Brevet FR2088355A1 — publié le 19720107

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la régulation d'un réacteur nucléaire comportant des éléments de fonctionnement, de forme sphérique, en vrac. Pour la régulation dun réacteur nucléaire, il est connu d'utiliser barres de réglage et/ou des barres dtarrêt qui7 suivant leur position, assurent une variation de la puissance du réacteur ou même l?arrat de celui-ci. Dans le cas des réacteurs à éléments spheriques. en vrac, on introduit directement les barres de réglage ou d"arrêt dans la masse de corps sphériques.-En général, pour modifier la puissance, il faut déplacer les barres dans un sens ou dans l'autre.Par ce mouvement, il se produit un frottement des éléments de fonctionnement et, dans certains cas, on peut aboutir à un endommagement d:un élément de fonctionnement, de sorte que les produits de fission nocifs arrivent dans le circuit primaire. Comme agent de transfert calorifique dans le circuit primaire on utilise dans le cas des réacteurs à masse de corps sphériques, en vrac, un gaz et de préférence de l'hélium Comme élément de fonctionnement3 on utilise des éléments combustibles, des billes en graphite sans addition de combustible et des éléments absorbants. '::~ La présente invention a-pour but de remédier aux inconvénients des procédés et dispositifs connus et se propose de créer un moyen de régulation pour-un réacteur nucléaire ayant un remplissage deéléments de fonctionnement sphériques, en vrac, afin dgéviter la surcharge indésirable des éléments de fonctionnement et leusure élevé par frottement, de ces éléments de fonctionnement. A cet effet, on se propose d?utiliser les barres de réglage et/ou d'arrêt, aussi bien pour le réglage en température que pour le réglage en puissance du réacteur, ainsi que pour compenser les variations locales de flux dîélectrons. A cet effet, la présente invention concerne un procédé pour la régulation d'un réacteur nucléaire comportant un remplissage, en vrac d'éléments de fonctionnement sphériques, procédé caractérisé en ce que,pour le réglage et l'arrêt du réacteur, des gaines,contenant dans leur volume intérieur les parties absorbantes, sont amenées dans une position prédéterminée pour le domaine de puissance à régler dans la masse en vrac de sphères du réacteur, et les parties absorbantes sont déplacées dans la direction axiale, å lVintérieur des gaines, à l'aide de dispositifs de réglage en fonction de l'opération de réglage prédéterminée. Selon le procédé de l'invention, on utilise, à la place des barres absorbantes connues, des gaines, rarement déplacées mais contenant intérieurement des parties absorbantes librement mobiles. La charge des éléments de fonctionnement est ainsi réduite à un minimum au cours d'une operation de réglage. Ce n'est que lors de l'introduction des gaines dans la masse d'éléments combustibles sphériques que les éléments de fonctionnement sont soumis à une charge. Par un mouvement très lent des gaines, on peut déterminer cette charge de façon à exclure dans tous cas, avec la plus grande probabilité, une destruction des éléments de fonctionnement. Dans les gaines, se trouvent les parties absorbantes proprement dites qui peuvent être deplacees sans être gênées par les éléments de fonctionnement, a l'intérieur de la gaine correspondante avec une vitesse quefconque. Ainsi, grâce au procédé selon l'invention, on peut introduire les gaines,jusque dans le domaine de puissance choisie, dans le réacteur à masses sphériques et effectuer alors le réglage à l'aide des parties absorbantes, libres de mouvement, à l'intérieur de la gaine. Grâce au mode de réalisation et au montage selon l'invention, on peut remplacer les gaines, après usure, aussi facilement que les barres absorbantes connues. En plus du réglage de la puissance du réacteur comme indiqué ci-dessus, ces gaines, et ces barres de réglage et d'arrêt peuvent également servir à arrêter complètement le réacteur par leur introduction à grande profondeur dans le réacteur En ce qui concerne les forces latérales créées le cas échéant sur les barres de réglage, il est avantageux que de telles barres, q ui sont amenées jusqu'au voisinage du fond ou presque au fond du réacteur, soient disposées dans la zone de ltorifice d'extraction prévu dans le fond du réac teur ou, lorsqu'il s'agit de réacteurs assez grands, de prévoir des orifices d'extraction, notamment lorsque la gaine n'est pas réalisée en un matériau très résistant du point de vue mécanique, pour avoir une petite section de captage de neutrons. Comme on l'a déjà remarqué, l'introduction et l'extraction des gaines s'effectue relativement lentement. Dans le cas d'un réacteur de dimensions moyennes, la durée d'introduction des gaines peut être de l'ordre d'une semaine ou plus Notamment lorsque le réacteur comporte une circulation d'éléments combustibles, on facilite l'introduction des gaines par le mouvement d'alimentation des éléments combustibles au cours de leur mise en circulation. Lors de la circulation, les éléments de fonctionnement sont extraits dans la partie inférieure du réacteur et sont,de nouveau,ramenés dans la partie supérieure après être passés dans des dispositifs de sélection et de transport. Pour la mise en oeuvre du procédé, on utilise en général des barres de réglage et d'arrêt qui sont constituées par une gaine coulissante dans la direction axiale et des parties absorbantes, coulissant également axialement dans la gaine. La gaine est de préférence