Brevet FR2086021A1 — publié le 19711231

La présente invention concerne clés éléments combustibles nucléaires enrichis-en plutonium et» plue spécialement, des procédés de production d'éléments combustibles du type comprenant une masse de particules céramiques grossières et fines tassées par vibration. 5 les éléments combustibles réalisés en chargeant dans un réci pient des particules céramiques grossières et en remplissant les interstices avec des particules finement divisées par tassement par vibration sont bien connus. Des éléments combustibles enrichis en plutonium ont été réalisés par cette technique, comme décrit par 10 exemple par J.J. Hauth dans "Yibratory Compacting", Plénum Press, New York 1967» page 260, les particules céramiques étant en plutonium et uranium sous forme d'oxydes. Selon l'invention, un procédé de production d'un élément combustible nucléaire enrichi en plutonium consiste à charger dans un réci-15 pient une masse de granules céramiques comprenant au moins des particules grossières et finement divisées et à tasser la masse en utilisant une technique de tassement par vibration, les particules grossières contenant du plutonium et de l'uranium (ou du thorium) tandis que les granules finement divisés ne contiennent que de 20 l'uranium (ou du thorium). On ne désignera ci-après que des matières céramiques à base de plutonium/uranium et d'uranium, mais il est bien entendu que cette expression englobe également une matière céramique à base de plutonium/thorium et de thorium. Selon l'invention, la masse tassée peut contenir une fraction 25 grossière présentant un enrichissement normal en plutonium et qui peut être diluée par une fraction finement divisée contenant de l'uranium seul pour atteindre un niveau désiré d'enrichissement du combustible au stade de tassement par vibration» en faisant varier la proportion du diluant. 30 On peut s'attendre à ce que la dilution d'une fraction princi pale de particules grossières contenant du plutonium et de l'uranium correspondant à un enrichissement normal en uranium seul réduise le prix de fabrication d'un combustible enrichi en plutonium. Par exemple, une certaine proportion du combustible est constituée par de 35 l'uranium seul et ledit combustible peut être produit dans une installation qui n'est soumise qu'aux normes de sécurité concernant l'uranium. La production séparée de fractions contenant du plutonium 71 12834 2086021 et de l'uranium seul réduit les xZg%om bêta et gamma sont considérablement réduits. Dans un procédé préféré de production d'un élément combustible nucléaire suivant l'invention, la fraction grossière des granules 15 céramiques comprend deux fractions dont une contient du plutonium, tandis que l'autre contient de l'uranium seul. Dans une variante, on prévoit des granules céramiques d'une grosseur intermédiaire qui, comme les granules finement divisés, contiennent de l'uranium seul, tandis que le plutonium est contenu dans les granules grossiers. Le 20 procédé préféré et celui donné à titre de variante pour produire un élément combustible ont l'avantage de permettre de choisir des quantités optimales des diverses grosseurs de granules pour produire un élément combustible présentant un degré désiré de tassement et un enrichissement global voulu tout en utilisant des granules présen-25 tant un enrichissement normal. La forme préférée des granules comprend des microspiières précipitées par gélification étant donné qu'elles réduisent la formation de poussière et qu'elles ont également l'avantage d'accélérer le processus de tassement par vibration. 30 Un procédé de production d'un élément combustible nucléaire enrichi en plutonium selon l'invention et qui n'est donné qu'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 comprenant une gainé et à tasser la 35 masse par vibration avant de fermer la gaine. On produit deux types de microsphères grossières î l'un d'une dimension de 950 microns contenant des quantités égales d'oxydes de plutonium et d'uranium BAD original 71 12834 2086021 pour fournir un enrichissement normal de 50 f°,et l'autre d'une dimension de 950 microns comprenant de l'oxyde d'uranium seul, les granules finement divisés contiennent de l'oxyde d'uranium seul et ont une dimension de 90 microns, la gaine de l'élément combustible est en 5 acier inoxydable d'une longueur de 2,7 mètres, d'un diamètre externe de 5»84 millimètres et d'une épaisseur de paroi de 0,38 millimètre. On prépare les microsphères à raison de 1,5 partie en poids d'oxydes mixtes, de 1,5 partie en poids de microsphères grossières contenant de l'oxyde d'u^^niu® e"t de 1 partie en poids de microsphères fine-10 ment divisées contenant de l'oxyde d'uranium. On mélange les microsphères grossières contenant les oxydes mixtes et de l'uranium seul et les introduit dans la gaine de. l'élément combustible dont une extrémité est fermée. Ensuite, on introduit les sphères d'oxyde d'uranium finement divisées dans la gaine et en maintenant ladite gaine 15 en position verticale, alors que les granules finement divisés sont généralement dans sa partie supérieure, on la soumet à une vibration pour que les microsphères finement divisées s'infiltrent dans les interstices de la masse des microsphères grossières, la masse des microsphères est tassée par vibration à une densité de 80 "A de la 20 densité théorique et l'élément combustible est terminé en le fermant par un chapeau d'extrémité, l'élément combustible résultant présente un enrichissement global en plutonium de 19 % environ. On peut réaliser de petits éléments combustibles présentant divers enrichissements globaux en faisant simplement varier le rapport des micro-25 sphères d'oxydes mixtes et des microsphères grossières contenant de l'uranium. Dans une construction généralement analogue d'un élément combustible enrichi en plutonium, les microsphères contenant de l'uranium du type grossier sont remplacées par des microsphères contenant de 30 l'uranium seul d'une dimension intermédiaire de 500 microns. 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 l'invention. 71 12834 2086021 - revendications - 1. Procédé de production d'un élément combustible nucléaire enrichi en plutonium consistant à charger dans un récipient une masse de granules céramiques présentant au moins des particules 5 grossières et finement divisées et à tasser la masse en utilisant une technique de tassement par vibration, procédé caractérisé en ce que les particules grossières contiennent du plutonium et de I l'uranium (ou du thorium) tandis que les granules finement divisés ne contiennent que de l'uranium (ou du thorium). 10 2\ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les granules grossiers sont en deux fractions, une fraction contenant du plutonium et de l'uranium (ou du thorium), tandis que la seconde fraction ne contient que de 1'uranium (ou du thorium). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 15 les granules grossiers sont mélangés avec des granules de grosseur intermédiaire qui ne contiennent que de l'uranium (ou du thorium). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les granules grossiers contenant du plutonium sont mélangés avec des oxydes mixtes de plutonium et d'uranium (ou de thorium) et les granules restants contiennent de 20 l'oxyde d'uranium (ou de thorium). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les granules sont des microsphères précipitéesTïfétat ~ d ë^gel.