Brevet FR2102329A1 — publié le 19720407

La présente invention concerne un système d'évacuation des gaz de fisslond9un réacteur nucléaire dont les éléments com bustlbles, parallèles entre eux et maintenus dans unghlaque-support, sont parcourus par un réfrigérant et composés d'un grand nombre de barreaux de combustible fixés dans une plaque de maintien. Dans un réacteur en fonction, la fission nucléaire engendre des gaz dits de fission qui s9assemblent à l'intérieur de l'enveloppe du combustible nucléaire, donc à l'intérieur des barreaux combustibles, et établissent une pression en accroissement continu.Aussi a-t-on déjà proposé de faire passer cegaz de fission avec un certain retard des barreaux de combustible au réfrigérant, par exemple selon la demande de brevet allemand nO 1 260 038, ou de relier rigidement les barreaux de combustible, ou éléments combustibles, à un système d'évacuation des gaz de fission et empêcher ainsi l'accumulation desdits gaz à l'intérieur des divers barreaux, ou éléments combustibles Mais il est évident qu'un tel système rigide d'évacuation des gaz de fission rend beaucoup plus difficiles les opérations dtXchange-et la fixation des éléments combustibles dans le coeur du réacteur.L'invention a ainsi pour obJet un système d'évacuation des gaz de fission qui laisse une structure relativement simple aux éléments combustibles, ne gêne pas leur échange, permette leur fixation non rigide dans l'assemblage du coeur du réacteur et ne nécessite pas de travaux conduits à distance pendant le fonctionnement du réacteur Ce système d'évacuation des gaz de fission, reposant à cet effet sur un aménagement particulier tant de l'intérieur des éléments combustibles que de leur fixation dans la plaque-support, est caractérisé par le fait que les chapeaux d'extrémité des barreaux de combustible se prolongent en des axes filetés fixés chacun par un écrou dans un alésage de la plaque de maintien desdits barreaux et comportant eux-mêmes un alésage axial jusqu'à l'intérieur de ces derniers en tant reliés par leur extrémité extérieure à une grille d'écoulement des gaz qui est placée au-dessus de la plaque de maintien des barreaux et communique, à travers un filtre et une fixation rendoeétanche par des bagues de piston, donc articulée, des éléments de combustible dans la pique-support, avec des canaux ménagés dans celle-ci et menant à un dispositif d'aspiration, épuration et accumulation des gaz. Un tel système d'évacuation des gaz de fission convient par exemple à des réacteurs nucléaires, particulièrement des surrégénérateurs rapides, refroidis par un gaz. Il est également applicable à des réacteurs nucléaires refroidis à l'eau, à condition seulement qu'un étranglement agissant en détendeur rende la pression des gaz un peu plus élevée à l'intérieur qu'à l'extérieur de l'élément combustible et empêche ainsi toute pénétration du réfrigérant dans celui-ci. L'invention sera mieux définie et comprise à l'aide de la description ddtaillée d'un mode de réalisation pris comme exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel la figure 1 est une vue en coupe verticale simplifiée d'un réacteur nucléaire à refroidissement par gaz comportant, au-dessous du coeur, une machine de chargement; la figure 2 est une autre coupe verticale permettant de voir le système d'évacuation des gaz de fission, à l'intérieur d'un des éléments combustibles et de la plaque-support desdits éléments; la figure 3 représente, également en coupe verticale, la liaison entre un des barreaux d'un élément combustible et la grille d'écoulement des gaz placée au-dessus de la plaque de maintien desdits barreaux de combustible. Selonnda figure 1, le-aoeur 1 du réacteur, c'est-à-dire l'ensemble des él éments combustibles, est suspendu à la plaque support 2, posée dans une cuve 3 qui est par exemple en béton armé précontraint. De