Brevet FR2044735A1 — publié le 19710226

i. 2044735 La présente invention se rapporte à des réacteurs nucléaires. Dans des réacteurs nucléaires classiques, un réfrigérant est mis en circulation dans des tubes au coeur du réacteur et dans 5 des éçhangeurs de chaleur de manière à produire de la vapeur servant de source d'énergie pour des turbines à vapeur. Classiquement, tout le fluide réfrigérant passe dans les tubes du coeur à peu près à la même température et à la même pression, et ceci à pour effet d'établir dans le réacteur un rendement thermique opti-10 mal pour la consommation minimale de combustible nucléaire. L'invention a pour but de réaliser un réacteur nucléaire ayant un rendement thermique pour la consommation minimale de combustible nucléaire qui est supérieur à celui d'un réacteur nucléaire dans lequel tout le fluide réfrigérant passe dans les tu-15 bes du coeur à peu près à la même température et à la même pression. Le réacteur nucléaire suivant l'invention comprend un coeur comportant deux groupes de tubes de réfrigérant le traversant de manière à chauffer l'eau d'alimentation par étages en la 20 transformant en vapeur surchauffée, l'un des groupes étant un groupe de surchauffe de vapeur dont les tubes de surchauffe fonctionnent à une température et à une pression intérieures plus é-levées que les tubes de l'autre groupe qui constituent des parcours d'écoulement orientés parallèlement sous forme d'un circuit 25 fermé différent, un surchauffeur et des moyens pour faire circuler un fluide d'échange de chaleur en parallèle dans les tubes de surchauffe et dans le surchauffeur en contact indirect avec la vapeur surchauffée produite dans ce dernier. Suivant un mode de réalisation de l'invention, le réae-30 teur nucléaire comprend également un échangeur de chaleur primaire et des moyens pour faireéirculer un fluide réfrigérant intermédiaire dans les tubes dudit autre groupe et dans 1'échangeur de chaleur primaire en contact indirect avec l'eau d'alimentation chauffée dans 1'échangeur primaire à la température d'évaporation. 35 Suivant un mode différent de réalisation, le réacteur nucléaire comprend également des moyens pour faire circuler l'eau d'alimentation dans les tubes dudit autre groupe et des moyens pour canaliser l'eau d'alimentation sortant des tubes dudit autre groupe jusque dans le surchauffeur, 4-0 D'autres avantages et caractéristiques de l'invention 70 14298 a- 2044735 seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non-limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - fig. 1 représente schématiquement un réacteur nucléai 5 re à eau lourde sous pression, utilisant comme combustible de l'u ranium naturel et modéré par du deutérium; - fig. 2 représente schématiquement un réacteur à eau normale bouillante, utilisant comme combustible de. l'uranium natu rel et modéré par du deutérium; 10 - fig. 3 représente schématiquement un réacteur nucléai re refroidi par du plomb-bismuth, utilisant comme combustible de l'uranium naturel et modéré par du deutérium; - fig. 4 représente schématiquement un réacteur nucléaire refroidi par du plomb-bismuth, utilisant comme combustible de 15 l'uranium naturel et modéré par. du deutérium, et - fig. 5 représente schématiquement un réacteur nucléaire à eau lourde bouillante, utilisant comme combustible de l'uranium naturel et modéré par du deutérium. Sur la fig. 1, on a représenté un coeur 1 d'un réacteur 20 comportant plusieurs tubes réfrigérants respectivement désignés par 2, 3, 4 et 5, des pompes de circulation 6, 7, 8, 9, des préchauffeurs 10 et 11, des évaporateurs-surchauffeurs 12, 13, une pompe alimentaire 14, une turbine haute-pression 15, un réchauffeur 16, une turbine basse-pression 17, un condenseur 18, une 25 pompe 19 et un économiseur 20. Lorsque l'installation est en service, de l'eau lourde est mise en circulation en parallèle dans les tubes réfrigérants 2 à l'aide-d'une pompe 6 de manière à parvenir dans le pré-chauffeur 10. Elle est ensuite refoulée par pompage et en parallèle 30 dans les tubes réfrigérants 3 de façon à arriver dans le pré-• chauffeur 11 puis elle est recyclée par la pompe 6. L'eau lourde est chauffée à mesure qu'elle s'écoule le long des tubes réfrigérants 2 et 3 et chauffe l'eau d'alimentation passant dans les pré-chauffeurs 10, 11 et débitée par la pompe. 