Brevet FR2095311A1 — publié le 19720211

-la présente invention concerne des aiguillés dé combustible • rtucléaire pour réacteurs-refroidis par un gaz, fonctionnant à haute température. Les aiguilles de combustible pour des réacteurs refroidis 5 par un gaz,fonctionnant à haute température,dans lesquels le fluide de refroidissement est fondamentalement un gaz inerte tel que l'hélium, comportent habituellement des masses compactes de combustible nucléaire ayant une gangue de graphite,enfermées dans une gaine en graphite et elles fonctionnent en maintenant les mas-10 ses compactes à une température d'environ 1250°C. Dans certaines aiguilles de combustible connues, les masses compactes sont gainées intérieurement et extérieurement par des tubes coaxiaux. Pour permettre un changement de la forme des masses compactes et une dilatation thermique différentielle entre la gaine et les masses 15 compactes, la gaine interne est habituellement coulissante par rapport à la gaine externe et entre deux éléments de fermeture des extrémités de l'aiguille de combustible. Selon l'invention, une aiguille de combustible nucléaire pour un réacteur refroidi par un gaz et fonctionnant à haute tempé-20 rature, comporte une pile de masses compactes annulaires de combustible nucléaire ayant une gangue de graphite)enfermée^dans une chambre annulaire délimitée par deux tubes coaxiaux qui sont réunis d'une manière étanche et rigide à une extrémité pour former un élément de fermeture de cette extrémité de la chambre et qui 25 sont réunis de manière coulissante par une bride ou un bouchon à l'autre extrémité pour former.un second élément de fermeture, le joint coulissant se trouvant entre le second élément de fermeture et le tube interne, et"la pile des masses compactes butant contre le second élément de fermeture. Sous l'effet de l'irradia-30 tion dans un réacteur nucléaire, les masses compactes subissent un retrait radial qui s'exerce sur le tube interne et une croissance longitudinale,de manière à imposer une contrainte de trac-ticr^.longitudinale,au tube interne, mais étant donné que la pile des masses compactes bute contre le second élément de fermeture 35 et que les tubes sont réunis à l'autre élément de fermeture, la croissance longitudinale des masses compactes est entravée à la fois par le tube interne, et le .tube externe, ce qui réduit la COPY 71 21830 2095311 contrainte longitudinale et la déformation du tube interne. La présente invention concerne également un. réacteur nucléaire refroidi par un gaz, fonctionnant à haute température, comportant des piles de blocs de graphite présentant des alésages défi-5 nissant plusieurs canaux parallèles traversant le réacteur et une série d'aiguilles de combustible groupées dans les canaux, lesdites aiguilles comportant des tubes de graphite et étant disposées dans les canaux de façon que leurs seconds éléments de fermeture soient en aval par rapport au sens de circulation du fluide 10 de refroidissement, de façon que ce dernier,qui passe par les tubes dans les chambres de combustible, doive passer tout d'abord dans les tubes de graphite,par suite de la chute/s! jprofuîsant les aiguilles de combustible. Cette disposition convient tout particulièrement pour des réacteurs dans lesquels la circulation du 15 fluide de refroidissement s'effectue de haut en bas à travers le coeur. Une aiguille de combustible nucléaire selon l'invention convenant pour être utilisée dans un réacteur nucléaire refroidi par un gaz et fonctionnant à haute température, est représentée sur 20 la figure unique du dessin annexé qui est une coupe longitudinale. L'aiguille de combustible comporte une pile de masses compactes de combustible 1 (formées de particules d'oxyde d'uranium enduit dans une gangue de graphite) enfermées dans une chambre annulaire 2 délimitée par deux tubes coaxiaux en graphite 3 et 4. 