Brevet FR2032383A1 — publié le 19701127

La présente invention se rapporte à-un procédé de fabrication de combustible nucléaire contenant des terres rare s ou lanthanides L'utilisation de poisons consommables dans les réacteurs nul cléaires est~très répandue. Ces poisons peuvent être soit ajoutés au réfrigérant du réacteur, soit, plus avantageusement être incorporés dans le combustible, généralcment sous forme d'oxydes simples ou mixtes d'uranium, de plutonium ou de thorium. La répartition homogène des poisons consommables dans le ombustitle, pose toutefois certains problèmes.En effet, on a déjà tenté de fabriquer un combustible nucléaire avec un poison consommable, généralement présent sous forme d'un oxyde d'un des éléments formant le groupe des lanthanides (ou terres rares), homogènement dispersé dans le combustibli selon le cycle classique de fabrication de pastilles d1 oxyde d'uranium. En partant d'un mélange très homogène des constituants, il a été remarqué qu'il est. -très- difficile d'éviter des agglomérations nuisibles à l'homogénéité de la dispersion. Ces agglomérations pourraient être éliminées par le phénomène de diffusion ayant lieu lors du frittage des pastilles et qui tend à former une dispersion parfaite, mais la vitesse de diffusion est trop faible en atmosphère réductrice pour arriver a un bon résultat. La présente invention a pour objet un procédé permettant d'ang- menter la vitesse de diffusion des constituants d'une pastille com- bustible lors du frittage. L'invention consiste dans un procédé de fabrication de combustible nucléaire contenant un composé d'un élément du groupe des lanthanides comme poison consommable, caractérisé en ce qu'on ajou- te aux constituants du combustible, une faible quantité d'un composé d'un élément du groupe constitué des éléments suivants : titane, aluminium, magnéfum, zirconium,, niobium, chrome, vansdium, fer, nickel, cuivrer ll est clair que le composé ajouté deit être compatible avec le combustible utilisé (oxyde d'uranium en général) aussi bien pendant la fabrication que durant l'irradiation; c'est pourquoi le choix de l'additif se portera de préférence sur un oxyde soluble dans l'oxyde d'uranium afin de limiter les phénomènes de migration sous gradient thermique.Bien que l'oxyde soit la forme préférée, il est évident que l'additif peut être utilisé avec la même efficacité sous une forme d'un sel se décomposant en oxyde et plus généralement sous toute forme appropriée. La teneur de l'additif sous Xa plus faible possible, mais est imoesée par les condittone de fabrication. Cette teneur sera en plus variahle selon k'efficaeité du composé ajouté, En général, une teneur de 1,l% % (en poids, par rapport au poids total) sera suffi sante; pour certains oxydes la teneur peut toutefois être plus fai b1ef ainsi par exemple pour loxyde-de titane une teneur de 0,01% donne déjà l'effet recherché. II est évident que ce procédé selon l'invention est valable pour la fabrication de combustible, sous toute forme, et pourrait être utilisé aussi bien pour. la fabrication des pastilles combustibles que pour le combustible vibré ou le combustible à patticules. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaî- tront à la lecture des exemples suivants donnés à titre nullement limitatif, et des figures jointes dans lesquelles les mêmes chiffres de référence représentent les mêmes désignations sur les différentes figures montrant des diagrammes de répartition des poisons consommables. ESEMPLE 1. De la poudra de dioxyde d'uranium de qualité céramique, 0,6% de poudre de sesquioxyde de dysprosium ( ( 40 microns) et 0,1% de poudre d'oxyde d'aluminium ( L'ensemble est ensuite mélangé à une solution aqueuse contenant 0,5 % de polyéthyèneglycol et 0,5 % d'alcool polvinylique. La pâte obtenue est séchée à l'air à 1190C. et le gâteau qui en résulte est granulé sur un tamis de 0,4 mm. Ce. granulé est pastillé et ensuite fritté Pendant I heure à 1700 C sous hydrogène. On obtient alors des pastilles ayant une densité de 95 % de la densité théorique. La figure 1 représente un diagramme 1 enregistré à la micro sonde électronique montrant la répartition du dysprosium au sein du combustible. Ce diagramme pris sur une pastille quelconque montre clairement la dispersion régulière et quasi continue du dysprosium dans l'oxyde d'uranium. Ls chiffres de référence 2 et 3 montrent respectivement la limite de détection du dysprosium e-t la distance parcourue par la sonde, la double flèche 3 correspond à 25 mi crons. La figure 2 montre un diagramme analogue pris sur une pastille de fabrication identique, mais ne contenant pas d'oxyde d'aluminium. Le diagramme de la figure 2 montre clairement que, dans ce cas, la diffusion est très limitée et que le dysprosium est concentré en certains points correspondant aux emplacements initiaux des particules de sesquioxyde de dysprosium. EXEMPLE 2. On mélange à sec dans un mélangeur en V et pendant 20 minutes, de l'oxyde d'uranium, 0,6 % de sesquioxyde de dysprosium et 0,01 % de dioxyde de titane. Après précompression et granulation, le granulé est mélangé à 0,2 % de béhénate de zinc et pastillé. Après un frittage de I heure à 1700 C sous hydrogène, on obtient des pastilles combustibles ayant une densité de 95 % de la densité théorique. Comme le montre le diagramme représenté à la figure 3, le dysprosium est bien diffusé dans la matrice en oxyde d'uranium et sa distribution est pratiquement homogène. EXEMPLE 3. On répète le deuxième exemple ci-dessus, mais en remplaçant le dioxyde de titane par 0,1 % de diborure de titane. Un diagramme (non représenté) enregistré à la sonde électronique montre le même résultat que représenté à la figure 3. En effet, pendant le trai tement thermique, le diborure de titane se décompose en présence dé l'oxyde d'uranium pour former un oxyde de bore volatil qui disparait et un oxyde de titane qui favorise la diffusion du dysprosium dans le réseau de l'U02o Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, elle est susceptible de nombreuses va- riantes, accessibles à lthomme de l'art, sans s'écarter pour cela de l'esprit de l'invention. P E V E N D I C A T I O N 1) Procédé de fabrication de combustible nucleaire contenant un poison consommable constitué d'un composé d'un élément du groupe des lanthanides, caractérisé en ce qu'on ajoute aux constituants du combustible une faible quantité d'un composé d'un élément du groupe constitue des éléments suivants : titane, aluminium, marné- sium, zirconium, niobium, chrome, vanadium, fer, nickel, cuivrez 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que I' additif est un oxyde. 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l' additif est ltoxyde de titane. 4) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que Il additif est un composé se décomposant en oxyde. 5) Combustible nucléaire contenant un poison consommable fabriqué selon le procédé suivant une quelconque des revendications I à 4.