Brevet FR2018771A1 — publié le 19700626

La présente invention se rapporte à un mécanisnte pour fixer en les bloquant des éléments combustibles nucléaires à la grille d'un réacteur nucléaire. Dans les rédacteurs nucléaires rapides refroidis au sodium connus dans la technique nucléaire, les éléments combustibles sont disposes treks proches les uns des autres. Cet agencement évite d'avoir recours a une grille suprieure a laquelle les éléments combustibles pourraient entre accrochés de manitre å empocher tout mouvement vertical (sous forme de retrait) provoqué par la différence de pression entre la zone inférieure et la zone supérieure du noyau du réacteur. Par suite, en pratique, les éléments sont tenus et centrés par une grille å double plaque dans leurs régions terminales inférieures. Une solution pour l'ancrage des éléments de manière à obvier au phénomène de flottaison, solution qui est adoptée pour les réacteurs expérimentaux1 consiste a introduire du sodium entre les deux plaques dela grille, (l'admission de sodium dans l'élément combustible s'effectuant par des ouvertures latérales dans la région terminale inférieure de l'élément) de manière å réaliset un blocage hydrostatique. Pour que ce blocage hydrostatique soit efficace, il est nécessaire de maintenir la zone au dessous de la grille à la pression prévalant dans la zone au-dessus du noyau, puisque la région terminale infé- rieure de l'élément se prolonge dans la zone au-dessous de la grille par un trou dans la grille avec de très faibles jeux latéraux. Cependant cet agencement connu, même lorsqu'il s'applique à de petits réacteurs expérimentaux, ne peut assurer une fixation forez En effet, l'examen des schémas d'installations nucléaires de puissance à grande échelle dans lesquelles on n'emploie ni blocage mécanique, ni blocage hydrostatique, à savoir les deux réacteurs rapides Enrico Fermi et Rapsodie, révèle l'emploi d'un dispositif du type plate forme qui est disposé comme plaque inférieure de maintien sur les éléments combustibles de manière a empêcher leur retrait.Cependant, l'emploi d'un tel dispositif, qui possède certains avantages, n'est pas applicable pratiquement dans un réacteur du type PEC (utilise pour tester les éléments combustibles nucléaires), dans lequel il y a un groupe de bras centraux et des mécanismes dc retrait de dimensions considérables. C'est par suite un objet de la présente invention de fournir un me- canisme pour assujettir les dléments de combustible nucléaire h la grille1 qui ne présente pas les inconvénients sus-mentionnés. Selon la présente invention, on réalise un élément combustible allon t;é susceptible d'être bloqué dans une grille d'un recteur nucléaire, cet éld- ment çombustible comprenant (a) å une de ses parties terminales un élément pouvant s'engager dans la grille de manière à bloquer l'élément combustible dans celle-ct, et (b) un élément déplaçable l-ongitudinalement qui va de cette partie terminale d l'autre partie terminale de l'élément combustible, qui peut actionner, directement ou indirectement, l'élément d'engagement et qui est accessible de l'autre partie terminale. Selon un mode préféré de réalisation de la présente invention, l'éld- ment d'engagement peut se déplacer transversalement et l'élément déplaçable comprend un piston disposé dans et déplaçable par rapport h une partie cylindrique de ladite partie terminale de l'élément combustible, la partie cylindrique étant pourvue sur sa paroi latérale d'une ouverture susceptible de recevoir partiellement l'élément d'engagement ct le piston étant muni d'une cavité apte å recevoir partiellement l'élément d'engagement, l'agencement étant tel qu'en cours d'utilisation, quand l'élément d'engagement est en position de blocage, l'évidement du piston n'est plus en face de l'ouverture do la partie cylindrique et une partie de l'élément d'engagement dépasse vers l'extérieur la partie- cylindrique. Il est avantageux que l'élément d'engagement soit une sphère et des moyens sont prévus pour permettre d'enlever l'élément combustible de la grille en cas de rupture de l'élément déplaçable. t'invention et sa mise en oeuvre seront mieux comprises en se réfé- tant h titre d'exemple, aux dessins annexée dans