14. 35 De l'eau lourde s'écoule également en parallèle dans les tubes réfrigérants 4 du coeur sous l'impulsion d'une pompe 8 de manière à arriver dans les évaporateurs-surchauffeurs 12, 13. L'eau s'écoule ensuite sous l'impulsion,de la pompe 9 et en parallèle dans les tubes réfrigérants 5 jusque dans 11évaporateur-40 sur chauffeur 13 puis elle est, recyclée par la pompe 8. Cette eau 70 14298 3. 2044735 lourde est chauffée lorsqu'elle s'écoule le long des tubes réfrigérants 4, 5 et produit de la vapeur surchauffée dans les évaporateurs-surchauffeurs 12, 13 à partir de l'eau d'alimentation traversant les pré-chauffeurs 10 et 11. L'eau lourde passant dans les 5 tubes, réfrigérants 4 et 5 se trouve à une température et une pression supérieures à celles de l'eau passant dans les tubes réfrigérants 2, 3 et suit un circuit fermé différent. De la vapeur surchauffée sortant des évaporateurs-surchauffeurs 12 et 13 passe dans la turbine haute-pression 15, puis 10 dans le réchauffèur 16 et enfin dans la turbine basse-pression 17-A la sortie du condenseur 18, qui peut être refroidi par de l'eau de rivière, 1a vapeur condensée est introduite sous forme d'eau d'alimentation dans les économiseurs 20 de façon à aboutir à la pompe 14 en vue de son recyclage. Les économiseurs sont chauffés 15 par de la vapeur prise aux turbines haute-pression 15 et basse-pression 17, et par de la vapeur prise au réchauffeur 16. Le ré-chauffeur 16 est chauffé classiquement par une partie de la vapeur surchauffée qui s'écoule le long d'une dérivation (non-repré-sentéç) autour de la turbine haute-pression 15. 20 On va définir dans la suite les principales caractéris tiques d'un réacteur nucléaire du type représenté sur la fig» 1, qui est un réacteur à pressions multiples avec réfrigération par eau lourde sous pression. CARACTERISTIQUES GENERALES. 25, - Puissance thermique d'entrée au réacteur a - Puissance électrique résultante de sortie - Rendement de turbine s. . <>.. » - Rendement global de l'installation REACTEUR» o*«o«o*o**o o*t*oo«ooo«oootooo 1585 MW 500 MW 34,25# 31,6 % 30 - Type o o o o o 1 - Modérateur - Pas des tubes - Longueur des canaux dans le eoeur. 35 ENSEMBLES DE REFRIGERATION. - Tubes de pression : - Rayon intérieur - ï&aisseur de paroi des tubes 2 et 3 - Epaisseur de paroi des tubes 4 et 5 40 - Matière des tubes 2 et 3 •••«..o... tubes de pression horizontaux eau lourde 280 mm 5,85 ma • ••00- 5,17 cm 0,149 cm 0,60 cm Zrîfb traité 70 14298 2044735 thermiquement - Matières des tubes 4 et 5 ......... s Zrîfb travaillé à froid - Proportion des tubes haute-pression 4 et 5 par 5 rapport aux tubes basse-pression 2 et 3 ...... : 4-/1 CIRCUIT PRIMAIRE DE TRANSMISSION DE CHALEUR. - Réfrigérant .. . ..... .... : eau lourde - Débit de réfrigérant dans les tubes 2 et 3 »•° s 3082 T/h - Débit de réfrigérant dans les tubes 4 et 5 . „0 :13140 T/h 10 - Pression maximale de réfrigérant ? tubes 2 et 3 ...........o..» : 56 kg/cm tubes 4 et 5 ......... : 170 kg/cm2 - Température de service de réfrigérant tubes 2 et 3 : 210 à 265°C 15 tubes 4 et 5 : 282 à 350°C - Augmentation d'enthalpie de réfrigérant (max.) tubes 2 et 3 : 62,3 Cal/kg Tubes 4 et 5 » • 96,7 Cal/kg TURBINE. _____ ^ 20 - Caractéristiques de la vapeur ........ : 42 kg/cm , 343 ®C - Débit de vapeur . : 2680 T/h - Pression de condenseur : 38 mm Hg - Température finale de l'eau d'alimentation ... : 188°C 25 COMBUSTIBLE. - Nombre d'éléments par faisceau î 28 - Longueur de faisceau : 50 cm - Diamètre d'élément : 14,5 Œm - Matière de gaine : zirealoy 30 - Combustible : UO^ naturel. Des réacteurs "CANDU" de type connu qui sont refroidis par de l'eau normale bouillante sont seulement capables de produire de la vapeur saturée. Il n'est techniquement pas possible de surchauffer directement la vapeur en la faisant passer sur le 35 combustible nucléaire du réacteur, car cela nécessiterait un pla-quage en acier inoxydable pour résister aux hautes températures qui résulteraient d'un refroidissement du combustible avec de la vapeur sèche. Malheureusement, l'acier inoxydable présente un taux élevé de capture de neutrons qui empêche son utilisation a-40 vec du combustible constitué par de l'uranium naturel. En utili- 70 14298 2044735 saut un second réfrigérant primaire dans le réacteur nucléaire représenté sur la fig. 2, il est possible d'extraire une partie de la chaleur nucléaire à une température intermédiaire et une partie de cette chaleur à une température élevée -en vue de surchauffer 5 l'eau normale bouillante dans un échangeur de chaleur séparé, ce qui permet d'obtenir des rendements de turbine supérieurs à ceux correspondant à la vapeur saturée. Un problème qui se pose lorsqu'on utilise de l'eau normale pour refroidir le réacteur est son taux relativement élevé de 10 capture de neutrons qui est d'environ trente fois supérieur à celui de l'eau lourde ou de l'hélium et trois fois supérieur à celui du métal liquide plomb-bismuth ou de réfrigérants organiques. Cependant, le taux de capture de neutrons de l'eau normale est réduit lorsque la densité de l'eau diminue par ébullition. A l'heu-15 re actuelle, on opère avec une ébullition à 16 % et, à ce niveau de densité, le taux de capture de neutrons de l'eau normale bouillante est à peu près le même que ceux des réfrigérants organiques et des réfrigérants à base de plomb-bismuth liquide» Ces matières sont intéressantes du fait de leur faible pression de vapeur à 20 température élevée. L'hélium est également intéressant comme second réfrigérant du fait qu'il peut également être utilisé à haute température et à pression relativement basse et qu'il présente l'avantage additionnel de présenter une faible section droite de capture de neutrons. 25 Sur la fig. 2, on a indiqué un réacteur à double réfri gération comprenant un coeur 21 muni de plusieurs tubes réfrigérants dont deux sont représentés et désignés par 22, . 23. Les tu- . bes réfrigérants 22 sont reliés par une pompe de circulation 24 à un tambour séparateur de vapeur 25. Les tubes réfrigérants 23 30 sont reliés par une pompe de circulation 26 à un surchauffeur 27 qui est lui-même relié au tambour de séparation de vapeur 25. Le tambour de séparation de tapeur est relié par une canalisation 28 à une source d'eau d'alimentation (non-représentée). Le sur-chauffeur 27 fournit de la vapeur surchauffée par l'intermédiaire 35 d'une canalisation 29 à une turbine à vapeur à haute et basse-pression (non-représentée), munie d'un réchauffeur, d'un condenseur et d'un pré-chauffeur d'eau d'alimentation, similaires à ceux de la fig„ 1. En fonctionnement, de l'eau alimentaire est fournie par 40 l'intermédiaire, de la canalisation 28 au tambour séparateur de 70 14298 ®" 2044735 vapeur 25. L'eau se trouvant dans le tambour 25 est refoulée à l'aide de la pompe 24 dans les tubes réfrigérants 22 qui forment des parcours en parallèle dans le coeur de réacteur 21. Lorsque l'eau passe dans les tubes de réfrigération 22, elle est convertie 5 en vapeur humide et est canalisée dans cet état jusqu'au tambour séparateur de vapeur 25» La vapeur humide est séparée de l'eau qu'elle contient et est séchée classiquement dans le tambour séparateur 25, la vapeur séchée pénétrant dans le surchauffeur 27. La pompe 26 fait circuler un fluide réfrigérant organi-10 que dans les tubes de réfrigération 23 du coeur qui forment des parcours en parallèle dans le. coeur 21 et dans le surchauffeur 27. Lorsque le réfrigérant organique passe dans les tubes 23, de la chaleur est extraite du coeur de réacteur, le réfrigérant organique chauffé étant utilisé pour surchauffer la vapeur sèche sortant 15 du tambour séparateur 25. La vapeur surchauffée est ensuite canalisée par l'intermédiaire de la canalisation 29 jusque dans les turbines classiques. On va décrire dans la suite un exemple de réalisation d'un réacteur à double réfrigération tel que celui représenté sur 20 la fig. 2, qui permet de produire de la vapeur à une pression de p 52,5 kg/cm , surchauffée à une température de 358°0. Le réacteur est refroidi par deux circuits parallèles séparés; Un circuit utilise de l'eau normale bouillante de façon à assurer 87 % du refroidissement total tandis que l'autre circuit utilise un réfri-25 gérant organique qui.assure les 13.