Brevet FR2100674A1 — publié le 19720324

La présente invention concerne les absorbeurs de neutrons. Dès .absorbeurs de neutrons thermiques sont utilisés_ dans des réacteurs nucléaires pour commander ou régler la réacti-5 vité et pour former des écrans contre l'irradiation par les neutrons de différentes parties des réacteurs. Des éléments convenables pour abdorber les neutrons peuvent être facilement choisis d'après les tables donnant les sections efficaces des éléments et les problèmes concernent seulement l'adaptation de l'absorbeur choisi à une forme 10 convenable pour l'utilisation à l'intérieur du coeur du réacteur.. L'invention a pour objet un absorbeur de neutrons adap-iant l'azote comme absorbeur de neutrons thermiques dans l'environnement d'un réacteur nucléaire réfrigéré par un gaz à haute température. 15 . Conformément à l'invention, un absorbeur de neutrons thermiques pour un réacteur nucléaire à haute température comprend un corps en matière céramique pMn contenant au moins du nitrure de silicium. Le corps en matière céramique peut contenir l'azote en proportion stoechiométrique ou bien peut être contenu dans de 20 l'azote sous pression dans un récipient étanche aux gaz. Dans les deux cas, le corps en matière céramique peut être utilisé comme barre de commande pour un réacteur nucléaire ou comme écran contre les neutrons thermiques. La section efficace d'absorption de l'azote sous la forme Si^N^ est telle que 25 l'utilisation de cette matière comme absorbeur de commande est limitée aux barres de commande de réglage et que cette matière ne convient pas pour la commande d'arrêt d'un réacteur nucléaire. Cependant, cette matière peut être rendue convenable en étant modifiée par une matière à section efficace supérieure. Le nitrure 30 de silicium et le procédé pour sa fabrication sont particulièrement avantageux car une quantité suffisante de poudre de bore, par exemple, peut être incorporée pour obtenir un absorbeur très puissant c'est-à-dire un absorbeur "opaque" permettant de l'utiliser dans une barre de commande d'arrêt. Par exemple, du nitrure de bore ou du carbure de 35 bore peut être mélangé avec de la poudre de nitrure de silicium en proportions comprises entre 50% et 1%-ou moins du composé du bore et 505É à 99# où plus de nitrure de silicium, ce mélange étant 71 18269 2 2100674 comprimé isostatiquement d'unë façon connue. Le' mélange est partiellement nitruré sous pression par chauffage dans de l'azote et il peut ensuite être usiné ou mis en fbrtne autrement dfune façon connue. Après la mise en forme, l'aggloméré est complètement 5 nitruré par chauffage à environ 1400°C dans de l'azote pendant une seconde période plus longue. Cependant, d'autres techniques connues pour obtenir une masse de nitrure de silicium peuvent être utilisées pour les mélanges de poudres constituant les matières premières. 10 Quand un inconvénient existe du point de vue de la fragilité et de la faible résistance aux chocs mécaniques des barres de commande formées avec ces matières, il est possible d'utiliser l'une des solutions suivantes. Il est possible d'incorporer des filaments de métaux réfractaires, par exemple de molyb-15 dène ou de tungstène, d'enfermer les barres de commande dans des enveloppes filamentaires en matière réfractaire convenable ou d'enfermer les barres de commande dans des boîtes en matière résistant aux hautes températures afin qu'en cas de rupture les pièces en matière céramique constituant l'absorbeur ne tombent pas 20 hors du coeur du réacteur. Une caractéristique connue du nitrure de silicium stoechiométrique est qu'une dénitruration a tendance à avoir lieu aux températures très élevées et dans une atmosphère pratiquement exempte d'azote à l'état gazeux, par exemple dans une atmosphère 25 formée par de l'hélium constituant le gaz réfrigérant du réacteur. Bien entendu, des précautions doivent être prises pour limiter la température du milieu environnant à une valeur inférieure à celle pour laquelle débute la dénitruration, mais cette opération est lente. S'il existe un risque que cette température soit dépas-sée pendant une durée dangereusement longue, une précaution peut être prise en établissant à la demande une atmosphère d'azote dans les tubes ou canaux de passage des barres de commande ou en enfermant la matière dans des boîtes contenant de l'azote sous pression ou encore en ajoutant simplement de l'azote au gaz réfrigérant du 35 réacteur. Quand le nitrure de silicium est utilisé comme écran thermique placé de façon permanente dans le réacteur, le nitrure de silicium, qui peut être à l'état de mousse pour assurer l'isole 71 18269 3 2100674 lement thermique, ou bien doit avoir l'épaisseur suffisante pour assurer l'absorption appropriée des neutrons thermiques du fait de sa teneur en azote, ou bien,dans le cas d'addition de bore,doit contenir une quantité suffisante de bore pour agir 5 pendant toute la durée de vie du réacteur. 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 18269 4 2100674 REVENDICATIONS I. Absorbeur de neutrons thermiques pour un réacteur nucléaire à haute température caractérisé par un corps plein en matière céramique contenant au moins du nitrure de sili-c ium. 5 2. Absorbeur de neutrons thermiques selon la revendi cation 1, caractérisé en ce que le corps plein en matière céramique est enfermé dans un récipient étanche contenant une atmosphère d'azote. 3. Absorbetr de neutrons thermiques selon la revendi- 10 cation 1, caractérisé en ce qu'il forme un absorbeur de neutrons thermiques introduit dans le coeur de réacteur nucléaire pour constituer un élément de commande pour le réglage de la réactivité. 4. Absorbeur de neutrons thermiques selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient une matière absorbant les 2^ neutrons ayant une section efficace de capture des neutrons thermiques supérieure à celle du nitrure de silicium. 5. Absorbeur de neutrons thermiques selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il contient soit du nitrure de bore soit du carbure de bore. 20 6. Absorbeur de neutrons thermiques caractérisé en ce qu'il est formé d'un mélange de nitrure de silicium et d'un composé du bore. 7. Absorbeur de neutrons thermiques selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il contient des filaments de renf cr - 25 cernent en métal réfractaire. 8. Absorbeur de neutrons thermiqu® selon la revendication 7, caractérisé en ce que le métal réfractaire est du molybdène. 9. Absorbeur de neutrons thermiques selon la revendication 7j caractérisé en ce que le métal réfractaire est du tungstène. ■50 10. Absorbeur de neutrons thermiques selon l'une quel conque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est contenu dans une enveloppe en matière filamentaire réfractaire. II. Absorbeur de neutrons thermiques selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est enfermé •jpj dans une boîte formant une gaine. 12. Absorbeur de neutrons thermiques selon la revendication 11, caractérisé en ce que la boîte contient de l'azote.