Brevet FR2092779A1 — publié le 19720128

La présente invention, due à Monsieur Jacques PAJOT du Commissariat à l'Energie Atomique et à Monsieur Pierre MENIS5IER de la Société Industrielle de Combustible Nucléaire, a pour objet un procédé et un dispositif de remplissage de gaine de combustible nucléaire. On sait que les éléments de combustible destinés à certains types de réacteurs, et notamment aux réacteurs à neutrons rapides refroidis par circulation de sodium fondu, sont constitués par un empilement de pastilles de combustible nucléaire céramique dans une gaine,, L'empilement porte sur l'un des bouchons terminaux de la gaine et entre l'autre bouchon et la face terminale de l'empilement subsiste un espace de collection de gaz de fission, Un ressort ou un autre organe de retenue maintient l'empilement de pastilles en place au cours des manutentions. Jusqu'à présent on s'est contenté de préparer un empilement de longueur constante dans les limites de tolérance données puis d'introduire cet empilement dans la gaine, éventuellement en y ajoutant une cale d'épaisseur. Si cette méthode a l'avantage d'être simple et de conduire à l'emploi d'un ressort de longueur sensiblement constante pour retenir la colonne de combustible, elle a en contrepartie l'inconvénient de donner naissance à des écarts relativement importants sur les poids de combustible contenu dans les diverses aiguilles,, Cette dispersion est due aux variations de la masse par unité de longueur entre les pastilles utilisées et au fait que l'identité de longueur ne peut être réalisée qu'avec une précision qui correspond à la longueur unitaire des pastilles. Cette dispersion a des conséquences gênantes, en particulier sur la neutronique du réacteur. La présente invention vise à fournir un procédé et un dispositif de remplissage de gaines de combustible qui pallie dans une large mesure les inconvénients ci-dessus. Dans ce but, l'invention propose notamment un procédé suivant lequel, pour constituer un empilement de pastilles de poids compris entre P et P + dP on constitue un empilement de jn pastilles (ri, P et dP étant prédéterminés), on pèse ledit empilement, on l'écarte si son poids est supérieur à P + dP, et on l'introduit en gaine dans les autres cas après avoir ajouté à l'empilement, si 70 22446 2 2092779 celui-ci présente un poids inférieur à F, nombre de pastilles déterminé en fonction de la différence pour ramener le poids à une valeur comprise entre P et P +■ dPc Le ncmbre _n de pastilles est évidemment déterminé 5 en fonction du poids unitaire théorique et de la longueur d'empilement jugée minimum : le nombre m de pastilles supplémentaires à ajouter est facilement déterminé par voie entièrement automatique à l'aide d'un simple sélecteur qui déclenche l'apport de une ou plusieurs pastilles suivant la 10 valeur de la différence. Le procédé suivant l'invention comporte avantageusement, avant introduction de l'empilement dans la gaine, une étape supplémentaire de contrôle de longueur de l'empilement, au cours duquel on écarte l'empilement si sa longueur dépasse 15 une valeur déterminée 1 + dl et on ajoute, si sa langueur est inférieure à _1, des cales en combustible à faible section de capture de fission (UO^ non enrichi par exemple) ou en un matériau non fissile. Cette étape est pratiquement nécessaire si l'on utilise un ressort pour maintenir en 20 place la colonne de pastilles lors du transport étant donné que la flèche de ce ressort fixe la force qu'il exerce. Dans ce cas, d'ailleurs, on peut également prévoir d'insérer au minimum une cale entre l'empilement et le ressort pour servir d'appui à celui-ci. 25 L'invention vise également à fournir un dispositif pour mettre en oeuvre de façon automatique le procédé qui vient d'être décrit. Elle sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un procédé constituant un mode de mise en oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemple 30 non limitatif, et d'un dispositif permettant de le mettre en oeuvre, La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels : . La figure 1 montre très schématiquement, en élévation, l'introduction de jn pastilles dans une goulotte et les organes 35 intervenant lors de cette opération ; La figure 2 montre la position de la goulotte lors de l'opération de la fig. 1, vue dans le sens de la flèche _£ de la'fig. 1 ; Les figures 3 et 4, respectivement similaires aux figs. 40 1 et 2, montrent les opérations de pesée de l'empilement et 70 22446 3 2092779 d'apport éventuel de pastilles d'appoint ainsi que les organes qui interviennent lors de ces opérations ; Les figures 5 et 6, encore similaires aux figs. 1 et 2, montrent l'opération de mesure de longueur et les or-5 ganes qui interviennent alors ; enfin, Les figures 7 et 8 montrent les opérations de correction de longueur et de mise en gaine de l'empilement e:e pastilles. Le dispositif illustré peut être regardé comme 10 constitué de plusieurs ensembles qui opèrent successivement et d'un convoyeur schématisé sur les figs. 2, 4, 6 et B par un disque rotatif qui fait passer l'empilement du poste de travail d'un ensemble à celui de l'ensemble suivant à l'issue de chaque intervention. Un automatisme séquentiel non représenté 15 de type classique commande les passages d'un poste de travail au suivant et déclenche le fonctionnement de chaque ensemble. Un premier ensemble (figs. 1 et 2) est destiné à introduire dans une goulotte 10 portée par le disque rotatif 12 formant carrousel un nombre prédéterminé n de pastilles (B3 par 20 exemple). La goulotte 10 comporte une partie terminale mobile, pouvant venir de l'orientation illustrée en traits pleins à celle indiquée en tirets dans un but qui sera défini plus loin. Cet ensemble comprend un poussoir 14 qu'un mécanisme oscillant 1G commandé par un moteur 18 permet d'animer d'un mouvement de va 25 et vient. Lors de chaque avance du poussoir 14, celui-ci refoule dans la goulotte 10 une pastille 20 provenant d'un couloir d'alimentation 22 obturable par un tiroir 24, Un. compteur 26 arrête le "2teur .16 lorsque le nombre de va et vient du poussoir correspond au nombre n de pastilles à introduire. 30 En même temps qu'il commande l'arrêt du moteur 15, le compteur 26 envoie à l'automatisme à séquence un signal qui déclenche la rotation du disque 12 et fait passer la goulotte de la position illustrée en Fig.2 à la position illustrée en Fig.3. Dès que le disque atteint sa nouvelle position, un mécanisme de 35 reprise, schématisé sur la Fig.4 sous forme d'un simple bras oscillant 26 terminé par un berceau, détache la goulotte 10 du disque 12 et passe de la position illustrée en traits pleins à la position indiquée en tirets pour laquelle la goulotte repose sur le plateau 28 d'une balance automatique 30. Cette balarrce 30 70 22446 4 2092779 commande, par l'intermédiaire d'un codeur numérique 32 et d'une mémoire tampon 34, un dispositif de discrimination 36. Ce dispositif de discrimination est constitué par un système numérique dont le nombre de décades est fixé par le nombre maximum de pas-5 tilles que l'an juge tolérable d'ajouter. Dans le cas illustré, ce nombre est de quatre. Le dispositif comporte alors sept sorties, constituées par des relais dont un seul est excité à la suite d'une mesure. Les sorties 38 et 40 correspondent l'une et l'autre au rebut de l'empilement respectivement pour poids 10 insuffisant ou poids excessif. La sortie 42 correspond à un empilement dans le domaine acceptable sans adjonction de pastilles, c'est-à-dire entre P et P + dP. Les quatre autres sorties, désignées par 44, correspondent à l'adjonction d'une, deux, trois ou quatre pastilles. A titre d'exemple, si l'on estime que le poids 15 de l'empilement doit être compris entre 873g et 875,2 g, le poids unitaire moyen de chaque pastille