Brevet FR2027551A1 — publié le 19701002

40442; i 2027551 La-présente invention concerne un sous-ensemole ou faisceau d'éléments ou de barreaux combustibles pour les réacteurs nucléaires. . Les réactions de fission nucléaire en chaîne et les réacteurs 5 dans lesquels elles ont lieu«sont actuellement bien connus. Un réacteur typique comporte un ensemble de" réaction en chaîne ou coeur formé de combustible nucléaire contenu dans, des éléments combustibles, La matière formant le combustible est en général enfermée dans des récipients ou des gaines résistant à la cor-^0 rosion et conducteurs de la chaleur. Le coeur du réacteur, formé d'un grand nombre de ces éléments où barreaux combustibles espacés ainsi que de barres de commande, d'instruments de mesure ou autres à 11 intérieur" du doêur^ etc., est enfermé dans une cuve ou un.' écran à travers lequel circule le réfrigérant du réacteur: Le réfrigérant circulant entre les barreaux combustibles espacés est' chauffé par 1:énergie thermique engendrée pendant la réaction de fission. Le réfrigérant chauffé sort ensuite du réacteur et son énergie thermique est utilisée pour la production -d'un-travail " utile, par exemple pôur l'entraînement de la turbine d'une générale trice pour la production d'énergie électrique, après quoi le réfrigérant refroidi est recyclé à travers le réacteur. Dans les réacteurs commerciaux modernes réfrigérés par de l'eau, le coeur est en général formé d'un certain nombre de sous-ensembles ou de faisceaux, certains constitués par des éléments 25 combustibles en forme de barreaux maintenus espacés et parallèles. Typiquement, un faisceau peut comporter 49 barreaux combustibles d'un diamètre d'environ 12,7 mm et d'une longueur d'environ 3 mètres. Les barreaux sont maintenus dans les positions voulues par une plaque de montage à chaque extrémité du faisceau et par des dispositifs- pour supporter et espacer latéralement les barreaux et qui sont répartis sur la longueur du faisceau- Sans., les réacteurs surgénérateurs à neutrons rapides, chaque faisceau.peut contenir 250 à "50 barreaux combustibles chacun-d'un diamètre de fi,35 mm ou même moins Le -r.aintlen en groupe de carreaux parallèles est par-ticulièrement Jifilclle dans le cas de ces barreaux très fins, v5 Les dispositions des réacteurs antérieurs représentent un compromis entre différents facteurs variables pouvant être incompatibles. Par exemple, il est désirable que les barres de commande pénètrent dans le coeur à partir du haut pour que la pesanteur aide 69 40442 il 2027551 à l'introduction. Cependant, il est désirable aussi que-les canaux pour le réfrigérant soient prévus pour une circulation, ascendante, afin qu'à l'arrêt du coeur du réacteur le réfri.-gérant puisse circuler en partie par convection naturelle 5 (ascendante). L'écoulement ascendant du réfrigérant autour des-barres de commande pénétrant- par le haut provoque cependant des forces hydrauliques agissant sur les barres de commande et pouvant être supérieures aux forces résultant de la gravitation. Dans un réacteur à neutrons rapides le coeur peut comporter 10 des sous-ensembles ou des faisceaux très divers, chaque faisceau étant contenu dans une enveloppe ou canal formantuie enveloppe individuelle. Ces faisceaux ont habituellement une section transversale hexagonale et quand ils sont assemblés ils constituent un coeur ayant la forme générale d'un cylindre droit. Les différente 15 types de faisceaux contiennent typiquement des élémenls ou barreaux • combustible^, des matériaux de commande, des modérateurs et des réflecteurs. Il est important que l'ensemble-du coeur ait une configuration stable et fixe pendant la durée de fonctionnement du réacteur. Des déplacements imprévus ou des vibrations des 20 différents éléments peuvent, provoquer des variations imprévues de la réactivité,, Dans des cas extrêmes,ces variations, peuvent provoquer du fait des variations locales du flux de- neutrons des surchauffages locaux pouvant endommager les barreaux combustibles et/ou nécessiter l'arrêt d'urgence du réacteur. 25 II a été proposé des formes très diverses de faisceaux d'élé ments ou barreaux cembustibles pour ces réacteurs nucléaires. Ce sous-ensemble doit maintenir les barreaux combustibles, espacés suivant l'arrangement désiré en empêchant le déplacement ou les vibrations des barreaux tout en permettant des dilatations ther-30 miques différentes. Dans de nombreux ensembles dans lesquels les barreaux combustibles sont fixés en un certain nombre de points à l'enveloppe du faisceau, les différences de dilatation thermique ne peuvent pas • être convenablement compensées et par suite les barreaux peuvent 35 se cintrer eu se déformer autrement du fait des variations de la température dans le réacteur ou dans un barreau combustible. De •plus, ces montages trop rigides ne permettent pas convenablement 1'élimination des intervalles entre faisceaux par de légers mouvements transversaux des faisceaux au. moment du blocage., des élé-40 ments1 formant le coeur les uns par rapport aux autres. 69 40442 3 2027551 Certains faisceaux de barreaux combustibles comportent des caractéristiques de construction complexes destinées à permettre le réglage pour supprimer les espacements^,et résoudre les problèmes de la dilatation thermique et du blocage des éléments du 5 coeur. Cependant, ces systèmes sont coûteux et d'un assemblage difficile, et ont tendance à devenir défectueux pendant un fonctionnement prolongé. Il peut exister des différences de vitesse de génération de chaleur entre des barreaux combustibles espacés contenus dans un faisceau, entraînant des températures locales 10 différentes. Cela peut résulter d'une pointe de flux dans des canaux voisins pour le réfrigérant, d'une distribution irrégulière du courant de réfrigérant à travers le coeur, de la présence de matériaux de structure et de causes analogues. Par suite, les barreaux combustibles espacés sont sujets à des dilatations ther-15 miques inégales de sorte qu'en l'absence de