléaire. Pour déterminer avec précision la pression de rupture de la chambre 201, cette dernière comporte, par exemple, un dispositif analogue à un soufflet 231 sur lequel est montée une pointe 241, de sorte que, lorsqu'une compression est appliquée au soufflet 231 par l'augmentation de la pression externe, la paroi 128 adjacente à la pointe 241 se trouve perforée par celle-ci, ainsi que le montre la Figure 4. L'autre paroi d'extrémité 301, qui porte la pointe 241, est relativement épaisse afin de maintenir la pointe en alignement correct. D'autres constructions à soufflet convenables sont représentées à titre d'exemples aux Figures 5 et 6. Â la Figure 5, le soufflet 221 est constitué par un tube 231 présentant des circonvolutions 261 seulement à ses extrémités. Un guide 556 est fixé à une partie centrale du soufflet 221 pour maintenir la pointe 24 en position correcte. Dans la forme de réalisation représentée à la Figure 6, des pointes 38 sont fixées à la paroi latérale 231 du soufflet 221 et orientées de manière à perforer la paroi latérale lorsque la pression développée par le gaz de fission comprime cette paroi latérale. L'agencement décrit est particulièrement avantageuse quand l'élément combustible est mis sous pression avant son introduction dans le réacteur, car dans ces éléments, la pression augmente plus rapidement que dans ceux non mis sous pression. D'autre part, la pression dans les chambres 22 peut être maintenue très basse, in Sérieuse à la pression atmosphérique, mais pour faciliter la fabrication, il est préférable de la maintenir au niveau atmosphérique. REVENDICATIONS 1 - Elément combustible pour réacteur nucléaire sous pres- sion, comprenant un logement contenant le combustible nucléaire, caractérisé par le fait que ce logement est pourvu au moins d'une chambre normalement hermétique dans laquelle est maihtenue une pression inférieure à celle régnant dans le reste de l'élément, cette chambre comportant un dispositif de paroi destiné à se rompre lorsqu'une différence de pression déterminée est atteinte entre l'in- térieur de cette chambre et le reste durlogement. 2 - Elément combustible selon revendication 12 caractérisé par le fait que cette chambre est formée par un caisson hermétique disposé dans- le logement, et que ce disposit de paroi consiste au moins en une-partie d'une paroi de ce caisson hermétique. 3 - Elément combustible selon revendication 1 ou 2, et pourvu de plusieurs de ces chambres, caractérisé par le fait que lea sections de rupture des chambres ont la dimension voulue pour se rompre à des pressions déterminées différ-entes. 4 - Elément combustible selon revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par -le -fait qu'un dispositif dè perforation est disposé à l'intérieur de la chambre et par suite~ associé à celle-ci de manière à la perforer quand la différence de pression atteint cette valeur déterminée. 5 - Elément -combustible selon revendication 4, caractérisé par le fait que ce dispositif de perforation consiste en une pointe. 6 - Elément combustible selon revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait que la chambre est formée par un dispositif en forme de soufflet dont une paroi au moins est mobile, cette pointe et cette paroi étant disposées en regard l'une de l'autre et agencée de manière à se mouvoir l'une vers l'autre lorsqu'augmente la pression dans l'élément combustible. 7 - Elément combustible selon l'une ou l'autre des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qui renferme déjà un gaz sous pression avant son introduction dans le coeur du réacteur. 8 - Elément combustible selon l'une ou l'autre des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la chambre est hermétique et maintenue pratiquement à la pression atmosphérique. 9 - Elément combustible pour réacteur nucléaire sous pressin selon la description en référence et représenté aux dessins annexés.