% restants du refroidissement. CARACTERISTIQUES D'UN REACTEUR A REFRIGERATIONS MULTIPLES UTILISANT DE L'EAU NORMALE BOUILLANTE ET DES REFRIGERANTS ORGANIQUES. CARACTERISTIQUES GENERALES. 30 - Puissance thermique d'entrée au réacteur ........ : 1500 MW - Puissance électrique résultante de sortie ....... : 500 MW - Rendement de turbine : 35% - Rendement global de l'installation ......: 33,3 % REACTEUR. 35 - Type : tubes de pression verticaux -Modérateur : eau lourde - Pas destubes ......... : 280 mm - Longueur des canaux dans le coeur : 4,82 m. ENSEMBLES DE REFRIGERATION. 40 - Tubes de pression : 70 14298 2044735 Hayon intérieur Epaisseur dé paroi des tubes 22 23 . oooo«oo**«oo Matière des tubes 22 23 O ô o o o > 5,17 cm 0,24-1 cm 0,216 cm ZrNb traité thermi quement ozhennite CIRCUIT PRIMAIRE DE TRANSMISSION DE CHALEUR. - Tubes de réfrigération 22 « o » - Tubes de réfrigération 23 o». 10 eau normale bouillante HB 40 organique (Monsanto Chemical C°) + 40 % en poids de produits à point d'ébullition éleré 64 kg/cm , 268°C .2 - Réfrigérant dans les tubes 22 : Caractéristiques d'entrée .o " "de sortie „ 56 kg/cm'1, qualité 35% 15 - Réfrigérant dans les tubes 23 • p Caractéristiques d'entrée 22 kg/cm , 295°C " "de sortie ....... o 15,2 kg/cm2, 385°C - Débit de réfrigérant : Tube 22 10.300 T/h 20 " 23 o. 3.780 T/h - Augmentation- d'enthalpie de réfrigérant (max.) Tube 22 o 125,1 CalAg " 23 ..o 51,7 Cal/kg TURBINE. 25 Caractéristiques de la vapeur 0««00000***«0«««0| I • 0.0 » I oo««*o«o*oo«t«ooo«*o 52,5 kg/cm , 358°C 2.731 T/h 38 mm Hg 197°C - Dépit de vapeur - Pression de condenseur - Température finale d'eau d'alimentation 30 COMBUSTIBLE. - Nombre d'éléments par faisceau : 18 - Gaine . ►. o... o ..... : Zircaloy, épais seur 0,6 mm o«o*«oo«ooo* 18 mm UOg naturel uranium naturel. - Diamètre de barre combustible 35 - Combustible s pour tubes 22 .1 .. 23 L'exemple suivant d'application de l'invention ne concerne que des réacteurs qui sont refroidis seulement par des métaux liquides ou des gaz. Des réfrigérants métalliques liquides 40 tels que le mélange eutectique plomb-bismuth Pb 44,5 % en poids, 70 14298 8 2044735 Bi 55,5 % en poids, présentent une faible chaleur spécifique et doivent par conséquent être soumis à la plus forte augmentation de température possible en passant dans le réacteur pour obtenir une capacité raisonnable de transmission de chaleur en concordance a-5 vec la relation suivante : Q = W CpAT, où Q = taux de transmission de chaleur, en cal./h W = débit de réfrigérant, en kg/h 10 C.p = chaleur spécifique du réfrigérant, en cal/kg°C AT = variation de température de réfrigérant, en °C On obtient une relation similaire pour des réfrigérants gazeux du fait de leur faible densité. Une réduction de AT doit être accompagnée par une augmentation de W, Q et Cp étant cons-15 tante, avec augmentation correspondante du débit de réfrigérant, de la puissance de pompage et de la perte de charge du réfrigérant du fait du frottement. Dans de tels réacteurs9 de la vapeur est produite dans des échangeurs de chaleur séparés à tubes et enveloppe. Le réfri-20 gérant primaire chaud du réacteur circule dans les tubes et de la vapeur est produite dans l'enveloppe de 1'échangeur, comme dans des réacteurs refroidis par eau lourde» La pression de vapeur est déterminée par la température à laquelle le réfrigérant primaire sort de 1'échangeur de chaleur. Par exemple, pour obtenir une 25 pression de vapeur de 84 kg/cm , la valeur AT pour le réfrigérant^ primaire doit être réduite de 182 à 160°C, la température supérieure étant constante et étant limitée à- 450°C pour des raisons technologiques. En adoptant suivant l'invention deux circuits fermés 30 d'écoulement de réfrigérant dans le coeur du réacteur, il est possible d'établir dans chaque circuit une valeur différente de AT. Ceci permet de produire la vapeur à une pression plus élevée tout en conservant les avantages d'une valeur AT élevée du réfrigérant primaire. 