dispositifs de maintien, les barreaux et les faisceaux sont sujets à des déformations ou au cintrage. Cela peut provoquer des points chauds locaux aux endroits où des barreaux voisins ae touchent, entraînant la décomposition ou la fusion de la matière des gaines. Il peut en résulter 20 la formation de fissures ou d'ouvertures dans les gaines provoquant l'exposition directe du réfrigérant au combustible et aux produits de fission gazeux contenus dans les barreaux combustibles. Dans ce cas, les éléments combustibles doivent être remplacés, ce qui nécessite l'arrêt du réacteur, mais aussi le réfrigérant est contaminé 25 par des matières radioactives. En outre, un cintrage important des barreaux combustibles situés à la périphérie du faisceau peut gêner ou empêcher les mouvements d'une barre de commande. Les séparateurs intermédiaires doivent par suite avoir une résistance suffisante pour empêcher le cintrage ou le flambage des 30 barreaux combustibles du fait des variations de la température. De plus, le séparateur doit avoir une résistance suffisante pour résister à des forces thermiques et hydrauliques sévères qui varient considérablement entre les conditions existant au démarrage du réacteur et les conditions de fonctionnement à pleine puissance à ^ chaud. D'autre part des séparateurs exagérément larges et massifs peuvent avoir un effet nuisible sur les performances du réacteur. Si un séparateur restreint localement la circulation du réfrigé-rantj il peut en résulter des points chauds locaux pouvant provoquer 40 la détérioration ou la rupture locale des gaines avec les conséquences 69 40442 4 2027551 indiquées ci-dessus» Un séparateur doit être aussi petit que possible et doit être en une matière ayant une faible section efficace d'absorption des neutrons pour minimiser"l'absorption parasite"Cette absorption devient appréciable quand il existe 5 un grand nombre de séparateurs dans le coeur. Les séparateurs compliqués et d'une fabrication difficile sont indésirables parce qu'il doit y avoir un grand nombre de séparateurs dans un même coeur et parce que les matières préférables pour les former, telles que l'acier inoxydable, rendent diffi-10 cile la fabrication avec des formes compliquées. De même; les' séparateurs nécessitant un grand nombre de soudures sont difficiles à obtenir d'une façon régulière avec les tolérances nécessaires. Si la superficie de contact entre un séparateur et les barreaux combustibles voisins est trop importante, là circulation du 15 réfrigérant peut être restreinte dans cette zone, ce qui se traduit par un point chaud. Inversement, si la zone de contact est trop faible, des dilatations thermiques différentes et des vibrations provoquées par la circulation du réfrigérant peuvent provoquer 1rendommagement par usure des gaines au point de contact. La 20 gaine endommagée peut finalement se fendiller ou se briser et permettre ainsi la venue en contact du réfrigérant avec le combustible contenu dans le barreau. De plus,r au moment de la mise en place des barreaux combustibles à travers un séparateur ajusté serré, les barreaux peuvent être rayés' ou être endommagés autrement. 25 Un système de séparation proposé comporte l'utilisation d'un ou plusieurs fils fins enroulés h'élicoldalemènt autour de chaque barreau combustible du faisceau. Le fil est fixé près de l'extrémité supérieure du barreau, après quoi il est enroulé autour du barreau jusqu'à l'autre extrémité et il est fixé près de cette ^o extrémité inférieure du barreau. Ce système est simple, sûr et d'un assemblage ÊÉrcIAer En plus du maintien convenable de l'espacement entre les barreaux combustibles, ces fils enroulés en hélice provoquent des turbulences désirables dans le oouran't de réfrigérant pour améliorer le transfert de la chaleur du barreau combustible au réfrigérant. Malgré les bons résultats obtenus avec les séparateurs formés de fils enroulés en hélice,, il subsiste différents problèmes. Pour les faisceaux de barreaux combustibles comportant des séparateurs formés de fils enroulés en hélice, il a été constaté 35 69 40442 5 2027551 nécessaire de faire partir chaque séparateur d'une même position angulaire relative pour tous les barreaux combustibles et d'utiliser des enroulements hélicoïdaux d'un pas uniforme pour éviter les interférences mécaniques entre les fils et les barreaux coro-5 bustibles voisins. Il est évident qu'une disposition avec point de départ au hasard peut normalement se traduire par de telles interférences. Cependant, cette disposition avec point de départ uniforme nécessite un contrôle très exact du point de vue dimen-sionnel pour les barreaux combustibles et les fils séparateurs 10 parce qu'il peut exister typiquement 20 à 40 barreaux combustibles alignés dans un faisceau et que les fils séparateurs sont dans l'alignement des barreaux combustibles à certains intervalles le long des barreaux. Si les barreaux combustibles ou les fils ont un diamètre légèrement trop grand ou trop petit, le faisceau peut 15 être trop serré ou trop libre dans les parties corréspondantes. ■ Cette combinaison ne permet pas le gonflement des barreaux combustibles pendant le fonctionnement du réacteur sans qu'il en résulte de déformation des. barreaux combustibles ou de l'enveloppe du faisceau. De plus, il n'est' pas possible de prévoir des barreaux 20 combustibles ou des fils de dimensions inférieures aux dimensions nominales pour permettre l'accumulation d'écarts dans-les-tolérances normales car il pourrait en résulter des jeux entre les barreaux combustibles et l'enveloppe du faisceau pouvant permettre des déplacements ou des mouvements des barreaux combustiblès pen-25 dant le fonctionnement du réacteur, ces mouvements peuvent se traduire par 1'endommagement des barreaux et aussi par des caractéristiques nucléaires instables pour le coeur du réacteur. Les difficultés résultant du jeu entre la série extérieure de barreaux combustibles et 1'enveloppe.du faisceau peuvent aussi •50 apparaître pour une autre cause. La