Brevet FR2012731A1 — publié le 19700320

La présente invention concerne une barre de commande perfectionnée pour réacteur nucléaire, notamment à neutrons rapides. Cette barre de commande peut être une barre soit de sûreté, soit de réglage. De telles barres sont en général constituées dkne substance absorbante de neutrons qui peut être à l'état naturel, au bore enrichi ou agir par résonance, comme par exemple le cadmium l'argent, l'indium ou le tantale, ou encore appartenir en combinaison à plusieurs de ces genres. Les barres de sûreté sont en général agencées pour pouvoir pénétrer rapidement dans le coeur, à partir d'une position extérieure à ce coeur, pour provoquer la mise à l'arrêt du réacteur. Les barres de réglage servent à régler la réactivité pendant le fonctionnement et leurs positions peuvent normalement varier en continu.La réactivité constitue une mesure de ltétat du réacteur du point de vue de l'équilibreneutronique et donc du point de vue de lténergie. Quand la réactivité est nulle, le niveau d'énergie du réacteur est constant. Si la réactivité est positive ou négative, le niveau d'énergie monte ou baisse respectivement. Dans les deux cas, les barres peuvent pénétrer soit directement dans le modérateur ou réfrigérant interposé entre les barreaux de combustibles, soit dans un tube de guidage monté dans le réacteur. On connaît des barres de commande tubulaires pxr utilisation dans des réacteurs à réfrigérant et à modérateur formés par de l'eau lourde, ces barres étant immergées dans l'eau lourde, qui les remplit si elles sont ouvertes à la base. L'invention a pour objet des barres de sûreté ou de réglage dotées d'une efficacité accrue, bien que leur teneur en absorbant coûteux soit inférieure à la teneur normale. La barre de commande suivant l'invention est caractérisée en ce qu'elle est formée d'une pièce tubulaire extérieure constituée d'une substance absorbante et d'une pièce intérieure constituée entièrement ou partiellement par un modérateur, contenant avantageusement de l'hydrogène. La pièce tubulaire extérieure doit être fermée aux extrémités pour séparer hermétiquement l'absorbant et le modérateur du coeur de réacteur. La pièce intérieure est plus ou moins remplie de matériau modérateur. Si le modérateur est à l'état solide et ne remplit pas complètement la pièce tubulaire, on peut le répartir sur la longueur de la barre et permettre par exemple la formation de canaux dans la pièce intérieure.Le modérateur, solide ou liquide, peut aussi être rassemblé à une extrémité du corps tubulaire. Le modérateur est, de préférence, une substance organique contenant de l'hy- drogène, par exemple hydrure de zirconium ou matière du genre proposé comme réfrigérant dans les réacteurs à refroidissement par matière organique, telle que celle connue sous le nom "Dowtherm A" ou analogue. Le modérateur de neutrons ralentit les neutrons à haute énergie, ce qui accroît leurs chances d'etre absorbés par la substance absorbante. La barre de commande est de préférence formée de deux cylindres à paroi mince concentriques, en acier ou matériau analogue compatible avec le milieu, par exemple formé de sodium fondu, qui constitue un bon réfrigérant pour réacteurs à neutrons rapides. L'intervalle séparant les cylindres est plus ou moins rempli d'absorbant et le cylindre intérieur est plus ou moins rempli de modérateur. L'invention vise encore un réacteur à neutrons rapides comportant une série de barres de commande, qui contiennent une substance absorbant les neutrons, et des moyens propres à enfoncer les barres dans le corps du réacteur/et à les en extraire pour régler la réactivité du réacteur. Le perfectionnement apporté par l'invention réside dans le fait que l'absorbant se présente sous la forme d'un organe tubulaire et que cet organe contient un modérateur de neutrons. On a opéré des essais comparatifs sur des barres creuses à section carrée, contenant comme absorbant du carbure de bore. Toutes les barres comprennent une gaine ou tube en cuivre, à section carrée, de 42 mm de côté extérieurement, et certaines comportent encore, suivant l'invention, un tube intérieur en cuivre à section carrée de 28 mm de côté. On prépare trois barres comme suit: une barre I complètement remplie par 9Q0 g de carbure de bore; une barre II dont l'intervalle entre tubes est rempli par 474 g de carbure de bore, et dont le tube intérieur contient de l'air et une barre III dont l'intervalle séparant les tubes est rempli par 474 g de carbure de bore et dont le tube intérieur est rempli de polyéthylène.On détermine les équivalents en réactivité qui mesurent directement le pouvoir d'arrêt d'une barre de commande, et on a porté dans le tableau ci-dessous ces équivalents -en réactivité en pourcentages (Requ,) et en pourcentages spécifiques (Requ. Spec) par kilo de bore incorporé aux diverses barres. TABLEAU NO de barre Requ.