réalisée en un matériau ayant une faible section efficace pour les neutrons, de préférence du graphite. La partie absorbante elle-même est fixee à un élément souple, de préférence à un câble, lorsque les gaines sont verticales,et cette partie absorbante peut être soulevée ou abaissée à l'aide d'un dispositif d'enroulement. Le dispositif d'enroulement lui-même est commande par un dispositif de commande agissant par le câble,pour que le câble reste toujours tendu et que la partie absorbante ne repose pa sur le fond de la gaine. Suivant une autre caracteristique de l'invention, la paroi extérieure de la gaine peut comporter un ou plusieurs filetages. La gaine est alors associée à un dispositif dlen- trainement qui lui donne, non seulement un mouvement axial, mais également un mouvement de rotation. On facilite ainsi l'introduction de la gaine. La présente invention est décrite ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans l'unique figure annexée. La figure montre une vue en coupe d'une gaine et de la partie absorbante correspondante ainsi que des dispositifs d'entraînement de cette gaine et de cette partie absorbante. La gaine i est creuse et reçoit, dans son volume intérieur 2 la partie absorbante 3. Un dispositif d'entraînement assure le coulissement axial de la gaine i en même temps qu'une rotation. Le dispositif d'entraînement de la gaine 1 est essentiellement constitué par un moteur électrique 4 relié a l'arbre 5, une pièce cylindrique 6 fixée au boîtier 7 du moteur électrique 4. Cette pièce cylindrique 6 comporte un filetage intérieur 8. La gaine 1 comprend également le manchon 9 à filetage extérieur 10 et les pièces de glissement 11, ainsi que l'arbre 12 muni de rainures 13 pour les pièces de glissement 11. L'arbre 12 est relié solidairement à l'arbre 5. Les filetages 8 et 10 de la pièce cylindrique 6 et du manchon 9 sont en prise. La gaine 1 est fixée au manchon 9. A ltextrémité inférieure de la pièce inférieure 6, est prévu un organe de guidage 14 pour la gaine 1, cet organe formant en même temps la fermeture inférieure de la pièce cylindrique 6. La gaine est en graphite et sa paroi extérieure 15 présente un filetage 16. Le moteur électrique 4 entraîne l'arbre 5 en rotation vers la gauche ou vers la droite. Ce mouvement est transmis par l'arbre 12 au manchon 9 Les filetages 10 et 8, qui sont en prise, assurent le coulissement du manchon 9 suivant le sens de rotation, ctest-à-dire dans le sens ascendant ou descendant. Les pièces de glissement Il glissent ainsi dans les rainures 13. Comme le manchon 9 est relié solidairement à la gaine 1, cela produit le déplacement de cette gaine 1. Le mouvement de rotation et le filetage 16 facilitent la pnétratio de la gaine 1 dans la masse sphérique. Pour commander la partie absorbante 3, il est prévu un moyen de réglage. Ce moyen est constitué par un dispositif d'enroulement, un moteur électrique 17 et le tambour à câble 18 muni du câble l9. Le câble 19 passe dans les arbres 5 et 12 qui comportent des perçages. Sur le moteur électrique 17, est prévu un indicateur de position 20 qui permet de lire la position de la partie absorbante 3 dans la gaine 1. Un dispositif de guidage.à câble 21 sert à l'enroulement et au déroulement réguliers du câble 19. Le dispositif de contrôle 22 surveille la tension du câble. Le carter 23 du dispositif d'enroulement est prévu sur le boîtier 7 de ltentraînement électrique 4 de la gaine 1. 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 formes et d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 10) Procédé pour la régulation deun réacteur nucléaire comportant un remplissage en vrac d'éléments combustibles sphériques, procédé caractérisé en ce que, pour la régulation et l'arrêt du réacteur, les gaines contenant dans leur volume intérieur les parties absorbantes sont amenées dans une position prédéterminée pour le domaine de puissance à régler dans la masse de corps sphériques du réacteur et les parties absorbantes sont déplacées dans la direction axiale à l'intérieur des gaines, à l'aide de dispositifs de réglages en fonction de l'opération de régulation prédeterminee. 20) Procédé selon la revendication~1 caractérisé en ce que la vitesse d'introduction des gaines est déterminée en fonction de la possibilite de charge des éléments de fonctionnement. 30) Barre de réglage et arrêt pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications I et 2, caractérisée par une gaine coulissant dans le direction axiale et une partie- absorbante, également coulis- sante dans la direction axialé à lEintérieur de la gaine 4 ) Barre de réglage selon la revendication 2, caractérisée en ce que la gaine est constituée- en un matériau de section efficace faible pour les neutrons, tel que du graophite. 50) Barre de réglage selon l'une quelconque des revendications 3- et 4, caractérisée en ce que la partie absorbante est fixée à un élément souple tel qu'un câble qui est relie à un dispositif d'enroulement0 60) Barre de réglage selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que le dispositif d'enroulement est surveillé à l'aide d'un dispositif de contrôle, en contact avec le câble. 70) Barre de réglage selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en ce que la paroi extérieure de la gaine c-omporte un filetage a- un ou plusieurs pas ,et la gaine est associée à un dispositif d'entraînement qui communique à la gaine un mouvement de rotation en même temps qu'un mouvement de coulissement axial.