35 Sur la Fig. 3, on a représenté un réacteur nucléaire refroidi par un mélange métallique liquide de plomb-bismuth comportant un coeur 30 divisé en deux parties 31 et 32. Des tubes de réfrigérant (non représentés) de la partie 31 sont reliés à une pompe de circulation 33 et à -un préchauffeur 34. Le préchauffeur 40 34 est relié par line canalisation 35 à une source d'eau d'alimen 70 14298 2044735 tation (non représentée). La partie 32 est reliée à une pompe de circulation 36, à un évaporateur 37 et à un surchauffeur 38. L'é-vaporateur 37 est branché de manière à recevoir de l'eau d'alimentation en provenance du préchauffeur 34 et à fournir de la vapeur 3 au surchauffeur 38. Le surchauffeur 38 est relié à un ensemble classique de turbines à 'vapeur (non représenté) similaire à celui indiqué sur la Fig. 1. Lorsque l'installation est en service, de l'eau d'alimentation est introduite par l'intermédiaire de la canalisation 35 10 dans le préchauffeur 34. Le mélange de plomb et de bismuth est débité par la pompe 33 de manière à passer dans les tubes de réfrigérant disposés en parallèle dans la partie 31 du coeur 30 du réacteur. Ce mélange plomb-bismuth est chauffé dans le coeur 30 puis passe dans le préchauffeur 34- de façon à chauffer l'eau d'alimen-15 tation et revient à la pompe 33. Du mélange plomb-bismuth liquide est également débité par la pompe 36 dans les tubes réfrigérants disposés parallèlement dans la partie 32 du coeur 30. Le mélange plomb-bismuth est chauffé en passant dans la partie 32 puis traverse le surchauffeur 38 20 de façon à surchauffer la vapeur sèche provenant de 1'évaporateur 37, afin de faire évaporer l'eau d'alimentation du préchauffeur 34 et de la sécher en vue de former la vapeur sèche fournie au surchauffeur 38. " Le réfrigérant liquide constitué par le mélange plomb-25 bismuth qui passe dans la partie 31 opère à la valeur AT maximale possible et refroidit une zone centrale du coeur de réacteur 30 qui comprend la partie 31. Cette partie 31 opère avec un flux é-levé d'énergie thermique et de neutrons. La partie 31 à. flux élevé de neutrons doit fonctionner avec une valeur élevée de AT pour 30 le mélange plomb-bismuth car autrement on doit augmenter le débit de mélange plomb-bismuth. Un débit élevé de mélange plomb-bismuth est indésirable du fait qu'il nécessite une section de passage excessivement grande des tubes réfrigérants, ce qui réduit le rapport combustible/réfrigérant et, par conséquent, l'économie de 35 combustible. En d'autres termes, la partie 30 à flux élevé de neutrons nécessite une variation importante AT de la température de réfrigérant pour qu'on puisse obtenir une grande puissance thermique sans dépasser la vitesse admissible» Le mélange liquide plomb-bismuth s'écoulant dans la par-40 tie 32 du coeur 30 présente une faible valeur AT et refroidit une 70 14298 10' 2044735 zone extérieure du coeur 30 qui est située autour de la partie 31. La partie 32 fonctionne avec une puissance thermique et un flux de neutrons inférieurs à la partie 31-« Cette zone extérieure ne nécessite pas un débit de réfrigérant et une valeur de AT aussi éle-5 vos que la partie 31- Les deux parties 31 et 32 ont la même température de sortie mais des températures différentes d'entrée de mélange liquide plomb-bismuth. On a donné dans la suite les caractéristiques principales d'un réacteur du type représenté sur la Fig-. 