% Requ. Spec. % I 2,8 5,1 Il 1,9 4,0 III 5,5 7,4 Comme le montre clairement le tableau ci-dessus, lteffet sur la réactivité d'une barre du type III est de 25 supérieur à celui d'une barre du type I bien que la barre III ne contienne qu'un peu plus de 50 de la quantité de bore incorporé à la barre du type I. En comparant les effets exercés sur la réactivité par les barres Il et III, on voit que l'addition de modérateur double pratiquement cet effet. La dernière colonne du tableau montre en outre que ltef- ficacité par kilo de bore est plus que doublée lorsqu'on remplace environ la moitié du bore par du polyéthylène.En conséquence, ltin vention permet d'obtenir le même pouvoir d'action sur la réactivité moyennant moitié moins de bore que dans des barres au bore homogènes, ce qui est extrêmement important vu le coût relativement élevé du bore 310 Eile permet en outre, en déterminant les proportions optimales de bore et de modérateur, d'accroître suffisamment l'effet individuellement exercé par les barres sur la réactivité pour pouvoir réduire le nombre de barres nécessaire dans une installation de réacteur donnée. Du fait que le mécanisme de manoeuvre et les autres accessoires associés aux barres de réglage sont complexes et extrêmement coûteux, cette réduction présente de grands avanta- ges. On va maintenant décrire l'invention en se référant au dessin annexé, sur lequel figure 1 représente en coupe verticale un coeur de réacteur à neutrons rapides suivant l'invention, et figure 2 est, à plus grande échelle, une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1. Le coeur de réacteur 1 montré sur la figure 1 est à section circulaire et contient le combustible nucléaire fissile , disposé de manière connue. On s'est abstenu de représenter le combustible, cette représentation n'étant pas nécessaire à la compréhension de l'invention. Pour la même raison on a supprimé d'autres parties du réacteur, telles que cuve du réacteur , moyens de refroidissement du combustible nucléaire etc. Le coeur est entouré par une enr veloppe fertile 2, contenant de préférence de l'uranium naturel. Plusieurs tubes de guidage des barres de commande traversent le coeur et l'enveloppe fertile. Pour plus de clarté, on n' a repre- senté que l'un de ces tubes. Le tube de guidage contient une barre de commande 4, suspendue par une tige 5 qu'un moyen de levage 6 permet de soulever et d'abaisser. La barre de commande est formée d'un tube extérieur 7 et un tube intérieur 8 coaxial au tube etérieur. Ces tubes sont fermés au sommet et à la base. L'espace défini entre eux contient de l'ahsorbaut. de neutrons 9. Le tube intérieur contient du moderwa- teur de neutrons 10. Si l'on désire refroidir la barre de commande, on peut faire traverser par du réfrigérant l'espace défini entre les tubes 3 et 4. Le réfrigérant est, de préférence, celui qui refroidit le combustible nucléaire, par exemple du sodium fondu. Si ce refroidissement des barres de commande est insuffisant, on peut ménager dans le modérateur 10 un canal axial également traversé par du réfrigérant. REVENDICATIONS 1 - Barre de commande pour réacteur nucléaire notamment à neutrons rapides, caractérisée en ce qu'elle comprend un tube extérieur contenant une substance absorbant les neutrons et un tube intérieur contenant un modérateur de neutrons. 2 - Réacteur nucléaire à neutrons rapides contenant une série de barres de commande, qui contiennent un absorbant de neutrons, et des moyens permettant d'enfoncer ces barres dans le coeur du réacteur et de les en extraire pour régler la réactivité du réacteur, caractérisé en ce que l'absorbant de neutrons se présente sous forme d'organe tubulaire et en ce qu'un modérateur de neutrons est disposé dans cet organe tubulaire.