étant 2,2 g, on peut schématiser la discrimination par le tableau 1 suivant : TABLEAU I 20 25 Le dispositif de discrimination est avantageusement ajustable pour tenir compte des variations possibles du poids moyen des pastilles au cours de la fabrication. Dans le dispositif de la Fig.4 le codeur 32 attaque 30 non seulement le discriminateur, mais aussi un dispositif 46 centralisateur de données permettant de conserver les caractéristiques de l'ensemble des empilements. Bornes d' intervalles Intervention rejet Nombre de pastilles de complément 0875,2g 0873,0g 0870,8g 0868,6g 0866,4g 0864,2 g Acceptation rejet 2,2 g 1 2,2 g Choix 2 2,2 g 3 2,2 g 4 70 22446 5 2092779 une fais la discrimination effectuée, l'automatisme à séquence provoque le retour du bras 26 dans sa position d'origine, le reverrouillage de la goulotte 10 sur le disque 12 et l'adjonction éventuelle des pastilles de complément (dans le cas où une des sorties 44 a été excitée). Cette adjonction s'effectue par un nombre convenable de va et vient d'un poussoir à crémaillère 40 actionné par un moto-réducteur 50, enfonçant des pastilles provenant d'un couloir d'alimentation 52. Une fois cette opération terminée, le disque 12 est commandé de nouveau et vient dans la position illustrée en Fig.6 où il présente la goulotte à un ensemble de mesure de longueur d'empilement (Fig.5). Cette phase du procédé est évidemment omise si c'est la sortie 38 ou 40 qui a été précédemment excitée de sorte que l'empilement doit être rebuté. L'ensemble illustré en Fig.5 comprend un bâti fixe 52 muni d'une butée fixe 54 face à une des extrémités de l'empilement et une touche mobile 56 portée par un chariot 5B qui se déplace le long d'une règle étalon 60. Un moteur non représenté déplace le chariot dans le sens de la flèche. La touche refoule l'empilement contre la butée fixe 54 et s'immobilise (par exemple par patinage d'un accouplement limi-teur d'effort prévu à cet effet : un lecteur 62 intervient alors et fournit à un compteur 64 une indication qui est envoyée d'une part au centralisateur de données 46, d'autre part à un discriminateur 66, de constitution analogue à celle du discriminateur 36. Ce discriminateur présente deux sorties 67 et 6B qui sont excitées respectivement si la longueur e.st inférieure ou supérieure à la plage de . tolérances (allant par exemple de 833,0 mm à 866,5 mm). Il comporte également des sorties intermédiaires 70 correspondant à l'acceptation de.1'empilement après apport par intervention de l'ensemble illustré en figs. 7 et B d1 un nombre de cales variable "déterminé automatiquement pour ramener la longueur totale dans un domaine de tolérances plus'étroit (par exemple de B66,5 à B70 mm). A titre d'exemple, il peut être prévu dans l'intervalle d'acceptation dix sorties correspondant à l'adjonction d'une à quatre cales choisies parmi deux types dont les longueurs sont respectivement 10 mm et 3,5 mm. 70 22446 s 2092779 Les différents cas de complément sont ceux illustrés sur le tableau II, ci-après : TABLEAU II Longueur mesurée (mm) Cales de complément 5 h = 3,5 mm : h = 1 0 mm hors toléçances 866,5 1 0 863,0 2 0 10 860,0 0 1 856,5 1 1 853,0 15 2 1 850,0 0 2 846,5 1 • • 2 20 843,D 2 • • 2 B40,0 0 • 0 3 836,5 25 1 • 3 833,0 hors tolérances Le matériau constitutif des cales interposées entre 1'empilemement et l'organe de retenue dans la gaine dépend du type d'élément combustible ; dans le cas d'éléments dont 30 le combustible est constitué par de l'oxyde d'uranium enrichi ou de l'oxyde mixte d'uranium et de plutonium, les cales seront en général en oxyde d'uranium naturel ou, dans certains cas, en acier. En comparant la fig. 5 et le tableau II, on voit que la sélection est relativement simple à exécuter de fa-35 çon automatique ; le basculement du premier relais de sortie du discriminateur 66 indique que l'empilement est hors tolérance. Les deux relais suivants correspondent au choix entre 0, 1 ou 2 cales de 3,5 mm. Les trois relais suivants font choix entre 0,1, 2 ou 3 cales de 10 mm. ! 