Brevet FR2081770A1 — publié le 19711210

L'invention concerne un élément de combustion pour réacteurs à flux de neutrons élevé et rapide, tels que des surgénérateurs, se composant d'une caisse d'élément de combusion prismatique subdivisée en sections, 5 et de barreaux de combustible reliés en faisceau et disposés dans celle-ci. Dans les réacteurs à flux de neutrons élevé et rapide, il se produit, à des doses de rayonnement élevées, un gonflement de la matière structurale qui dépend de la température, ce par quoi il se produit des déformations permanentes des éléments de combustion, du fait de la répartition inégale des doses de rayonnement neutronique et de la température sur la section transversale du réacteur. Ce phénomène.dit "gonflement différentiel", 15 soulève des difficultés, considérables dans la conception du réacteur, car les déformations libres de la tête de l'élément de combustion qUi en résultent peuvent se situer dans un domaine de 5 à 10 cm, si l'on prend pour base des températures 23 de l'ordre de 500°C et des doses de rayonnement de 10 nvt 2q (énergies nêutroniques =0,1 MeV) courantes aujourd'hui. Etant donné que ces flexions conduisent à des charges dans les plans de serrage du coeur du réacteur de quelques 100 à quelques 1000 kg et plus, de très forts serrages du coeur sont nécessaires avec les réacteurs munis de 25 caisses d'éléments de combusion classiques. Ces forces de serrage élevées entraînent , en dehors d'un coût de construction élevé, vine contrainte mécanique considérable des parois de la caisse, d'où un risque croissant de rupture, surtout avec la fragilité croissante de la matière structurale du fait du gonflement. 30 H se produit, de plus, par la déforma tion avec les caisses des éléments de combustion connue, un déplacement, indésirable pour des raisons nucléaires, du combustible dans le coeur et lors du changement des éléments de combustion. 35 L'invention a pour but de remédier aux inconvénients ci-dessus et de créer un élément de combustion dont la contrainte mécanique reste limitée,même en présence d'un fort gonflement différentiel de la matière structurale. A cet effet, l'invention concerne u» ko élément de combustion pour réacteurs à flux de neutrons élevé 71 07812 2 2081770 et rapide, tels que des surgénérateurs, se composant d'une caisse d'élément de combustion prismatique, subdivisée en section et de barreaux de combustible reliés en faisceau et disposés dans celle-ci, élément caractérisé en ce que les sections de> la caisse de l'élément de combustion-disposées axialement l'une derrière l'autre de façon mobile,sont maintenues le long de leur axe longitudinal par des éléments de traction fixés sur les sections extrêmes* De plus, les sections individuelles de la caisse de l'élément de combustion sont emboîtées l'une dans l'autre,de telle sorte que chaque section recouvre partiellement avec du jeu la section suivante. Las éléments de traction maintenant « • la caisse se composent de tiges qui sont disposées,dans l'axe de l'élément de combustion et autour de l'axe de l'élément de combustion,à l'intérieur du faisceau de barreaux de combustible. Ces tiges sont soudées sur des nervures dans la pièce de pied de l'élément de combustion, au-dessous de la fixation des barreaux de combustible à la caisse de l'élément de combustion, et sont articulées,de façon mobile par rapport à l'axe de l'élément de combustion,dans la pièce de tête,au-dessus du faisceau de barreaux de combustible,sur des nervures en forme d'étoile soudées sur la caisse de l'élément de combustion, par 1'intermédiaire d'un ressort à pression et d'un.appui pendulaire. Une autre solution du problème consiste en ce que les sections de la caisse de l'élément de combustion, disposées axialement l'une derrière l'autre de façon mobile, sont maintenues par des pièces de fixation disposées sur les sections individuelles» Dans ce cas, selon un agencement approprié de l'invention, les pièces de fixation des sections de la caisse de l'élément de combustion se chevauchant se composent de boulons soudés dans les sections extérieures de la caisse de l'élément de combustionj boulons qui s'engagent avec du jeu dans les alésages correspondants des sections intérieures suivantes de la caisse de l'élément de combustion. L'invention sera mieux comprise grâce