Brevet FR2039394A1 — publié le 19710115

i 2039394 La présente invention concerne un élément combustflie destiné aux réacteurs régénérateurs rapides et composé principalement d'un noyau en matière régénératrice, par exemple en oxyde ou carbure d'uranium, d'une couche de matière fissile 5 enveloppant ce noyau, par exemple une couche d'oxyde ou de carbure de plutonium qui est entourée à son tour par line gaine» La capacité maximale admise par barre de combustible dans les réacteurs régénérateurs rapides comportant, comme combustible, un mélange d'oxydes d'uranium et de plutonium, est déterminée 10 par la température maximale admissible au centre de la barre, cette température devant rester inférieure au point de fusion du combustible,, Il serait intéressant d'accroître la capacité par barre de combustible, et cela est possible lorsque la matière régénératrice et la matière fissile ne sont pas disposées de 15 façon homogène dans le oens radial à l'intérieur de la gaine s la matière régénératrice forme alors le noyau tandis que la matière fissile est disposée sous forme d'une couche autour de ce noyau et est entourée à son tour par la gaine» Si la barre de combustible est cylindrique, elle se compose d'une colonne 20 centrale de matière régénératrice, d'une enveloppe cylindrique en matière fissile entourant cette colonne et d'un tube de revête-iHiftt qui constitue la gaine entourant l'enveloppe cylindrique. Une- telle disposition radialement non homogène du combustible peut également apporter une solution pour le problème de. la 25 différence de dilatation ou de gonflement de la matière régénératrice et de la matière fissible pendant l'irradiation, notamment lorsque le combustible nucléaire est un carbure. Une telle disposition présente cependant une difficulté en ce sens que le noyau en matière régénératrice doit être épais 30 et l'enveloppe en matière fissile relativement mince, de sorte qu'un tel élément combustible est difficile à fabriquer. Pour une barre de combustibles nucléaires sous forme d'oxydes ayant un diamètre de 5*5 mm, un noyau en oxyde d'uranium et une enveloppe en oxyde de plutonium, l'épaisseur de la couche d'oxyde de pluto- i 35 nituir sera d'environ 0,3 mm„ Lorsqu'on remplace l'oxyde de plutonium par un mélange de 50 $ en poids d'oxyde d'uranium et de 50 % en poids d'oxyde de plutonium, l'épaisseur de l'enveloppe de matière 70 14676 2 2039394 fissile peut être portée à environ 0,6 mm , mais une telle épaisseur occasionne néanmoins.encore des problèmes de fabrication. Conformément à l'invention, un tel élément combustible est caractérisé par la disposition d'éléments d'espacement entre 5 le noyau en matière régénératrice et la gaine, ainsi que par le fait que la matière fissile est •une poudre condensée. Un tel élément peut être fabriqué de manière simple en disposant le noyau - composé par exemple de pastilles de matière régénératrice-dans la gaine, et en Introduisant ensuite la matière fissile 10 en forme de poudre dans l'espace formé entre le noyau et la gaine où elle est condensée de préférence par un procédé à vibrations, • Bien que l'élément combustible suivant l'invention pjisse se présenter sous diverses formes, par exemple une sphère 15 ou une barre à section transversale polygonale, l'invention est décrite à l'aide d'un exemple d'un élément combustible cylindrique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortlront plus clairement de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, ainsi que du 20 dessin annexé dans lequel : les figures 1 à 4 sont des coupes transversales de quatre formes de réalisation d'un élément combustible selon L'invention. La figure 1 est une coupe transversale d'un élément ^ combustible cylindrique composé d'un noyau en pastilles de matière régénératrice 1 présentant trois saillies ou dents 2 à la périphérie. Le noyau est entouré par une enveloppe 4 qui est composée d'une matière fissile en poudre condensée par un procédé à vibrationsj cette enveloppe est entourée elle-même par un tube 3 constituant la gaine, La figure 2 représente un élément dont les pastilles de matière régénératrice présentent un nombre de dents 2 supérieur à trois. Les autres références de cette figure ont la même signification qu'à la figure 1. Les figures 5 et 4 représentent la section transversale d'un élément combustible suivant l'invention dans lequel les éléments dfespacement 2 sont prévus sur la paroi intérieure du tube 3 constituant la gaine. Une telle forme de réalisation est 70 14676 3 2039394 préférée. Les éléments d'espacement peuvent être formés par des saillies, mais ils sont formés de préférence par des nervures prévues parallèlement à l'axe du cylindre., Il est également possible de prévoir une ou plusieurs nervures hélicoïdales 5 sur la paroi intérieure du tube constituant la gaine» Après la disposition des pastilles ou de la barre de matière régénératrice dans le tube constituant la gaine, on obtient dans toutes ces formes de réalisation une fente annulaire très uniforme entre le noyau et la gaine, et cette fente peut 10 ensuite, être remplie facilement avec la poudre constituant la matière fissile, même si l'intervalle est seulement de quelques dixièmes de millimètre. Le principe de la répartition non homogène du combustible dans le sens radial - principe qui est en soi connu - peut être réalisé parfaitement bien avec un élément 15 combustible suivant l'invention. La réalisation des éléments suivant l'invention est techniquement facile, et il est également possible de fabriquer des éléments combustibles uniformes puisque la disposition d'éléments d'espacement., oar exemple de nervures, dans le tube constituant la gaine peut être effectuée avec une 20 grande précision. L'invention peut également être appliquée à des éléments combustibles destinés à des réacteurs d'essai rapides à flux élevé. Les éléments combustibles d'un tel réacteur comportent un noyau en une matière neutre non nucléaire ayant un point de fusion.élevé, 25 par exemple en oxyde de magnésium ou de molybdène. Un tel élément est composé d'une barre d'oxyde de magnésium, d'un tube constituant la gaine, d'éléments d'espacement entre la barre et le tube, et d'une matière fissile qui est introduite dans l'espace formé entre la barre et le tube au moyen d'un procédé de condensation à vi-30 brations. 70 14676 4 2039394 REVENDICATION 1) Elément combustible destiné aux réacteurs régénérateurs et/ou d'essai rapides et composé principalement d'un noyau en matière régénératrice ou neutre, d'une couche de matière fissi-5 le disposée autour de ce noyau et entourée elle-même d'une gaine, caractérisé par la disposition d'éléments d'espacement entre le noyau et la gaine, et par le fait que la matière fissile est une poudre condensée» 2) . Elément combustible en forme de cylindre selon la 10 revendication 1, caractérisé par la disposition de trois nervures, ou davantage, sur la paroi intérieure du tube constituant la gaine, ces nervures étant disposées parallèlement à l'axe du cylindre. 3) Elément combustible en forme de cylindre selon la 15 revendication 1, caractérisé par la disposition d'une ou de plusieurs nervures hélicoïdales sur la paroi intérieure du tube constituant la gaine. 4) Elément,oombustible en forme de cylindre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau se compose de 20 pastilles de matière fissile dont la périphérie présente trois saillies ou davantage. . 5) Procédé pour la fabrication d'éléments combustibles suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matière fissile est introduite entre le 25 noyau et la gaine par des vibrations.