distance entre les barreaux combustibles voisins est établie pour obtenir les valeurs optimales pour différents facteurs parmi lesquels la chute totale de .pression à travers le coeur du réacteur, les températures admissibles pour les gaines, et la température désirée pour le réfrigérant à-la sortie du coeur. Cette distance ou séparation optimale «détermine 35 le diamètre du fil séparateur enroulé en hélice pour" un, coeur donné. Cependant, dans le cas de fils séparateurs d'un^même diamètre, il existe le même intervalle entre les barreaux combustibles de la 40 série extérieure de barreaux et la surface intérieure de l'enveloppe 69 40442' 6 2027-551 du faisceau, celle-ci n'étant pas une source appréciable de chaleur. Cet intervalle supplémentaire pour l'écoulement du réfrigérant se traduit par une circulation excessive du réfrigérant dans cette partie plus froide du faisceau, ce qui réduit 5 la température du réfrigérant à la sortie par rapport à celle pouvant être obtenue d'après d'autres conditions dans le coeur. Il a été*estimé que dans un faisceau typique d'éléménts combustibles, cette perte peut atteindre 10 % de l'augmentation désirée de la température. 10 Cet écoulement canalisé le long de la paroi de l'enveloppe du faisceau pourrait être réduit en utilisant un fil séparateur de plus petit diamètïî!^. autour des barreaux combustibles périphériques. Cependant, cette solution n'est pas possible parce que dans ce cas les fils des barreaux combustibles de la rangée cir-15 culaire immédiatement suivante de barreaux combustibles devraient assurer seuls le maintien de la distance voulue entre les barreaux périphériques et les barreaux plus intérieurs immédiatement voisins parce que les fils de plus petit diamètre des barreaux combustibles périphériques ne pourraient pas être en contact avec les barreaux 20 de la série intérieure suivante. Il en résulterait la moitié seulement du nombre; de points de contact de séparation et par suite la possibilité de décalage, de flambage ou de vibration des barreaux combustibles. De plus, dans le cas d'un faisceau carré de barreaux combus-25 tibles au lieu d'un faisceau hexagonal, des barreaux combustibles de la rangée extérieure ayant un fil' séparateur d'un diamètre plus petit pourraient se décaler latéralement le long de la paroi de l'enveloppe du faisceau. Il est par suite nécessaire de perfectionner les faisceaux 20 de barreaux d'éléments combustibles comportant des séparateurs sous la forme de fils enroulés en hélice. L'invention a pour objet un faisceau d'éléments ou de' barreaux combustibles dans lequel chaque barreau combustible comporte un fil séparateur enroulé en hélice, le fil en hélice partant d'une posi- ^ tion angulaire différente pour chaque barreau suivant une distribu-35 ' tion uniforme pour provoquer une combinaison réglée d'absence d'alignement des fils séparateurs en descendant le long du faisceau, les fils séparateurs des barreaux combustibles du groupe périphérique de barreaux étant des tubes à paroi mince et étant légèrement 40 aplatis aux endroits en contact avec l'enveloppe du faisceau pour 69 40442 7 2027551 réduire le courant de réfrigérant entre la série périphérique de barreaux combustibles et l'enveloppe du faisceau„Les barreaux combustibles sont de préférence fixés seulement à leurs extrémités inférieures à des barres espacées fixées à l'enveloppe du faisceau. Un ^ raccord ou embout tubulaire constituant l'orifice inférieur est fixé à l'extrémité inférieure de l'enveloppe du faisceau pour être engagé avec ajustage glissant dans une ouverture de la grille support du coeur en permettant un léger déplacement latéral de l'embout par rapport à l'enveloppe du faisceau de barreaux combustibles au moment du serrage de ces faisceaux dans le coeur. De préférence,le jeu ou intervalle entre les barreaux combustibles et les éléments ne contenant pas de combustible(par exemple l'enveloppe du faisceau et les faux barreaux)doit être de préférence compris entre environ 1/3 et environ 1/2 de l'intervalle existant ^ (— entre des barreaux combustibles voisins. 15 „ Bien que chaque barreau combustible puisse etre muni de plus d'un fil séparateur, un fil unique est préférable parce qu'il est efficace et permet de réduire au minimum la quantité de matière absorbant les neutrons dans le faisceau de barreaux combustibles. 2Q Bien qu'un faisceau de barreaux ou d'éléments combustibles selon l'invention soit particulièrement utile pour un réacteur surgénérateur à neutrons rapides avec circulation ascendante du réfrigérant à travers le faisceau, un tel faisceau et différentes caractéristiques de ce faisceau peuvent être utilisés pour d'autres 25 typës de réacteurs à neutrons rapides. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels s - la figure 1 représente en perspective et en coupe un faisceau de barreaux combustibles suivant un mode de mise en oeuvre de l'invention, 30 - la figure 2 est une coupe horizontale schémat ique du faisceau de la figure 1, - la figure 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 2, - la figure 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 3.» - la figure 5 est une coupe suivant la ligne 5-5 de la figure 2 mon-trant le fil séparateur aplati contre l'enveloppe du faisceau, - la figure 6 représente schématiquementune partie de la coupe de laflgire 2 montrant la variation régulière de 11 orièntation des fils séparateurs, - la figure J est une vue en perspective et partiellement en coupe 2^q d'un réacteur nucléaire comportant des faisceaux d'éléments combus- 69 40442 8 2027551 tibles selon l'invention, - la figure 8 est une coupe schématique verticale du coeur du réacteur dans la cuve intérieure ou écran et - la figure 9 est une coupe horizontale schématique du 5 coeur de la figure 8. La figure 1 représente en perspective et en coupe un faisceau de barreaux combustibles 10. Le faisceau 10 est constitué principalement par un certain nombre de barreaux combustibles 11 logés dans une enveloppe hexagonale longue 