25 Les tubes sont assujettis l'un à l'autre à une extrémité par un filetage 5 de manière à fermer hermétiquement l'extrémité de la chambre. Le tube externe 4 présente une bride 6 faisant saillie radialement vers l'intérieur, fixée par filetage en 7, la bride présentant une surface lisse 8 glissant sur le tube interne 30 3 et fermant l'autre extrémité de la chambre 2. Un espace 9 est destiné à permettre qu'il se produise librement des variations de dimension dans le sens longitudinal des masses compactes de combustible et des tubes de graphite, par exemple par suite d'une suppression des contraintes dans ces composants lorsque la réac-35 tion radiale entre les masses compactes de combustible et le tube interne diminue ou est éliminée en cas d'arrêt du réacteur. Le tube externe présente trois nervures longitudinales équidistantes 71 21830 3 2095311 10 qui s'opposent à une flexion de l'aiguille de combustible sous l'effet de l'irradiation et qui sont également destinées à positionner l'aiguille au centre d'un alésage longitudinal ménagé dans le matériau ralentisseur d'un réacteur. La circulation du 5 fluide de refroidissement dans le réacteur passe par l'alésage longitudinal sur et dans l'aiguille tubulaire de combustible, la chaleur étant transmise au fluide de refroidissement aussi bien par l'intermédiaire du tube interne que par l'intermédiaire du tube externe. 10 Sous l'effet de l'irradiation, les masses compactes subissent un retrait radial qui s'exerce sur le tube 3 ainsi qu'une croissance dans le sens longitudinal,de sorte que lorsque les masses compactes ont subi un retrait suffisant pour serrer le tube interne, une contrainte de traction est imposée au tube 15 sur pratiquement toute sa longueur par une croissance longitudinale supplémentaire (une contrainte compressive étant engendrée dans la région recouvrant l'espace 9). L'autre tube réagit également à la croissance longitudinale supplémentaire à cause du contact entre la pile des masses compactes et la bride 6 et de 20 la liaison rigide de l'élément de fermeture hermétique, de sorte que la contrainte due à la croissance est beaucoup moins importante que lorsque seul le tube interne s'oppose à la croissance des masses compactes. Dans une variante, la chambre annulaire est formée en 25 perçant un seul alésage dans le graphite. Les aiguilles de combustible sont utilisées dans un réacteur nucléaire dans lequel le matériau ralentisseur comporte des blocs de forme prismatique de graphite empilés pour former la masse du ralentisseur. Les blocs présentent des alésages qui 30 coopèrent pour former plusieurs canaux verticaux dans chacun desquels est logé un faisceau des aiguilles de combustible décrites. Le fluide de refroidissement (hélium) circule de haut en bas dans les canaux et les aiguilles de combustible sont disposées dans chacun d'eux de façon que leur bride 6 soit orientée 35 vers le bas. En service, une chute de pression est engendrée sur les aiguilles de combustible mais,du fait que les extrémités supérieures 71 21830 4 2095311 des aiguilles sont hermétiquement fermées, tout fluide de refroidissement entrant dans l'aiguille passe dans les tubes et tout agent oxydant contenu dans l'hélium réagit avec le graphite avant d'atteindre le combustible. Naturellement, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite et représentée et est susceptible de recevoir diverses variantes entrant dans le cadre et l'esprit de 11invention. 71 21830 5 2095311 REVENDICATIONS 1. Aiguille de combustible nucléaire pour un réacteur refroidi par un gaz et fonctionnant à haute température, aiguille comportant une pile de masses compactes annulaires de combustible 5 nucléaire ayant une gangue de graphite^enfermées dans une chambre annulaire délimitée par deux tubes coaxiaux qui sont assujettis l'un à l'autre et fermés hermétiquement à une extrémité pour former un élément de fermeture à cette extrémité de la chambre et qui sont reliés d'une manière coulissante par une bride ou 10 un bouchon à l'autre extrémité pour former un second élément de fermeture, aiguille caractérisée en ce que le joint coulissant est formé entre le second élément de fermeture et le tube interne, et en ce que la pile des masses compactes bute contre le second élément de fermeture. 15 2. Réacteur nucléaire refroidi par un gaz et fonctionnant à haute température,comportant des piles de blocs de graphite présentant des alésages qui définissent plusieurs canaux parallèles orientés verticalement à travers le réacteur et plusieurs aiguilles de combustible groupées dans lesdits canaux, réacteur 20 caractérisé en ce que le^aiguilles de combustible sont conformes à la revendication 1, comportent des tubes en graphite et sont disposées dans les canaux de façon que leur second élément de fermeture soit en aval par rapport au sens d'écoulement du fluide de refroidissement. 25 3. Réacteur nucléaire selon la revendication 2, caracté risé en ce que le fluide de refroidissement circule de haut en bas à travers le réacteur.