lesquels : La figure 1 est une coupe verticale de l'élément combustible en position deblocage dans une grille d'ua réacteur nucléaire, selon la présente invention La figure 2 est une coupe transversale selon la ligne TI-II de la figure 1, et La figure 3 est une coupe verticale de la partie inférieure de l'4- dément combustible de la figure 1 en position débloquée. Sur le dessin on montre une partie d'un grille de réacteur nucléaire formée par un élément horizontal supérieur 1 et un élément horizontal infe- rieur 2. Entre les éléments 1 et 2, est fixé un manchon cylindrique 3 prévu pour recevoir la partie inférieure de l'élément combustible généralement dési- gné par la référence 4 te manchon 3 est iwuni de rainures 5 de manihre b permettre t l'agent de refroidissement d'entrer et de ressortir du manchon. Pour la même raison la plaque de base 6 est FflIexent munie d'une ouverture 7 Au-dessous du corps principal 8 de l'éliment combustible 4 sc trouve un élément cylindrique creux 9 à l'intérieur duquel se trouve un piston inversé In pouvant se déplacer verticalement par rapport à l'élément cylindrique 9. Le piston 10 est poùrvu d'une rainure 11 en bas sur un côté, dans laquelle passe une goupille 12 fixée à l'élément cylindrique 9.Cet agencement permet d'éviter que le piston 10 ne tire-bouchonne à l'intérieur de l'élément cylindrique 9. te piston 10 est fermement assujetti à une tige 13 qui traverse la partie supérieure 14 de l'élément cylindrique 9 et le corps principal 8 de l'élément combustible et se termine par un anneau 15 attaché par des rayons 16 b une cage cylindrique 17 susceptible d'un déplacement vertical limite dans la zone supérieure 18 de l'élémént combustible 4, la zone supérieure 18 étant munie de,rxinures 19 qui permettent l'admission et l'évacuation de l'agent de refroidissement nucléaire La cage 17 est normalement à sa limite inférieure de déplacement dans la zone supérieure 18 puisque la tige 13 est repoussée vers le bas par l'action d'un ressort 20 agissant entre la partie supérieure 14 de l'4lénent cylindrique 9 et un-rebord 21'de la tige 13.Le manchon cylindrique 3 est ITtU- ni de trois cavités 22 susceptibles (comme le montrent les figures 1 et 2) de recevoir approximativement la moitié de chacune des trois sphère6 23 qui peuvent ie déplacer le long de trois ouvertures 24 qui les reçoivent partiellement et qui sont prévues dans l'élément cylindrique 9. La partie inférieure du piston 10 est également pourvue de trois cavités 25 pouvant chacune recevoir approximativement la moitié d'une des trois sphhres 23. Les cavités 25 sont disposées de telle m nitre que, lorsque l'élément combustible est en position bloquée (figure 1,) les cavités 25 se trouvent directemen tu-dessous des ouvertures 24 de l'élément cylindrique 9 ct, quand l'élément cylindrique est en position débloquée (figure 3,), les cavités 25 sont en face des ouvertures 24. En pratique, quand l'élément combustible 4 doit être introduit et bloqué dans la grille 1, 2 d'un réacteur nucléaire, tandis qu'on descend ltélément combustible, un crochet (non représenté) tire vers le haut sur l'anneau 15, en sorte que la cage 17 se trouve b sa limite supérieure de dé placement Ceci a pour effet, comme le montre la figure 3, de déplacer le pison 10 vers le liaut contre l'action du ressort 20 en sorte que le piston se trouve à sa limité supérieure de déplacement vertical par rapport à l'élé- ment cylindrique 9, en ce point les cavités 25 étant en face des ouvertures 24 et chacune des sphères étant logé pertiellement dans une des ouvertures 24 et par tiellement dans une des cavité 25.On empêche les sphères de tomber des- ouvertures 24 en prévoyant pour ces dernières une légère conicité vers leur extrêmi- té extérieure radialement. Durant L'abaissement de l'élément combustible, la relation entre le piston 10, l'élément cylindrique 9 et les sphères 23 est celle que montre la figure 3. Cependant, dès que le fond de l'élément cylindrique repose sur la plaque de base 6, I'anneau 15 (et par suite la cage 17, le tige 13 et le piston 10) est abaissé par rapport à la partie supérieure 1 de l'élément combustible. Ceci a pour effet d'expulser les sphères 23 des cavités 25 dans les cavités 22, comme