réfrigérant débité par une soufflante-4 traverse de haut en bas--le coeur 1 du réacteur, ressort dans la moitié inférieure de la cuve 3 et fait retour à la soufflante 4 à travers un échangeur thermique 5 relié de façon connue à un -circuit secondaire. On a représenté schématiquement: au-dessous du coeur 1 du réac- teur, la machine de chargement 6 des éléments combustibles ; audessus de ce même coeur, les dispositifs de commande 7 des barres de réglage.Le système d'évacuation des gaz est figuré par une ligne pointillée 24 qui mène à un dispositif 25 d'aspiration, épuration et accumulation placé à l'extérieur de la cuve 3 du réacteur. La figure 2 représente notamment la fixation d'un élément combustible 10 dans la plaque-support 2. Ledit élément combustible a d'abord une section hexagonale, puis, en vue de son insertion dans la plaqueesupport 2, une section circulaire. On obtient ainsi dans le' coeur du réacteur un rangement très serré des éléments combustihles tel que nécessaire par exemple pour un surrégénateur rapide refroidi par un gaz L'élément combustible 10 est fixé dans la plaque-support 2 par un anneau tournant 23 qui pénètre par des saillies 26 dans des échancrures correspondantes, en forme de batonnette, du bord supérieur 18 dudit élément, mais on pourrait aussi bien adopter n'importe quel autre mode de fixation. L'élément combustible se compose lui-même dsune enveloppe ll qui, avec la plaque de maintien 13 desbarreaux de combustible 12, sert de châssis-support à ceux-ci. Cette enveloppe 11 assure en'outre l'acheminement du réfrigérant, celui-ci traversant de haut en bas ltélément combustible, ouvert de part et d'autre. La figure 3 représente le détail de la suspension des barreaux de---combustibîe dans leur plaque de maintien 13. Leurs chapeaux d'extrémité prd- sentent, comme on le voit, un prolongement 121 en genre de vis d'expansion fixé dans l'alésage 131 de la plaque de maintien l3 /des barreaux par un écrou 122.Cette même plaque de maintien est percée d'autres alésages 132 destinés au passage du réfrigérant. La vis d'expansion comporte un alésage axial 124 relié;à la grille d'écoulement 14::des gaz. L'assemblage 123 peut par exemple être réalisé par brasage ou soudage. La grille d'écoulement 14, qui peut être constituée par un système tubulaire d'une telle forme ou par une chambre munie de traversées pour le réfrigérant, est reliée pour sa part à un filtre 15 placé au-dessus du paquet des barreaux de combustible et communiquant lui-même par une canalisa tion 16 avec les canaux 24 ménagés, pour l'évacuation des gaz, dans la plaque-support 2 des éléments combustibles. Le--filtre, consistant par exemple én une chambre emplie de -charbon acti, a pour ralle de retarder, de l'ordre d'une semaine, la sortie des gaz de fission et de permettre ainsi l'amortissement de la radie-ac- tivité d'une partie de ces gaz. La fixation déjà mentionnée des éléments combustibles 10 dans la plaque-support 2 est rendue étanche-par des .-bagues de piston 17 en appui voisin contre une douille polie 22 insérée dans l'alésage de ladite plaque-support 2. ta canalisation de sortie précitée-16 des gaz débouche à la surface de la tête de l'élément combustible entre les deux bagues d'étanchéité 17 et pénètre là dans une rainure annulaire 21 qui est reliée aux canaux d'évacuation 24.La communication entre la canalisation de sortie 16 et les canaux d'évacuation 24 est donc établie automatiquement à l'insertion des éléments combustibles au moyen de la machine de chargement, si bien qu'elle ne nécessite pas d'opération particu lière COmme 1 dique la figure 1, le système d'évacuation des gaz de fission aboutit, à l'extérieur de la cuve du réacteur, à un dispositif d'aspiration, épuration et accumulation où l'on procède à une séparation des gaz de fission radio-actifs. Ainsi qu'il est d'usage, on laisse ces derniers s'échapper