3, pour une dif-10 férence maximale de température de réfrigérant AT de 200°C et pour une température maximale de réfrigérant de 450°C, qui correspond à la limite utilisée à l'heure actuelle pour des' alliages au zirco-nium servant à revêtir le combustible et les tubes de pression. La pression de la vapeur destinée à la turbine a été limitée dans p 15 l'exemple considéré à une valeur de 84 kg/cm mais il va de soi qu'on peut utiliser des pressions atteignant et dépassant la valeur supercritique avec ces températures de réfrigérant. CARACTERISTIQUES PU REACTEUR. CARACTERISTIQUES GENERALES. -20 - Puissance thermique d'entrée au réacteur 1350 MW - Puissance électrique de sortie de l'installation ...: 500 MW - Rendement de turbine 39 % - Rendement global de l'installation . s 37 % REACTEUR. - ~~ : ~ 25 - Pas des tubes : 27,94 cm - Longueur de coeur .......... : 550 cm - Epaisseur radiale du réflecteur s 65 cm - Modérateur : eau lourde ENSEMBLES DE REFRIGERATION. 30 - Tube de réfrigération du coeur : ZrNb - Rayon intérieur : 5,17 cm - Epaisseur : 0,127 cm - Epaisseur de l'intervalle d'isolement s 0,3175 cm - Epaisseur de tube "Calandria" ...... s 0,0813 cm 35 CIRCUIT PRIMAIRE DE TRANSMISSION Dis CHALEUR. - Réfrigérant Pb 44,5 % en poids, Si 55,5 % en poids - Débit de réfrigérant 1,7 x 108 kg/h - Température de sortie de réfrigérant »..î 450°C 40 - Pression de sortie du réfrigérant 20 kg/cm 70 14298 11' 2044735 - Partie 31, réfrigérant T ... 205°C - Partie 32, réfrigérant 3? .. : 135°C - Vitesse de réfrigérant ...... «...: 6 m/s tax. TUBBINE. 84 kg/cm2 426°C 2100 t/h 38 mm Hg oo»««e«o«o 5 - Caractéristiques de la vapeur - Débit de vapeur - Pression de condenseur - Température finale de l'eau d'alimenta tion .o...» 222°C 10 COMBUSTIBLE. 37 50 cm 1,37 cm Zircaloy UOg naturel - Nombre d'éléments par faisceau ........ - Longueur de faisceau - Diamètre d'élément ...o « . « - Matière de gaine . « 15 - Combustible «...ce. Sur la Fig. 4, les parties similaires à celles décrites en référence aux Fig. 1 et 3 ont été désignées par les mêmes références numériques et la description précédente s'applique, par conséquent, à ces parties similaires. 20 La différence entre le réacteur de la Fig. 4 et celui de la Fig. 3 est que le réfrigérant liquide plomb-bismuth sortant de la partie 31 du coeur de réacteur échauffe maintenant 1'évaporateur 37 tandis que le réfrigérant liquide plomb-bismuth sortant de la partie 32 du coetir passe maintenant du surchauffeur dans le 25 .préchauffeur 34-. Dans ce cas, le réfrigérant liquide plomb-bismuth de la partie 32 du coeur 30 opère à une valeur A T supérieure à la"partie 31 et refroidit la zone intérieure du coeur 30. Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, on utilise différentes matières pour différents groupes de tubes ré-30 frigérantso Un réacteur suivant l'invention comportant deux groupes de tubes réfrigérants de coeur constitués de différentes matières peut par exemple correspondre à l'un des réacteurs représentés sur les Fig. 1 à 4. En utilisant différentes matières pour constituer les tubes réfrigérants, il est possible de mieux uti-35 liser les propriétés nucléaires et les caractéristiques de résistance à haute température des matières disponibles servant à la fabrication de ces tubes. Les matières utilisées pour le revêtement des éléments combustibles nucléaires peuvent également être choisies parmi des alliages métalliques présentant une grande ré-40 sistance mécanique et opposant une faible résistance à la propa 70 14298 2044735 gation de l'irradiation dans la partie extérieure 32 du coeur 30 où le flux de neutrons est faible. Sur la Fig. 5, on a représenté un coeur de réacteur 39 comportant trois groupes de tubes réfrigérants, un tube de chaque 5 groupe étant représenté et désigné respectivement par 40, 41 et 42. le tube 40 est parallèle aux autres tubes de son groupe qui sont tous reliés à -une pompe de circulation 43 et à un préchauffeur 440 Le préchauffeur 44 reçoit de l'eau d'alimentation, par l'intermédiaire d'une canalisation 45, à partir d'un ensemble de 10 turbines à vapeur similaire à celui de la Fig. 1. Le tube réfrigérant 41 est orienté parallèlement aux autres tubes de son groupe qui sont tous reliés à une pompe de circulation 46 et à tua évaporateur 47. L'évaporateur 47 est branché de manière à recevoir de l'eau d'alimentation en provenance 15 du préchauffeur 44. Le tube réfrigérant 42 est orienté parallèlement aux autres tubes de son groupe qui sont tous reliés à une pompe de circulation 48 et à un surchauffeur 49» Le surchauffeur 49 est branché de manière à recevoir de la vapeur sèche en provenance de 20 1'évaporateur 47» Le surchauffeur fournit de la vapeur surchauffée par l'intermédiaire de la canalisation 50 à 11 ensemble de turbines à vapeur qui reçoit de l'eau d'alimentation par 1'intermédiaire de la canalisation 45« .