à la description ci-après et aux dessins annexés représentant un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - la figure 1 est un élément de 71 07812 3 2081770 combustion selon l'invention avec tiges de traction comme éléments de maintien, - la figure 2 est un détail du chevauchement des caisses, 5 - la figure 3 est une vue d'en haut du dispositif de maintien supérieur des tiges de traction, - la figure 4 est un détail du chevauchement des sections de la caisse de l'élément de combustion, pour ion élément de combustion sans tiges de traction 10 comme éléments de maintien. L'élément de combustion selon l'invention (figure 1) se compose des barreaux de combustible 1, qui sont fixés sur des rails 2 au moyen de broches 3> ainsi que des sections de la caisse de l'élément de combustion 4, 15 qui entourent le faisceau de barreaux de combustible. Dans la région des joints entre les sections de la caisse de l'élément de combustion 4, les sections voisines se chevauchent par deux l'une l'autre, de manière à assurer une certaine possibilité de basculement de ces sections 20 l'une vis-à-vis de l'autre. Il est prévu, à cet effet, sur le recouvrement entre les sections 4, à tin écartement déterminé, un joint de séparation 5, ponté par une came 6 (figure 2).disposée sur la partie intérieure du chevauchement. L'extrémité 7 de la section intérieure 25 de la caisse de l'élément de combustion est arrondie sur le recouvrement, de sorte que deux sections 4 peuvent se mouvoir l'une contre l'autre en basculant par l'intermédiaire de la came 6 et de 1'arrondi 7• Les sections 4 de la caisse de l'élément 30 de combustion sont maintenues axialement par les tiges de traction 8, qui sont disposées au milieu de l'élément de combustion.à l'intérieur des barreaux de combustible qui les entourent!et dans l'axe longitudinal. Ces tiges de traction 8 sont soudées dans la pièce de pied9 de l'élément de combustion, 35 au-dessous de la zone des barreaux de combustible ,sur les nervures 10 iet sont ancrées à articulation dans la pièce de tête de l'élément de combustion. Cet agencement articulé fait que les modifications de longueur des différentes tiges de traction par 40 le gonflement de la matière sont compensées , afin que la 71 07812 4 2081770 répartition des tensions,lors de l'extraction des éléments de combustion du coeur,soit uniforme. I,? articulation est réalisée de la suivante» Les extrémités -les txges de fraction ;; vi.j.sé-sî: i-:>,2is une plaque d; z.py-'zt re 15 ; -g/ai , .s:.,:::- ios tôvê op-i-c-sè eu vissais Vj, jii ccsiùt:!'; iï- î.?co".M êXhsf&ïï-z de compensation corraspondant if , pera;c-";-;«::-^ s>.usi r :. r. a.«c.HXsi75fe?i\" de la .plaque Z% contre 1 ' élément de somptixtât-i^ii 3. 5 -, 10 plaque d'appui 12 a la forme d'une étoile (figure 3), pour réduire le moins possible dans l'élément de combustion la section transversale libre pour l'agent réfrigérant. Dans la pièce de tête 11 de l'élément de combustion, sont soudées des nervures 16, également en forme d'étoile, au in «i.ii-?•:?. cissqueiles, dans iux. iv.iâ^snt 47, l'élément de compensa -t.t -.r^ rvlé-tr'-ip. 42-. est relr.è ce façon c-. : %• r. r.«-r'"^r'•*_=' i'* •••»?•* tin s«c»rt i'J. Un l* a?» .•>.*« 49» placs au-ciîsscas sse se.?'ni?îs :~:js 3t autour de - Tcijea d® irsetiou 8. easp-sche 1« ■IV sé'zr^~ti.?r 1 !'2s de I '*is:e.* sons 11 effort de trs-Hr;; r.v-r 1-5 dri f do sv.sr. sn-«tiv?*s „ ? *: Z -cr? WH- £«'*-£-?. forme d.ï r4--ll-#aticn. do • r:-'-;v*Td , (ïl-s-.ir pas ic de t-^osti -- à l'intérieur de l'élément de combustion. La transmission 25 des forces longitudinales a lieu par les sections de la caisse de l'élément de combustion elles-mêmes. Il est prévu des alésages 21 dans la paroi de la section intérieure 20, dans lesquels s'engagent des boulons 22 disposés sur le périmètre à?. "-'t caisse de i5 élémen c de combusion» boulons qui sont soudés 3'- s*„r i~ "sa la partie chevauchante de la section voicdne 2.