12. Cependant l'en-]_0 veloppe 12 peut aussi avoir n'importe quelle autre section transversale convenable* par exemple être carrée ou ronde. L'enveloppe 12 et les autres éléments de structure du faisceau peuvent être en n'importe quelle matière convenable. Pour un réacteur à neutrons rapides l'acier inoxydable peut être préfé-15 rable tandis que pour un réacteur à neutrons thermiques, un alliage à base de zircônium est en général préférable. Le réfrigérant pénètre dans le faisceau à travers l'embout intérieur 14 qui est fixé à l'enveloppe 12 par une pièce de transition 15 et une bague retenue 16. La bague de retenue 16 20 est fixée à la pièce d'è transition '15* par.exemple par une soudure. Un rebord radial 17 de l'embout 14 est tenu en contact glissant entre la pièce de transition 15 et la bague de retenue 16. Cet ajustage glissant permet un certain déplacement transversal de l'embout 14 par rapport à l'enveloppe 12. Par suite, quand l'embout 25 inférieur 14 est engagé dans une ouverture de la grille Inférieure de séparation de la façon décrite plus en détail ci-après, l'enveloppe 12 peut avoir un léger mouvement transversal pendant le serrage des différents faisceaux formant le coeur les uns contre le autres. L'embout 14 dépasse légèrement en dessous-de la grille à 30 l'intérieur de la chambre d'entrée du réfrigérant. Plusieurs dents 20 dépassent vers le bas de l'extrémité inférieure de l'embout 14 pour empêcher l'obturation complète accidentelle de l'ouverture de l'embout par une plaque de métal ou un autre objet étranger plat pouvant se trouver dans la chambre d'entrée du réfrigérant. Le réfrigérant remonte entre les barreaux combustibles 11 en étant chauffé et il échappe du faisceau 10 à travers un embout supérieur 21. Une barre d^ levage 22 est fixée dans l'embout supérieur 21 pour permettre d'accrocher le faisceau à l'appareil de levage pendant les opérations de chargement du coeur et pendant 35 69 40442 9 20275 SI le raccordement du faisceau 10 aux dispositifs de sortie du réfrigérant de la façon représentée sur les figures 7 et 8. Un dispositif de fixation à baïonnette comportant des rainures verticales 25 et des rainures horizontales 26 dans l'extrémité 5 supérieure de l'embout 21 permet la .fixation du dispositif de sortie de la vapeur d'eau au faisceau 10. Un manchon d'isolement thermique 27 entoure la partie supérieure de l'embout 21 pour limiter le transfert indésirable de chaleur du réfrigérant chaud traversant l'embout 21 vers le 10 milieu environnant. Les barreaux combustibles 11 sont disposés en plusieurs rangées de barreaux parallèles espacés à l'intérieur de l'enveloppe 12. Un fil séparateur 30 fixé à un bouchon supérieur J>1 de chaque barreau combustible 11 est enroulé en hélice autour du barreau ]_5 et son autre extrémité est fixée à un bouchon intérieur 32 du barreau. Ces fils séparateurs 30 servent à maintenir les barreaux combustiblesll dans les positions espacées désirées tout en permettant la circulation ascendante du réfrigérant entre les barreaux combustibles 11. Des faux barreaux 34 ne contenant pas de combusti-20 ble nucléaire sont placés à chaque angle du groupe hexagonal de barreaux. Ces barreaux sont un peutaplatis de la façon représentée j-: sur la figuré 2. pour permettre des angles plus arrondis pour l'en-' veloppe 12 afin de réduire la concentration des contraintes aux angles. 2^ Les barreaux combustibles sont fixés à l'enveloppe uniquement à leurs extrémités inférieures. Cela permet la dilatation libre des barreaux combustibles dans le «Jens longitudinal pendant l'augmentation de la température à la mise en marche du réacteur. Les barreaux combustibles 11 de chaque rangée sont fixés à une barre sup-port commune 37* par exemple par des soudures. Ces barres supports sont maintenues espacées et parallèles par deux broches 37 (figures 3 et 4), Plusieurs des barres supports 36 comportent une partie dépassant vers le bas 38 pour la fixation à la pièce de transition inférieure 15 par une barre transversale 39, Les extrémités des ^e; barres 36 reposent sur le bord supérieur de la pièce de transition 15 (figure 3). Les barreaux combustibles sont ainsi supportés d'une façon permettant une compensation complète des dilatations thermiques variables pendant le fonctionnement du réacteur. Cette combinaison de barres supports 36 est un système robuste et simple ne 40 restreignant pas exagérément la circulation du réfrigérant à travers 69 40442 10 2027551 le faisceau de barreaux combustibles. Les figures 5 et 6 représentent des détails de la vue en coupe de la figure 2 montrant la disposition des fils séparateurs. Suivant le mode de réalisation représenté sur la figure 2, les 5 barreaux combustibles et six faux barreaux 34 pour les angles sont espacés les uns des autres à l'intérieur de l'enveloppe 12. Les faux barreaux 34 ne contiennent pas de combustible et sont nettement aplatis- Cela permet un rayon de courbure suffisamment important des angles de l'enveloppe 12 pour minimiser les contraintes 10 localiséeso Suivant un exemple typique de faisceau de barreaux combustibles pour un réacteur à neutrons rapides, la dimension intérieure entre plats de l'enveloppe hexagonale est d'environ 116,33 nim, le diamètre de chaque barreau combustible d'environ 5,79 et la distance entre barreaux de préférence d'environ 1,24mm, st "■ » - * - - 15 Avec cette distance celle entre les barreaux combustibles 11 et la surface intérieure de l'enveloppe 12 doit être d'environ 0,51 mm» Comme il a été indiqué ci-dessus, la distance entre les barreaux combustibles extérieurs et l'enveloppe doit normalement être inférieure à celle existant entre des barreaux combustibles 20 voisins afin de restreindre l'écoulement du réfrigérant entre ceë barreaux et la paroi de l'enveloppe parce que le réfrigérant est chauffé seulement à partir d'un coté. De même, la distance entre les barreaux combustibles 11 et un faux barreau 34 doit être réduite à environ 0,51 mmpdur le rendement .optimal. 