Brevet FR2093992A1 — publié le 19720204

La présente invention concerne des récipients- pour le combustible nucléaire. Une coquille extérieure mince se forme sur les pastilles de combustibles pendant le fonctionnement du réacteur 5 du fait de la combustion massique du combustible. Pendant le fonctionnement du réacteur, de la matière est ajoutée à cette coquille à partir du réservoir intérieur de matière combustible et à partir des produits de fission.» et il en résulte un accroissement constant de la coquille de la matière combusti-10 ble. Quand cette coquille atteint la gaine, elle provoque des contraintes appréciables dans celle-ci en raison de la forme symétrique de la coquille et des forces importantes qulelle exerce. Les contraintes établies dans la gaine du fait de la croissance de la coquille augmentent le risque de rupture de 15 la gaine et par suite de défaillance de 1*élément combustible. Les tentatives pour résoudre ce problème ont été jusqu'ici en général orientées dans le sens de la recherche d'alliages plus résistants pour les gaines. La présente invention a pour objet un élément com-20 bustible nucléaire d'une forme perfectionnée. L'invention a aussi pour objet un élément combustible nucléaire gainé dans lequel les contraintes établies dans la gaine pendant la combustion du combustible sont réduites. Un élément combustible selon l'invention comprend 25 au moins une pastille de combustible et un récipient pour cette pastille, le récipient comportant des parties saillantes intérieures pour briser la symétrie de la pastille de combustible quand cette pastille se dilate pendant le fonctionnement du réacteur. Avec les dispositions actuelles, quand la pastille de 30 combustible se dilate, la gaine exerce une force de compression sur la pastille. Avec la configuration d'un élément selon l'invention, les parties saillantes intérieures de la gaine provoquent une force de compression sur l'extérieur de la pastille et une contrainte de rupture à la traction sur le côté intérieur 35 de la coquille extérieure, cette contraint provoquant la rupture de la matière combustible dans la zone des parties saillantes et/ou le refoulement vers l'intérieur de cette matière en éta 71 20009 2 2093992 blissant ainsi les trajets de libération des tensions réduisant les contraintes imposées à la gaine. Par suite, l'invention permet d'obtenir un élément combustible ayant une durée de vie plus longue. 5 Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une coupe schématique d'un élément ■10 combustible selon une technique antérieure, et la figure 2 est une coupe schématique d'un élément combustible selon un mode de mise en oeuvre de l'invention. Bien qu'un élément combustible selon l'invention puisse être fabriqué de nombreuses façons, suivant un mode- de 15 mise en oeuvre préféré de l'invention les pastilles de combustible et la structure comportant la gaine et les nervures de cette structure sont de préférence fabriquées séparément. Suivant un mode de réalisation typique, la matière combustible est sous la forme d'une pastille cylindrique dis-20 posée à l'intérieur d'une structure de gaine tubulaire comportant des bouchons aux extrémités. Suivant un procédé pour former un élément selon l'invention, une ou plusieurs nervures de gaine sont fixées à un bouchon d'extrémité qui est ensuite soudé à une extrémité du tube de gainage afin que les nervures de 25 la gaine se trouvent le long de la surface intérieure du tube. Les pastilles de combustible sont ensuite introduites dans le tube. Comme le combustible touche les nervures de la gaine au lieu de la surface intérieure du tube, un espace est établi entre le combustible et la surface de la gaine dans la zone des 30 nervures de la gaine. Le vide est ensuite établi dans le tube, et un gaz inerte est introduit dans le tube, après quoi l'autre bouchon d'extrémité est fixé. Il est possible aussi de former les nervures de la gaine d'une seule pièce avec celle-ci par emboutissage, par 35 réduction du tube, par formage intérieur, par laminage avec fluage, par laminage d'une bande ou par soudage. 71 20009 3 2093992 Les nervures ou parties saillantes de l'élément combustible selon l'invention doivent avoir des formes telles que des forces élevées localisées soient exercées sur la matière combustible et que les forces localisées exercées sur 5 la gaine soient relativement faibles. Une nervure en V ayant son sommet orienté vers la matière combustible est en général préférable, le sommet ou arête de la nervure étant en général arrondi de la façon représentée sur la figure 2. Sur les figures 1 et 2, les gaines sont désignées 10 respectivement par les références 1 et 1', les pastilles combustibles par la référence 2 et une nervure selon l'invention par la référence 3. L'invention est illustrée plus particulièrement par l'exemple suivant : 15 Exemple Dans un élément combustible typique à gaine tubu-laire d'un diamètre de 6,35 mm» le jeu radial entre la matière combustible et la gaine peut être initialement de 0,18 mm et la nervure selon l'invention, dans le cas d'une nervure unique, 20 peut avoir une hauteur de 0,125 à 0,150 mm, la nervure ayant à la base une largeur pouvant atteindre 0,38 mm. Il est évident que la nervure peut être formée de n'importe quelle matière compatible avec la matière combustible et avec le reste de la structure de gaine, bien qu'il soit pré-25 férable que la nervure soit formée de la même matière que le reste de la structure de gaine. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. 71 20009 4 2093992 REVENDICATIONS 1. Récipient pour combustible nucléaire caractérisé par au moins une partie saillante dépassant de la surface intérieure du récipient vers la surface extérieure de la ma- 5 tière combustible. 2. Elément'combustible pour un réacteur nucléaire caractérisé par une masse de combustible nucléaire ayant une surface extérieure, un récipient pour contenir cette matière combustible et ayant une surface extérieure et une surface 10 intérieure entourant la matière combustible, un espace entre la surface intérieure du récipient et la surface extérieure de la matière combustible, et au moins une partie saillante dépassant de la surface intérieure du récipient vers la matière combustible. 15 3. Elément combustible selon la revendication 2 ca ractérisé en ce que la partie saillante fait partie du récipient. 4. Elément combustible selon la revendication 2 carac térisé en ce. que la partie saillante est une pièce séparée du 20 récipient. 5. Elément combustible selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que le récipient comport plusieurs parties saillantes. 6. Elément combustible selon l'une quelconque des re-25 vendications 2 à 5 caractérisé en ce que le combustible nuclé aire est sous la forme d'un cylindre.