^» Le joint de séparation est semblable à celui de la c:î.. de 'J ;* ^dg:ii:re Vf.c-.yr çaïssetire un basculement réciproque Lors de la fixation de la pièce de 35 tête rigide 11 et de la pièce de pied 9 dans des plans de fixation, les flexions résultantes de la partie de la caisse articulée»pour les valeurs de gonflement différentiel de la matière mentionnées ci-dessus,sont limitées à environ 10 % de la flexion libre d'une caisse d'élément de combustion rigide. La réaction dûe à la flexion de la 71 07812 5 2081770 caisse de l'élément de combustion sur le faisceau de barreaux de combustible qui s'y trouve et sur le pressage du coeur, ainsi que les allongements provenant des déformationsjsont réduits dans la même mesure, ce qui est favorable,compte tenu de la faible ductilité de la matière structurale irradiée. Les dispositifs de traction,disposés sur l'élément de combustion pour maintenir les sections de la caisse de l'élément de combusion,permettent, de plus, le maniement de l'élément de combustion comme dans le cas des caisses classiques non divisées» Avec la solution de la figure 3, cette facilité de maniement subsiste,même dans le cas de l'existence d'une masse fondue centrale dans l'élément de combustion du fait d'une saute de puissance possible. Grâce aux éléments de combustion constitués selon l'invention, les déplacements du combustible dans le coeur sont avantageusement tenus sous contrôle,et les contraintes mécaniques de la caisse de l'élément de combustion sont considérablement réduites. On obtient de plus que les forces de déformation du coeur sont diminuées et que, par suite, les opérations de changement des éléments de combustion sont considérablement facilitées, ce qui confère à l'invention un certain caractère économique. D'autres moyens de transmission des forces sont, par ailleurs, possibles, tels que par exemple ressorts de traction, douilles, aimants, etc... Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 71 07812 6 2081770 10 REVENDICATIONS 1°) Elément de combustion pour réacteurs à flux de neutrons élevé et rapide, tels que des surgénérateurs, se composant d'une caisse d'élément de combustion prismatique, subdivisée en sections,et de barreaux de combustible reliés en faisceau et disposés dans celle-ci, élément caractérisé en ce que les sections de la caisse de l'élément de combustion , disposées axialement l'une derrière l'autre de façon mobile, sont maintenues le long de leur axe longitudinal par des éléments de traction fixés sur les sections extrêmes. 2°) Elément de combustion selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sections individuelles de la caisse de l'élément de combustion sont emboîtées l'une dans l'autre de telle sorte que chaque section recouvre içj partiellement avec du jeu la section suivante. 3°) Elément de combustion selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de traction se composent de tiges disposées, suivant l'axe de l'élément de combustion et autour de cet axe,à l'intérieur du faisceau de 20 barreaux de combustible. 4°) Elément de combustion selon la revendication 3» caractérisé en ce que les tiges sont soudées sur des nervures dans la pièce de pied de l'élément de combustion «au-dessous de la fixation des barreaux de combustible,à 25 la caisse de l'élément de combustion.,et sont articulées,de façon mobile par rapport à l'axe de l'élément de combustion « dans la pièce de tête, au-dessus du faisceau de barreaux de - -combustible, sur des nervures en forme d'étoile soudées sur la caisse de l'élément de combustion, par l'intermédiaire 30 d'un ressort à pression et d'un appui pendulaire. 5°) Elément de combusion pour réacteurs à flux de neutrons élevé et rapide, tels que des surgénérateurs, se composant d'une caisse d'élément de combustion prismatique, subdivisée en sections,et de barreaux de combustible reliés 35 en faisceau et disposés - dans celle-ci, élément caractérisé en ce que les sections de la caisse de l'élément de combustion, disposées axialement l'une derrière l'autre de façon mobile, sont maintenues par des pièces de fixation disposées sur les sections individuelles. ^0 6°) Elément de combustion selon la COPY F 71 07812 7 2081770 revendication 5, caractérisé en ce que les pièces de fixation des sections de la caisse de l'élément de combustion se chevauchant se composent de boulons soudés dans les sections extérieures de la caisse de l'élément de combustion, boulons qui 5 s'engagent avec du jeu dans les alésages correspondants des sections intérieures suivantes de la caisse de l'élément de combustion. 7°) Réacteur nucléaire équipé d'au moins un élément suivant l'une quelconque des revendications 10 1 à 6. qgpy