25 Comme il a été indiqué ci-dessus, la simple réduction du diamètre du fil séparateur enroulé autour des barreaux combustibles 11 de la série extérieure des barreaux combustibles 11 n'a pas donné de résultats satisfaisants. Ce problème de l'espacement sélectif peut être résolu conformément à l'invention de la façon 30. indiquée par la figure 5 en utilisant un tube à paroi mince de petit diamètre à la place du fil séparateur 30 pour les barreaux combustibles de la série extérieure. Ce tube 40 a le même diamètre que les fils séparateurs j, et typiquement ce diamètre est de 1,24mm. Ce tube peut être convenablement aplati à environ 0,51 mm aux -js; endroits en contact avec l'enveloppe 1S eu avec un faux barreau 34. Les tubes 40 peuvent être aplatis aux endroits voulus" de n'importe quelle façon convenable, par exemple en supportant le barreau combustible muni du tube séparateur enroulé en hélice 69 40442 ii 2027551 sur un gabarit convenable et en aplatissant le tube au moyen d'une presse classique de faible puissance» Si désiré, des fils séparateurs supplémentaires non en contact avec des éléments ne contenant pas de combustible peuvent 5 être formés par des tubes» Cela permet une réduction désirable de la quantité de matière absorbant des neutrons dans le coeur du réacteur. Les fils séparateurs formés par dés tubes peuvent être remplis d'une matière modérant les neutrons, par exemple 1'oxyde de béryllium. Les coeurs de réacteurs à neutrons rapides contiennent 10 en général une petite quantité de matière constituant un modérateur de neutrons pour améliorer le coefficient de DtSppler. En incorporant une partie de cette matière dans les fils séparateurs tubulaires, il est possible de récupérer de l'espace utile dans d'autres endroits du coeur. De plus, les séparateurs tubulaires 15 peuvent être remplis d'un poison combustible, par exemple d'oxyde de gadolinium. Ce poison facilite le réglage de la réactivité dans un coeur fraîchement chargé, et il est ensuite "brûlé" ou détruit pendant l'irradiation et finalement n'est plus un poison efficace quand 20 l'action d'un tel poison n'est plus nécessaire. Un espace utile dans le coeur peut de cette façon aussi être récupéré par l'incorporation d'une partie du poison 'combustible pouvant être nécessaire à l'intérieur des séparateurs tubulaires. Comme il'a été expliqué ci-dessus, quand des fils séparateurs 25 enroulés en hélice sont utilisés, il apparaît souvent des problèmes quand tous les. fils séparateurs ont la même orientation relative en chaque point le long du barreau combustible. Cette difficulté est surmontée confdrmément à l'invention en faisant varier régulièrement la position relative de départ des fils séparateurs le long 30 des rangées de barreaux combustibles .La figure 6 qui est une vue partielle à plus grande échelle correspondant à la figure 2 montre des détails d'une distribution régulière des orientations typiques. Suivant le mode de réalisation de la figure 6, un tiers des barreaux combustibles reçoit une orientation de base indiquée 0°. La position de départ du fil séparateur d'un barreau immédiatement voisin est tournée de 30°. Le départ du fil du second barreau combustible immédiatement suivant est tourné de 60°. Le départ du fil du troisième barreau suivant est dans la même position que pour les premiers barreaux. Cette combinaison utilisait seulement trois 69 40442 12 2027551 orientations différentes assure qu'il existe pas plus d'un tiers des barreaux comportant des fils séparateurs alignés dans n'importe quelle position donnée le long des barreaux. Cela assure aussi que les fils séparateurs de barreaux combustibles voisins ne soient 5 jamais en alignement direct en n'importe quel endroit. Une répartition au hasard n'est pas désirable parce qu'il en résulte la probabilité d'interférences mécaniques entre les fils séparateurs de certains des barreaux combustibles voisins. Bien que la figure 6 montre une combinaison particulière d'orientations variant ré-10 gulièrement pour les. fils séparateurs, d'autres variantes sont évidemment possibles. La figure 7 est une vue schématique en perspective et en coupe d'un réacteur nucléaire comportant une cuve sous pression 50 à l'extrémité supérieure ouverte et fermée'par un couvercle ou un dôme 51. La cuve sous pression 50 est supportée par une partie inférieure en forme de jupe 52 sur une fondation convenable non -représentée. Le couvercle 51 est fixé sur la cuve sous pression par des; goujons 53. Un écran ou cuve intérieure 54 à extrémité supérieure ouverte 20 -est monté à l'intérieur de J_a cuve 50, et elle est fermée par une -"^plaque ou couvercle 55 portant sur un rebord circulaire en forme de bride 56. L'écran 54 est supporté par un support circulaire 57 portant sur un élément en anneau 58 dépassant à l'intérieur de la paroi de la cuve 50. Le support annulaire 57 n'est pas fixé rigi- * - 1. 25 dement à l'anneau 58 pour permettre un léger glissement pour compenser les différences de dilatations thermiques entre. 1'écran 54 et la cuve sous pression 50 pendant l'élévation de la température et le refroidissement du réacteur. L'écran 54 contient une chambre de sortie 60 pour la vapeur d'eau surchauffée, une chambre d'arri-30 vée 61 (figure 8) pour la vapeur d'eau saturée, un espace 62 pour le coeur et le réflecteur, une ctambre à valeur d'eaU Inférieure 63 et une chambre d'entrée 64 pour l'eau d'inondation. La chambre de sortie 60 est fermée à la partie supérieure par le couvercle 55 et sur les côtés et le fond par un dispositif diviseur d'échappement et de maintien* 65 qui comporte des plaques 35 - verticales de cloisonnement 66 divisant la chambre de sortie 60 en plusieurs segments ou secteurs circulaires. La vapeur d'eau surchauffée échappe de chaque segment à travers une sortie 67.11 peut exister, par exemple, six segments et six sorties. Chaque 69 40442 13 2027551 sortie 67 comprend un manchon intérieur 70 fixé à 1? écran 54 et en contact ooulissant étanche avec la surface intérieure:d'un manchon extérieur 71. Cela