&n fonctionnement, de l'eau d'alimentation est fournie 25 par la canalisation 45 au préchauffeur 44 et de l'eau lourde est envoyée par la pompe 43 dans les tubes réfrigérants correspondant au tube 40, par l'intermédiaire du préchauffeur 44, l'eau lourde revenant à la pompe 43. Les températures et les pressions de 1'-eau lourde sont comprises entre 257°C à 46 kg/cm (eau lourde en 30 ébullition) à la sortie du coeur 39 et 240°C à 51 kg/cm2 à l'entrée du coeur 39- Cette eau lourde est utilisée pour chauffer l'eau d'alimentation passant dans le préchauffeur 44. De l'eau lourde est également débitée par la pompe 46 dans les tubes réfrigérants dont fait partie le tube 41, cette 35 eau lourde traversant 1'évaporateur 47 pour revenir à la pompe 46. Les températures et pressions de cette eau lourde sont comprises entre 280°C à 65 kg/cm (eau lourde en ébullition) à la O sortie du coeur 39 et 262°C à 70 kg/cm à l'entrée du coeur 39. Cette eau lourde est évaporée pour produire de la vapeur sèche à 40 partir de l'eau d'alimentation passant dans 1'évaporateur 47 en 70 14298 J-?. 2044735 provenance du' préchauffeur 44. De l'eau lourde est également envoyée par la pompe 48 dans les tubes réfrigérants dont fait partie le tube 42,-l'eau lourde traversacut le surchauffeur 49 avant de revenir à la pompe 5 48. Les températures et les pressions de cette eau lourde sont p comprises entre 349°C à 168 kg/cm (eau lourde en ébullition) à la sortie du coeur 39 et 293°C à 173 kg/cm2 à l'entrée -du coeur 39. Cette eau lourde produit de la vapeur surchauffée dans le sur-chauffeur 49 à partir de la vapeur sèche en provenance de l'évapo-10 rateur 47. En conséquence, les tubes réfrigérants dont fait partie le tube 40 peuvent être conçus en faisant intervenir une résistant ce mécanique supérieure à celle des groupes de tubes 41 et 42. Le groupe de tubes 42 est, de préférence, placé dans une zone de flux 15 relativement faible du coeur 39 en vue de réduire au minimum l'effet de fuite d'irradiation qui est accéléré aux températures é-levées de ces tubes. Ceci permet de donner à ces tubes une plus grande résistance que celle qui serait autrement applicable. J£n utilisant les alliages de zirconium disponibles à l'heure actuei-20 le, les tubes du groupe 40 peuvent être fabriqués à partir d'ion alliage de zirconium traité thermiquement et contenant 2,5 % en poids de niobium. En utilisant une contrainte admissible de 21 yg/mm à une température de 257°0, ce qui correspond au tiers de la charge de rupture, ces tubes peuvent avoir une épaisseur de 25 paroi de 1,25 mm. Les tubes réfrigérants- faisant partie du groupe 42 peuvent être constitués d'un alliage de zirconium travaillé à froid à 20 % et contenant 2,5 % en poids de niobium. En choisissant une 2 v résistance à la fatigue pendant 30 ans de 12,6 kg/mm à une ternie 30 pérature de 348°C dans un flux partiel de neutrons de 2 x 10 ^ p neutrons/cm , ces tubes peuvent avoir une épaisseur de paroi de 7,5 mm. Les tubes réfrigérants du groupe 41 peuvent également être constitués d'un alliage de zirconium travaillé à_froid à 20% 35 contenant 2,5 % en poids de niobium et présentant une contrainte admissible supérieure à celle des alliages de niobium-zirconium traités thermiquement et soumis à une irradiation élevée. L'eau lourde circulant dans ces tubes transmet environ 75 % de la puissance thermique totale engendrée par le réacteur et ces tubes 40 sont, de préférence, disposés dans la zone à flux de neutrons re- 70 14298 14. 