70 22446 7 209277V Le disque 12 amène enfin automatiquement la goulotte 1D dans la position illustrée en fig. 8 et la présente face à la gaine 74 à remplir. Dans le cas où l'empilement est à rebuter parce que son poids ou sa longueur sont hors de la gamme de tolérance admise, la partie terminale de la goulotte est basculée dans la position représentée en traits mixtes, de sorte que la commande d'un poussoir souple 76 de transfert envoie les pastilles dans un bac de récupération (non représenté). Si au contraire l'empilement est à transférer, la goulotte reste dans la position illustrée en traits pleins et le distributeur 78, dont seuls trois couloirs d'alimentation son représentés, place sur le parcours de l'empilement entre la goulotte 10 et la gaine 74, des cales dont le nombre est compris entre 1 et 4 dans le cas envisagé plus haut. Ce distributeur est commandé par le discriminateur 66 par l'intermédiaire de la mémoire 72 (fig.5). 70 22446 B * /-\ r- / -, REVENDICATIONS 1 . Procédé de remplissage de gaine de combustible nucléaire par un empilement de pastilles de poids compris entre deux valeurs déterminées P et P + dP, caractérisé en ce qu'on constitue un empilement de jn pastilles, on pèse 5 ledit empilement, on l'écarte si son poids est supérieur à P + dP, et on l'introduit en gaine après lui avoir ajouté, si ledit poids est inférieur à P, un nombre de pastilles déterminé en fonction de la différence pour ramener le poids à une valeur comprise entre P et P + dP, lesdites opérations 10 intervenant automatiquement en séquence. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on écarte l'empilement de _n pastilles lorsque son poids est inférieur à P d'une'valeur telle que le nombre de pastilles à lui ajouter pour le ramener au-dessus de P 15 dépasse une valeur déterminée jn. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, avant introduction de l'empilement dans la gaine, on mesure sa longueur, on l'écarte si ladite longueur est inférieure à une valeur _1 au supérieureà une valeur 20 déterminée 1 + dl et on lui ajoute automatiquement avant introduction un nombre de cales dépaisseur prédéterminée tel que la longueur totale soit dans une plage déterminée. 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'on ajoute à chaque empilement au moins une cale 25 avant l'introduction en gaine. 5. Procédé suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que, les~ pastilles étant en oxyde d'uranium enrichi ou en oxyde mixte d'uranium et de plutonium, les cales sont en oxyde d'uranium naturel ou en acier. 30 6. Dispositif de remplissage de gaine de combustible par un empilement de pastilles de poids compris entre P et P + dP, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble d'introduction automatique dans une goulotte d'un nombre _n de pastilles, des moyens de transfert automatique de la goulotte 3.5 sûr une balance associée à un discriminateur comprenant une sortie de rejet d'empilement qui est excitée lorsque le poids mesuré par la balance dépasse P + dP, ro sorties de commande d'un 70 22446 9 2092779 mécanisme d'insertion de 1, 2 m pastilles supplémen taires dans la goulotte, une sortie d'acceptation de l'empilement tel quel, et une seconde sortie de rejet actionnée lorsquf le poids de l'empilement est inférieur à P d'une quantité qui correspond au poids moyen de m pastilles. 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble de mesure automatique de la longueur de l'empilement et de rejet de celui-ci lorsqu'il est hors d'un intervalle donné. B. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que l'ensemble de mesure de longueur commande un mécanisme d'adjonction à l'empilement d'un nombre de cales tel que la longueur de ^empilement soit ramenée à un second intervalle déterminé.