permet le glissement de'ces deux manchons l'un par rapport à l'autre pour compenser les différences 5 de dilatation thermiques. La vapeur d'eau saturée pénètre dans la chambre d'entrée 6l à travers une combinaison semblable comportant un manchon intérieur 72 fixé à l'écran 54 et pouvant coulisser de façon étanche dans un manchon extérieur 73 pour former ensemble une entrée 74 10 pour la vapeur d'eau saturée. Il peut exister typiquement trois entrées semblables pour 1'arrivée de la vapeur d'eau saturée dans la chambre d'entrée 6l„ Une soupape de retenue 76 est montée dans chaque manchon intérieur 72 pour empêcher la perte de vapeur d'eai à travers l'entrée 74 si 1'alimentation en vapeur d'eau saturée 15 fait défaut pour une raison quelconque. - Des mécanismes d'entraînement des barres de commande 78 pénètrent par le fond de la cuve sous pression 50 et de la cuve intérieure ou écran 54. Quelques mécanismes pour-barres de commande sont seuls représentés sur la figure 7 & titre d'exemple. L'espace compris entre la surface intérieure de la cuve sous pression 50 et l'écran 54 est pratiquement rempli d'eau pendant le fonctionnement du réacteur. Cette eau constitue un blindage contre les neutrons et une source convenable d'eau pour noyer le coeur quand le réacteur doit être arrêté. L'eau est envoyée dans cet espace à travers une entrée 80 pour l'eau de blindage et d'inondation. La cuve sous pression comporte des ouvertures telles que celle représentée en 81 pour des instruments de contrôle- et pour la mesure du niveau de l'eau dans la cuve sous pression 50. Une canalisation de vidange 79 est raccordée au fond de la cuve sous pression 50 pour l'évacuation de l'eau, quand cela est nécessaire. Des orifices 83 et un bouchon étanche 84 du couvercle sont utilisés pour le passage des canalisations d Jéchantillonnage de la vapeur d'eau, les connexions des thermocouples et autres instruments, vers l'intérieur de la cuve sous pression 50. Comme il est expliqué plus en détail ci-après, un faisceau de barreaux combustibles 123 pour des essais peut être utilisé avec une canalisation individuelle 85 pour l'entrée de.la vapeur d'eau saturée (figure 2) et une canalisation de sortie 86 pour la vapeur d'eau surchauffée pour permettre l'essai de faisceaux de 20 25 30 35 69 40442 2027551 de barreaux d'éléments combustibles spéciaux pendant le fonctionnement Au réac.teur. Plusieurs câbles ou conduits de raccordement 87 pour des instruments peuvent pénétrer dans la. cuve sous pression 50 à 5 travers les orifice 83 et le bouchon 84. Comme il est indiqué plus en détail ci-après,, ce réacteur est exceptionnellement bien adapté pour permettre l'échantillonnage individuel de la vapeur d'eau à partir de chaque faisceau de barreaux combustibles. Une canalisation typique pour l'échantillonnage-de la vapeur 10 d'eau est représentée en 88. La. disposition détaillée des organes à l'intérieur de la cuve intérieure ou écran 54(ressort plus particulièrement des figures 7 et 8. La figure 8 est une coupe verticale schématique de l'écran 54 montrait les organes qu'il contient. Bien que la région du coeur actif et la région fertile 15 soient forméesd'un.grand nombre de faisceaux ou sous-ensembles d'éléments ou barreaux combustibles, de barres de commande, de faisceaux ou ensembles réflecteurs et autres, comme le montre la figure 9 » un seul élément de chaque type est représenté en détail sur la figure 8. 20 L'ensemble du coeur 62 du réacteur est divisé verticalement en quatre sections, une région fertile supérieure 90, une région de' combustible' actif 91, une région fertile inférieure 92 et une région de chambre à gaz 93- Ces sections sont séparées schémati-quement par des lignes en tirets sur la figure 8. Le coeur 62 du 25 réacteur est divisé radialement en deux sections comme le montre, la figure 9»'La section centrale est formée de faisceaux de barreaux combustibles 97 et de faisceaux ou d'ensembles de commande 99 et la section circulaire extérieure est formée d'ensembles ou de faisceaux réflecteurs 100, d'ensembles ou de faisceaux réflecteurs ou 30 de blocage 102 et d'ensetoble du de faisceaux réflecteurs et de commande 101. Tous les ensembles et faisceaux formant le coeur total 62 sauf les faisceaux des barreaux combustibles sont supportés à l'extrémité inférieure par une plaque support ou une grille 95 qui à son tour est supportée par un rebord circulaire- 96 dépassant à l'intérieur de la paroi latérale de l'écran 54. Comme il est expliqué plus en détail ci-après, les ensembles ne contenant pas de combustibles sont principalement des faisceaux à plusieurs barreaux permettant la circulation descendante de la vapeur d'eau .40 saturée de la chambre d'entrée 61 vers la chambre à vapeur d'eau 69 40442 15 2027551 inférieure 63. Chaque faisceau de barreaux combustibles 97 est fixé à un dispositif 98 formant un conduit étanche par rapport au milieu environnant. Les faisceaux 97 sont ainsi maintenus sans que leur 5 poids porte sur la grille inférieure 95 du coeur bien que l'embout cylindrique 14 (figure l) de chaque faisceau traverse en contact glissant un alésage correspondant de la grille 95. La distance entre les faisceaux de barreaux combustibles et la grille 95 1 permet la dilatation thermique des faiseeaux pendant le fonction-10 hement du réacteur. Ces dispositifs de sortie 98 et le système supportant le sous-ensemble ou faisceau de barreaux combustibles ont déjà été décrits. Chaque ensemble réflecteur et cle commande 101 comporte une section supérieure de commande 103 et une section inférieure de ^ réflectéur 104. La section de commande 103 contient plusieurs barreaux en matière absorbant les neutrons ou "poison" tel que du carbure de bore. La section de réflecteur 104 comprend plusieurs barreaux en matière réfléchissant les neutrons telle que du nickel. L'ensemble réflecteur et de commande 101 est représente sur la 20 figure 8 en position de commande maximale, la section absorbant les neutrons voisine de la région du combustible 91. Quand