2044735 lativement élevée du coeur 39 « £n choisissant une résistance à la fatigue pendant 30 ans de 17,5 kg/mm à une température de 280°C - ■ ■ ■ ~["Z O dans un flux rapide de neutrons de 2,5 x 10 5 neutrons/cm , qui est caractéristique de cette zone, ces tubes peuvent avoir une é-5 paisseur de paroi de 2,1 mm. 70 14298 15. 2044735 BJ-.TEHE10AII0MS. 1. Réacteur nucléaire, caractérisé en ce qu'il comprend un coeur comportant deux groupes de tubes réfrigérants le traversant de manière à chauffer l'eau d'alimentation en plusieurs sta- 5 des pour produire de la vapeur surchauffée, un des groupes étant un groupe de surchauffe de vapeur dont les tubes réfrigérants fonctionnent à une température et à une pression intérieures plus élevées que les tubes de l'autre groupe qui constituent des parcours d'écoulement parallèles dans un circuit fermé différent, un 10 surchauffeur et des moyens pour faire circuler parallèlement un fluide réfrigérant d'échange de chaleur dans les tubes de surchauffe et dans le surchauffeur en contact indirect avec de la vapeur surchauffée produite dans le dit surchauffeur„ 2. Réacteur nucléaire suivant la revendication 1, ca-15 ractérisé en ce qu'il comprend un échangeur primaire de chaleur et des moyens pour faire circuler tin réfrigérant intermédiaire dans les tubes de l'autre groupe et dans 1'échangeur primaire de chaleur en contact indirect avec l'eau d'alimentation chauffée dans 1'échangeur primaire de chaleur0 20 3. Réacteur nucléaire suivant la revendication 1, ca ractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour faire circuler l'eau d'alimentation dans les tubes de l'autre groupe et des moyens pour canaliser l'eau d'alimentation des dits tubes de l'autre groupe jusque dans le surchauffeur. 25 4. Réacteur nucléaire suivant la revendication 1, ca ractérisé en ce que le groupe de tubes réfrigérants servant à la surchauffe constitue l'un de deux groupes de tubes similaires, dont le second groupe constitue le dit surchauffeur, en ce qu'il est prévu des moyens pour faire circuler un fluide réfrigérant 30 dans un circuit fermé passant par les tubes d'un des groupes de surchauffe, dans les tubes de l'autre groupe de surchauffe et dans l'autre surchauffeur, en ce que le dit groupe formant les parcours d'écoulement parallèles au dit circuit fermé différent constitue l'un des deux groupes similaires branchés en série de 35 manière à canaliser le réfrigérant primaire chauffant l'eau d'alimentation et en ce que des éléments de chauffage d'eau d'alimentation sont branchés de manière à recevoir le réfrigérant primaire de chauffage d'eau d'alimentation sortant des dits tubes réfrigérants. 40 5. réacteur nucléaire suivant la revendication 1, ca 70 14298 16. 2044735 ractérisé en ce qu'il comprend un évaporateur, des moyens pour faire passer le fluide d'échange de chaleur dans 1*évaporateur a-près son passage dans le surchauffeur et des moyens pour canaliser la vapeur sèche sortant de 1'évaporateur jusqu'au surchauffeur. 5 6. Réacteur nucléaire suivant la revendication 1, carac térisé en ce qu'il comprend un troisième groupe de tubes réfrigérants placés dans le coeur, en ce que ce troisième groupe de tubes forme des parcours d'écoulement orientés parallèlement dans un circuit fermé différent des autres groupes, un évaporateur, des 10 moyens pour faire circuler un fluide réfrigérant dans le troisième groupe de tubes et dans 1'évaporateur, le dit autre groupe étant relié à l'élément de chauffage d'eau d'alimentation de manière à chauffer cette eau, des moyens pour faire passer l'eau d'alimentation chauffée dans 1'évaporateur et des moyens pour canaliser la 15 vapeur sèche entre 1'évaporateur et le surchauffeur. 7- Réacteur nucléaire suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes réfrigérants de surchauffe sont formés d'un alliage de niobium-zirconium travaillé à froid et en ce que les tubes réfrigérants de l'autre groupe sont constitués d'un al-20 liage de niobium-zirconium traité thermiquement ou bien d'acier inoxydable. 8. Réacteur nucléaire suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes réfrigérants de surchauffe ont une paroi relativement plus épaisse que les tubes de l'autre groupe.