Brevet FR2086022A1 — publié le 19711231

la présente invention concerne dee léments combustibles enrichis en plutonium pour réacteurs nucléaires et plus spécialement des procédés de production d'éléments combustibles du type comprenant une masse tassée par vibration de particules céramiques grossières et finement divisdes. Des éléments combustibles réalisés en chargeant dans un récipient des particules céramiques grossières et en remplissant les interstices avec des particules finement divises par tassement par vibration sont bien connus. Des éléments combustibles enrichis en plutonium ont été produits par cette technique, par exemple comme décrit par J.J. Hauth dans "Vibratory Compacting", Plenum Press, New York 1967, page 260, les particules céramiques étant en plutonium ou en uranium sous la forme d'oxyde. Selon l'invention, un procédé de production d'un élément combustible nucléaire enrichi en plutonium consiste à charger dans un récipient une masse de granules céramiques comprenant des particules grossières et finement divisées et à tasser la masse en utilisant une technique de tassement par vibration , les granules grossiers étant en deux fraction, dont l'une contient du plutonium et de l'uranium (ou du thorium),tandis que la seconde ne contient que de l'uranium (ou du thorium). On ne désignera ci-aprbs qu'une matière céramique à base de plutonium et d'uranium et à base d'uranium,mais il est bien entendu qu'une matière céramique à base de plutonium et de thorium ou à base de thorium est équivalente. Selon la présente invention, les granules grossiers comprennent une fraction présentant un enrichissement normal en plutonium qui peut être diluée par une fraction ne contenant que de l'uranium pour obtenir un degré désiré d'enrichissement du combustible. On peut s'attendre à ce que la dilution d'une fraction contenant du plutonium et de l'uranium d'enrichissement normal par une fraction ne contenant que de l'uranium ait pour effet de réduire le prix de fabrication du combustible enrichi en plutonium. Par exemple, une grande proportion du combustible ne contenant que de l'uranium peut 8trie produite dans une installation ui ne comporte que des normes de sécurité en fonction de l'uranium.La production séparée d'une fraction contenant du plutonium et de l'uranium mixtes et d'une fraction ne contenant que de l'uranium réduit le nombre des zones dans lesqueller l@@ @ésintégrations @u@léa@ree (alpha, bêta ou gamma) @écessitent des précautions en fonction du plutonium. Egalement, le nombre des changements complets de l'enrichissement du combustible peut être maintenu au minimum en effectuant l'enrichissement désiré du combustible au stade du tassement par vibration en h'utilisant qu'un anrichissement des granules grossiers constituant la charge principale. Selon a présente invention, un procédé de production d'un élément combustible enrichi en plutonium pour réacteur nucléaire, qui sera décrit à titre d'exemple, consiste à produire des microsphères grossières et finement divisées par un procédé de précipitation à l'état de gel et à les introduire dans un récipient conssituant une gaine d'élément combustible et à tasser la masse par vibration avant de fermer la gaine. On produit deux types de microsphères grossières : une d'une dimension de 950 contenant des quantités éales des oxydes de plutonium et d'uranium, ce qui donne un enrichissement normal de 50 %, et une de dimension de 950 constituée d'exyde d'uranium seulement.Les granules finement divisés comprennent des quantités égales d'exyde de plutonium et d'oyxde d'uranium et oi une dimension de 9G . La gaine de l'élément combustible et en acier noxydable d'une longueur de 2,7 m, d'un diamètre externe de 5,84 mm et d'une épaisseur de paroi de 0,38 mm. On prépare les microsphères à raison d'une partie en poids de microspheres grossières d'oxydes mixtes, de 2 parties en poids de microsphères grossières d'oxyde d'uranium et d'une partie en poids de microsphbres d'oxydes mixtes finement divisées. On mélange les microsphères grossières d'oxydes mixtes et d'uranium seul et les introduit dans la gaine d'un élément combustible fermé à une extrémité.On introduit ensuite les microsphères d'oxydes mixtes de petites dimensions dans la gaine en la maintenant en position verticale et, alors que les granules de petites dimensionna se trouvent d'une façon générale dans la partie supérieure de la gaine, on la fait vibrer pour que les microsphères de petites dimensions s'infiltrent dans les interstices de la masse des microsphères gros sières. On tasse la masse des microsphères par vibration à une densité de 80 % de la densité théorique et on achève l'élément com bustible en le fermant hermétiquement à l'aide d'un capuchon terminal. l'élément combustible résultant présente un enrichissement global en plutonium d'environ 25 . On peut réaliser des éléments combustibles analogues présentant divers enrichissements globaux en faisant simplement varier le rapport des micro sphères grossières d'oxydes mixtes aux microsphères grossières d'uranium. Naturellement, l'invention n'est pas limité à la forme de réalisation décrite et est susceptible de recevoir diverses variantes entrant dans le cadre et l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Procédé de production d'un élément combustible nucléaire enrichi en plutonium consistant à charger dans un récipient une masse de granules céramiques comprenant des particules grossières et des particules finement divisées et à augmenter la densité de la masse en utilisant une technique de tassement par vibration , procédé caractérisé en ce que les granules grossiers comprennent deux fractions dont une contient du plutonium et de l'uranium (ou du thorium), tandis que la seconde ne contient que de l'uranium (ou du thorium). 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fraction contenant du plutonium et de l'uranium (ou du thorium) est constituée par des oxydes mixtes de plutonium et d'uranium (ou de thorium) et la fraction ne contenant que de l'uranium (ou du thorium) est constituée par de l'oxyde d'uranium (ou de thorium).