un ensemble 101 est élevé l'effjet de commande diminue du fait que la matière absorbant les neutrons est remplacée par le réflecteur de' neutrons 104. La vapeùr d'eau saturée descend à travers l'ensemble 25 101 autour des éléments absorbeurs de neutrons et réflecteurs. Cette vapeur d'eau tend à refroidir l'ensemble et à aider l'effet de la gravitation pour abaisser la section de commande vers la position de commande maximale. Chaque ensemble réflecteur 100 est formé d'un certain nombre 20 de barreaux espacés'contenant une matière réfléchissant les neutrons, telle que du nickel, à l'intérieur d'une enveloppe hexagonale. Chaque ensemble de commande 99 comporte plusieurs barreaux espacés, chacun contenant une matière modérant les neutrons, telle que de l'oxyde de béryllium, entourant une âme cylindrique dans laquelle peut être déplacé un ensemble 105 formé de plusieurs 35 barreaux absorbeurs de neutrons. L'ensemble 105 est représenté sur " la figure 8 en position de commande maximale. L'ensemble • de commande 105 est élevé pour augmenter la réactivité dans la région 91 du combustible. Le réfrigérant constitué par la vapeur d'eau saturée 2^qdescend à travers chaque ensemble de commande 99 en refroidissant cet 69 40442 16 2027551 ensemble et en aidant l'effet de la gravitation pour-abaisser l'ensemble 105 dans la région du combustible en cas d'urgence. Chaque ensemble de commande 99 et chaque ensemble de commande et réflecteur 101 est actionné par un mécanisme d'entrai-5 nement classique (non représenté^ couplé à la tige d'entraînement 106 traversant un passage correspondant 1Q7„ Une-série circulaire d'ensembles ou faisceaux.réflecteurs et de blocage est disposée autour du coeur 62; Des plaques d'appui supérieures 109 et des plaques d'appui inférieures 110 entou-10 rent respectivement l'extrémité supérieure et l'extrémité inférieure du coeur 62. Ces plaques ont des formes correspondant à la forme périphérique irrégulière du coeur de forme générale cylindrique. Chaque faisceau réflecteur et de blocage 102 contient plusieurs barreaux espacés en matière réfléchissant les neutrons 15 telle que le nickel et deux poussoirs 111 et 112 pouvant être déplacés vers l'extérieur contre une plaque supérieure 109 et une plaque inférieure 110. Quand ces poussoirs de serrage sont déplacés vers l'extérieur, les enveloppes ou gaines de ces faisceaux sont repoussées vers l'intérieur du coeur pour serrer les organes 20 du coeur 62 les uns contre les autres. Cela empêche pendant le fonctionnement du réacteur des déplacements du coeur pouvant provoquer.des variations indésirables de la réactivité. Une barre de maintien 113 est engagée sur l'extrémité supérieure d'une barre de torsion 114 faisant partie de chaque faisceau réflecteur et de 25 H.oeage 102. Pendant la construction du réacteur, ou après un rechargement, etc., le ooeur est d'abord assemblé de la façon représentée. Un anneau d'étanchéité 120 est placé à l'intérieur de l'écran 54 sur l un rebord circulaire 121 dépassant de la surface intérieure de 20 l'écran. Quand la plaque de fermeture étanche 94 qst mise en place, elle porte sur le bord intérieur de l'anneau 120 et déforme celui-ci. Il en résulte un excellent joint étanche pour le gaz et le liquide entre la paroi de l'écran 54 et la plaque de fermeture 94. Des -dispositifs C)8 formant des passages étanches par rapport au milieu 25 environnant sont descendus à travers la plaque 94 et les faisceaux de barreaux combustibles 97 sont élevés pour que leur poids ne porte pas sur la grille 95, et ils sont verrouillés, aux dispositifs de raccordement 98. Des outils de blocage sont -ensuite engagés sur les extrémités 40 des barres de torsion 114 et sont actionnés pour provoquer la sortie 69 40442 17 2027551 des poussoirs 111 et 112 afin de serrer étroitement, les o.rganes du ooeur 62 les uns contre les autres. Le dispositif diviseur d'échappement et le maintien 65 est ensuite mis en place. De ce fait, les conduits 98 et les 5 barres de maintien, 113 sont maintenus fermement en place. Bien que la plupart des conduits 98 soient alignés par rapport à des ouvertures du dispositif diviseur et de maintien 65 pour le passage de la vapeur d'eau,surchauffée vers la chambre de sortie 60, un ou plusieurs de ces conduits peuvent être alignés ^0 avec des canalisations individuelles 86 de boucles d'essais. Un faisceau particulier de barreaux combustibles d'essai peut ainsi communiquer avec une canalisation d'arrivée- de vapeur d'eau saturée indépendante et une canalisation de sortie de vapeur d'eau surchauffée 86. Bien que 1 dans un .réacteur destiné uniquement à la production d'énergie, .cette boucle d'essai .puisse être supprimée, la:forme du réacteur décrit est particulièrement bien adaptée pour l'installation d'un tel moyen d'essai. . Un isolant thermique 125 peut être placé pour réduire le transfert de chaleur de la chambre de sortie de vapeur surchauffée 20 60 vers la chambre d'entrée de vapeur saturée 61, si désiré. Le couvercle 55 est finalement mis en place. Plusieurs galets 126 sont disposés entre le couvercle 55 et le dispositif diviseur d'échappement et de maintient 65 pour assurer un contact sous pression tout en permettant des dilatations thermiques différentes 2^ Comme il a été indiqué ci-dessus, quand la pression à 1'inté rieur de la cuve intérieure ou écrân 54 tombe en dessous d'une valeur prédéterminée, par .exemple en cas d'arrêt d'urgence ou d'arrêt normal du réacteur, le coeur du réacteur est automatiquement noyé d'eau. La cuve intérieure comporte plusieurs entrées à 20 soupages 116 dont l'une est représentée sur les figures 7 et 8. - En cas de chute de la pression à l'intérieur de l'écran, la soupape de retenue 117 s'ouvre pour permettre l'entrée de l'eau dans la chambre 64. La plaque inférieure de fond 119 est traversée par plusieurs ajutages d'inondation 118 situés dans l'alignement des faisceaux d'éléments combustibles 97' du coeur 62. La plaque de 35 fond 119 est maintenue par des boulons 121. Des fuites faibles