le montre la figure 1 t'élétnent combustible est maintenant bloqué par rapport au manchon cylindrique 3 par les sphères. Pour enlever l'élément combustible de la grille il suffit de tirer sur l'anneau 15 de manière à débloquer le mécanisme et de retirer l'élément combustible tout en maintenant la traction sur l'anneau 15. Les ouvertures 26 représentées sur la figure 3 n'ont pas de rale dans le fonctionnement du mécanisme. Elles ont seulement pour objet de faciliter la réalisation des ouvertures coniques 24. En cas de rupture de la tige 13 il reste possible de retirer l'élé- ment combustible de la grille si les sphères 23 et/ou la partie & paroi mince du piston 10 est (ou sont) affaiblie(s de manière à ette déformable(s) ou est (ou sont) constituée(s) en matériau déformable. Naturellement ces éléments constitutifs doivent entre suffisamment résistants pour ne pas se déformer dans les conditions d'utilisation normale. REVENDICATIONS 1. Elément combustible allongé susceptible d'être bloqué dans une grille d'un réacteur,nucléaire, cet élément comprenant a! à une de ses parties un élément d'engagement avec la grille de manière à bloquer l'élément combustible dans cette dernire, et b) un élément déplaçable longitudinalement allant d'une partie terminale l'autre partie terminale de l'élément combustible, capable d'agir soit directement, soit indirectemeslt sur l'élément d'engagement et qui est accessible à cette autre partie terminale 2.Un élément combustible selon la revendication 1, dans lequel l'élément d'engagement est déplaçable transversalement et OU l'élément dépla çable longitudinalement comprend un piston déplaçable par rapport audit élément à l'intérieur de celui-ci, une partie cylindrique dans la zone terminale de l'élément combustible, munie dans sa paroi latérale d'une ouverture capablende recevoir partiellement l'élément d'engagement le piston étant muni d'une cavité capable de recevoir partiellement l'élément d'engagement, l'agencement étant tel qu'en cours -d'utilisation, quand l'élément d'engagement est en position déblouée,-la cavité du piston est en face de l'ouverture de la partie cylindrique et l'élément d'engagement est complètement logé dans la cavité et l'ouverture et, quand l'élément d'engagement est en position bloquée, la cavité dans le piston n'est plus en face de l'ouverture dans la partie cylindrique et une partie de l'élément d'engagement dépasse vers l'extérieur la partie cylindrique. 3. Elément combustible selon la revendication 2, dans lequel l'é- lement d'engagement est une sphère, 4. Elément combustible selon l'une des revendications précédentes, comprenant des moyens pour permettre de dégager l'élément combustible de la grille en cas de rupture de l'élément déplaçable. 5. élément combustible selon les revendications 2 ou 3 et 4, dans lequel le piston est déformable sous l'effet d'une charge excessive 6. Elément combustible selon~les revendications 2 ou 3 et 4 ou 5, dans lequel l'élément d'engagement est déformable sous l'effet d'une charge excessive 7. Eié-lent combustibit selon l'une des revendications 2 à 6, comprenant en outre un ressort qui tend à déplacer le piston par rapport à la partie cylindrique en sorte que la cavité dans le premier et l'ouverture dans la seconde ne soient pas en face l'une de l'autre. 8. Elément combustible selon l'une des revendications 2 à 7, comprenant en outre des moyens pour empêcher la rotation du piston par rapport à la partie cylindrique 9. élément combustible selon la revendication 8 dans lequel le piston est muni sur sa paroi latérale d'une rainure longitudinale et la partie cylindrique est pourvue d'une protubérance qui fait saillie dans la rainure. 10. Elément combustible selon l'une des revendications pricé- dentes dans lequel la partie accessible de l'élément déplaçable est munie d'un anneau. Il. Elément combustible selon la revendication 10 dans lequel cet anneau est assujetti & un élément cylindrique déplaçable avec une course longitudinale limitée dans ladite autre partie terminale de l'élément combus tible. 12. Réacteur nucléaire muni d'une grille et d'un ou plusieurs éléments combustibles tels que définis 6 l'une des revendications précédentes bloqués dans la grille