Brevet FR2104678A1 — publié le 19720421

- La présente invention est relative à un élément combustible, plus particulièrement prévu pour fonctionner dans un réacteur nucléaire dit à haute température et comprenant à cet effet une masse combustible constituée de particules solides d'un 5 matériau fissile, sous forme notamment d'oxyde ou de carbure dispersé dans une matrice de support généralement en matériau carboné, notamment en graphite, cette masse combustible se présentant sous la forme d'un cylindre creux, entouré intérieurement et extérieurement par des boîtiers de graphite,1'ensemble 10 étant placé dans un écoulement de gaz de refroidissement, notamment de l'hélium, circulant selon la direction de l'axe de l'élément en étant au contact de la surface des deux boîtiers au centre et à l'extérieur de l'élément. Dans les réalisations classiques de tels éléments où 15 le cylindre combustible est séparé des surfaces en regard des deux boîtiers par des jeux annulaires réduits, on constate en fonctionnement et tout particulièrement du fait de l'irradiation, une contraction au retrait du cylindre plus importante que pour les boîtiers de graphite, ce qui conduit à une augmentation 20 progressive du jeu initial entre le cylindre combustible et le boîtier externe et à une diminution du jeu entre ce même cylindre et le boîtier interne. Dans certaines conditions, ce dernier jeu s'annule et tend même à devenir négatif, ce qui correspond à un frettage du cylindre combustible sur le boîtier interne, engen-25 drant dans ces organes des contraintes très élevées. Il en résulte un double inconvénient : en premier lieu, le cylindre combustible sous tension peut se rompre. En second lieu, du fait de l'évolution conduisant à une augmentation du jeu externe et à un contact entre le cylindre et le boîtier interne, le flux 30 de chaleur externe décroît progressivement tandis que le flux interne croît. La puissance dégagée s'évacue alors préférentiel-'lement vers l'intérieur de l'élément à travers la paroi du boîtier interne qui présente la surface de refroidissement la plus faible des deux boîtiers, ce qui conduit à une surchauffe 35 du combustible. La présente invention a pour objet une nouvelle disposition d'élément combustible pour réacteur nucléaire à haute 70 24805 2 2104678 température qui évite ces inconvénients„ A cet effetr 11 élément considéré se caractérise en ce que le cylindre combustible comporte une fente radiale s'étendant sur iroute la hauteur du cylindre appliqué par son élasticité propre contre la surface en 5 rsgard de l'un des boîtiers. Dans un mode de réalisation préféré, le cylindre combustible est en contact avec la surface interne du boîtier externe. De préférence également, la fente radiale du cylindre combustible présente une largeur comprise entre 0,2 et 1 mm. 10 D'autres caractéristiques d'un élément combustible - selon l'invention apparaîtront encore à travers la description qui suit de deux exemples de réalisation, donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la Fig. 1 est une vue schématique en coupe d'un 15 élément combustible d'un type déjà connu ; - les Fig. 2 et 3 sont des vues en coupe d'éléments combustibles établis conformément à l'invention. Sur la Fig. 1, l'élément combustible représenté, désigné dans son ensemble par la référence 1, comporte vu"en 20 coupe transversale un cylindre circulaire creux 2, constitué par une dispersion de particules d'un matériau fissile enrobées dans une matrice carbonée, par exemple par un oxyde ou un' carbure d'uranium dispersé dans du graphite. Le cylindre combustible 2 est entouré intérieurement et extérieurement par deux boîtiers, 25 respectivement 3 et 4, réalisés en graphite. Ce refroidissement ■ de l'élément ainsi constitué est assuré en fonctionnement, par circulation continue d'un gaz approprié, tel que l'hélium, s'écoulant selon la direction de l'axe du cylindre combustible, d'une part dans la région 5 laissée libre au centre du boîtier 30 interne 3 et d'autre part dans la région annulaire 6 qui entoure extérieurement le boîtier 4 en étant délimitée entre la surface externe de ce dernier et une structure annulaire 7 coaxiale appartenant au réacteur lui-même. Dans un tel élément combustible dont la réalisation en 35 elle-même parfaitement classique, est bien adaptée aux exigences de fonctionnement des réacteurs nucléaires dits à haute température, le cylindre combustible 2 est séparé de ses boîtiers 70 24805 3 2104678 interne 3 et externe 4 par des jeux annulaires respectivement 8 et 9. En fonctionnement et plus particulièrement du fait de l'irradiation à laquelle se trouve soumis le cylindre combustible et les boîtiers qui l'entourent, se produit une contraction ou 5 retrait du cylindre combustible 2, qui tend à augmenter le jeu 9 et à diminuer le jeu 8. A la limite, ce jeu 8 s'annule et devient même négatif, le cylindre 2 étant alors fretté sur le boîtier 3,ce qui conduit aux inconvénients précédemment mentionnés. Sur la vue en coupe illustrée sur la Fig. 2, on a 10 représenté en utilisant les mêmes chiffres de référence, un élément combustible établi conformément à l'invention. Sur cette figure, an retrouve le cylindre combustible 2 ainsi que les boîtiers interne 3 et externe 4 entourant celui-ci. Toutefois, dans cë mode de réalisation, on constate que, si le jeu 8 est 15 conservé, le jeu prévu entre le boîtier externe 4 et le cylindre 2 est totalement éliminé. Dans ce but et conformément à l'invention, le cylindre combustible 2 présente une fente radiale 10 s'étendant sur toute la hauteur du cylindre et conférant à ce dernier une .certaine élasticité lui permettant au montage de 20 venir s'appliquer contre la surface interne du boîtier externe et de se maintenir en permanence en position. La fente radiale 10 permet en effet d'encaisser en fonctionnement le retrait du cylindre combustible 2, le flux de chaleur produit s'évacuant plus commodément qu'à travers le boîtier interne 3 du fait de la 25 surface plus grande qui lui est offerte. La répartition des contraintes thermiques, résultant du gradient de température dans le cylindre combustible 2 (la surface interne est plus chaude que la surface externe), favorise l'appui du cylindre combustible 2 sur la surface interne du boîtier 4. A noter en outre que 30 l'irradiation, en améliorant légèrement les caractéristiques élastiques des matériaux graphités améliore encore le contact permanent du cylindre combustible 2 avec la surface interne du boîtier 4. Dans une autre variante représentée sur la Fig. 3, 35 c'est le montage inverse qui est adopté où le cylindre combustible '2 est cette fois en contact avec le boîtier interne "3", le seul jeu conservé étant celui qui existe au montage entre ce tt 3 , i 70 24805 4 2104678 cylindre et le boîtier externe 4. Le principe de ce montage est identique au. précédent, le cylindre 2 avec sa fente radiale 10 étant maintenu par son élasticité propre contre la surface interne du boîtier. 5 Quel que soit donc le mode de montage adopté, l'élément réalise la suppression de l'un des jeux entre le combustible et un boîtier, ce qui conduit à une réduction du jeu total et procure un gain important sur la température atteinte au cnsur du cylindre combustible. 10 Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. h j775-3 F 70 24805 5 2104678 REVENDICATIONS 1°/ El ément combustible, comprenant un cylindre combustible creux entouré par un boîtier interne et un boîtier externe coaxiaux, caractérisé en ce que le cylindre combustible comporte une fente radiale s'étendant sur toute la hauteur du 5 cylindre appliqué par son élasticité propre contre la surface en regard de l'un des boîtiers. 2°/ Elément combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre combustible est en contact avec la surface interne du boîtier externe. 10 3°/ Elément combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fente radiale du cylindre combustible présente une largeur comprise entre 0,2 et 1 mm. 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