de l'intérieur de la cuve intérieure 54 vers la chambre 64 sont sans importanàe parce que ces deux espaces sont remplis d'eau. Comme la circulation du réfrigérant constitué par la vapeur d'eau 2|_q â lieu vers le haut pendant le fonctionnement du réacteur à 69 40.442 18 2027551 travers des faisceaux de barreaux combustibles, il n'est pas nécessaire d'inverser le sens de circulation du réfrigérant pendant l'inondation du coeur. De plus, l'écoulement de l'eau à travers les faisceaux de barreaux combustibles est 5 ascendant et il est aidé par convection naturelle, La figure 9 est une coupe schématique horizontale de la cuve intérieure~54 montrant la disposition des différents organes. Le coeur 62 donné comme exemple typique comprend 54 faisceaux de barreaux combustibles dont 53 sont des faisceaux normaux 97 10 et dont l'un est un faisceau de barreaux combustible d'essai 123o Comme il a déjà été précisé dans un r'éacteur destiné uniquement- à la. production d'énergie tous les faisceaux de barreaux combustibles peuvent être normaux, si désiré, et la boucle d'essai peut être supprimée. De même, des boucles d'essai supplémentaires 15 peuvent facilement être ajoutées à ce réacteur, si désiré. Une ligne brisée en trait fort 138 sépare schématiquement la région du combustible de la région du réflecteur radial. La région du combustible contient 19 ensembles de commande 99 contenant de la matière1modérant les neutrons ainsi que de la matière 20 absorbant les neutrons. La région du réflecteur contient 18 ensembles réflecteurs et de commande 101, 18 ensembles réflecteurs fixes' 100 et 42 ensembles ou faisceaux réflecteurs et de blocage 102. Comme il a'été indiqué ci-dessus, les faisceaux réflecteurs et de blocage comprennent des poussoirs de serrage 111 et 112 25 venant porter contre les plaques d'appui supérieures et inférieures 109 et lio pour serrer étroitement les organes du coeur 70. Des tubes de descente 137 traversent certaines des plaques d'appui l'09 et 110 et débouchent dans la chambre Inférieure 63. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. 30 69 40442 19 2027551 REVENDICATIONS 1) Sous-ensemble ou faisceau de barreaux combustibles pour réacteur nucléaire, comprenant unë enveloppe longue ayant 5 une entrée pour le réfrigérant à une extrémité et une sortie pour le réfrigérant à l'autre extrémité, plusieu'rs barreaux combustibles sensiblement parallèles à l'intérieur de l'enveloppe et un dispositif pour fixer au moins une extrémité des barreaux combustibles espacés de façon fixe les uns par rapport 10 aux autres et par, rapport à l'enveloppe, caractérisé par au moins un fil séparateur fin enroul^ en hélice autour de chaque barreau combustible d'une extrémité à l'autre, le fil séparateur étant fixé à chaque extrémité du barreau combustible, les positions de départ relatives des fils séparateurs de bar-^ reaux combustibles différents variant suivant une combinaison répétée régulièrement d'au moins deux positions angulaires différentes par .rapport à l'axe de chaque barreau combustible, et au moins les fils séparateurs venant en contact avec des éléments ne contenant pas de combustible étant aplatis aux endroits venant 20 e*V contact avec des éléments ne contenant pas de combustible pourique lâ distance par rapport à ces éléments soit réduite. 2) Sous-qn,semble de barreaux cqmbustibles selon la revendication 1, caractérisé en ce que la combinaison de variations des positions de départ des fils séparateurs com- 25 prend trois positions angulaires relatives différentes. 3) Sous-ensemble de barreaux combustibles selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe a une section transversale hexagonale et contient des faux barreaux ne contenant pas de combustible aux angles de l'hexagone, les 20 séparateurs étant constitués par défi tubes aplatis aux endroits venant en contact avec la sur,face intérieure de l'enveloppe et avec les faux barreaux. 4) Sous-ensemble de barreaux combustibles selon la revendication 1, caractérisé en ce que leîs fils séparateurs tubulaires en contact avec des éléments ne contenant pas de combustible sont suffisamment- aplatis pour réduire la distance entre les barreaux combustibles et les éléments ne contenant pas de combustible d'environ un tiers à la moitié de la distance entre des barreaux combustibles voisins. 69 40442 20 2027551 5) Sous-ensemble de barreaux combustibles selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins l'un des séparateurs tubulaires contient une matière modérant les neutrons. 6) Sous-ensemble de barreaux combustibles selon la revendi-5 cation 1* caractérisé en ce qu'au moins l'un des séparateurs tubulaires contient une matière constituant un poison combustible pour les neutrons. 7) Sous-ensemble de barreaux combustibles selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif pour la fixation des lo barreaux combustibles comprend plusieurs barres parallèles espacées, une rangée de barreaux combustibles étant fixée à chaque barre pour que ces barreaux soient espacés les uns des autres, et au moins l'une de ces barres étant fixée à l'enveloppe près dé l'entrée pour le réfrigérant. 8) Sous-ensemble de bârreaux combustibles selon la revendication 1, caractérisé.par des éléments dépassant de l'embout d'entrée pour le réfrigérant pour empêcher qu'un objet plat ferme complètement cette entrée. 9) Sous-ensemble de barreaux combustibles selon la revendica- ■ 20 tion 1, caractérisé par un dispositif connectant l'embout d'entrée- pour le réfrigérant à l'enveloppe, ce dispositif permettant un léger mouvement transversal relatif entre l'enveloppe et l'embout d'entrée du réfrigérant. 10) Sous-ensemble de barreaux combustibles selon la revendica-25 tion 1, caractérisé par un manchon d'isolement thermique entourant la sortie pour le réfrigérant. 11) Sous-ensemble de barreaux combustibles selbn la revendication 1, caractérisé par une barre transversale de levage fixée dans la sortie pour le réfrigérant et fixée à l'embout formant 20 cette sortie.