à l'air libre en quantité dosée ou bien on les accumule dans des réservoirs jusqu'à l'amortissement complet de leur radio-activité. I1 ressort de la description de ceÇexemple d'utilisation que les tubes d'enveloppe des éléments combustibles 12 ne sont exposés qusà une très faible différence de pression, car la pression intérieure des barreaux de combustible peut être ramenée sans difficulté à la pression du réfrigérant, à l'extérieur de ceux-ci, par le dispositif d'adpiration 25 des gaz ou bien elle se règle même toute seule par la fuite Un défaut du tube d'enveloppe n'entraîne donc qugune très faible sortie de produits de fission radio-actifs vers le réfrigérant.A la différence d'autres éléments combustibles connus dgaprès l'état de la technique, ceux que lVon utilise ici ne nécessitent pas de chambre cdlectrice individuelle de gaz O ils peuvent par conséquent être beaucoup plus courts, ce qui permet de réduire fortement la hauteur du coeur ainsi que de la cuve du réacteur Cette réduction de hauteur ne se borne pas à abaissetle prix de revient du réacteur :: elle facilité aussi, du point de vue purement technique, la manipulation des éléments combustibles par la machine de chargement. I1 ne se trouve en outre que de faibles quantités de gaz de fission dans le coeur, d'où une grande sécurité. I1 résulte enfin de la réduction de la hauteur une plus faible perte de pression dans le réfrigérant, ce qui permet de diminuer de 4 à 6% la puissance de la pompe et d'alléger de 6 à 10% la structure porteuse du coeur. Le fait que les éléments combustibles soient rendus étanches par rapport à la plaque-support par les bagues de piston 17 leur assure une fixation légèrement articulée qui leur permet de se déplacer quelque peu sans perte d'étanchéité. Les contraintes provoquées par l'échauffement des barreaux de combustible et éléments combustibles au cours du fonctionnement ne se transmettent que pour une faible part à la plaque-support 2 et peuvent au contraire se compenser à l'intérieur du coeur'proprement dit du réacteur, c9est-à-dire de l'ensemble des éléments de construction juxtaposés. La structure intérieure même de l'élément combustible est en outre simplifiée du fait de la séparation établie entre le mécanisme de fixation et l'évacuation des gaz de fission.Comme on l'a déjà mentionné dans l'exposé de l'invention, ce système d'évacuation des gaz de fission convient aussi à des réacteurs utilisant d'autres réfrigérants, par exemple à des réacteurs nucléaires refroidis à l'eau Dans ces cas particuliers, il faut seulement avoir soin qu'il ne puisse pas s'établir de contact entre le combustible nucléaire et le réfrigérant On peut maintenir à cet effet la pression intérieure un peu au-dessus de la pression du réfrigérant, cela par exemple au moyen d'un étranglement agissant en détendeur dans la canalisation 16 I1 est à remarquer enfin que l'enveloppe extérieure 11 des éléments combustibles 10 n'est bien entendu pas essentielle pour l'invention on peut utiliser aussi. selon le même principe, des éléments combustibles "sans botte" c'est-à-dire structurés à l'aide d'un châssis-support REVENDICATIONS 1. Système d'évacuation des gaz de fission d'un réacteur nucléaire dont les éléments combustibles, parallèles entre eux et maintenus dans une plaque-support, sont parcourus par un réfrigérent et composés d'un grand nombre de barreaux de combustible fixés dans une plaque de maintien caractérisé par le fait que les chapeaux d'extrémité des barreaux de combustible se prolongent en des axes filetés fixés chacun par un écrou dans un alésage de la plaque de maintien desdites barreaux et comportant eux-mémes un alésage axial jusqu'à l'intérteur de ceux-ci en étant reliés par deuriextrémité extérieure à une grille d'écoulement des gaz qui est placée audessus de la planue 40 maintien des barreaux et communique, à travers un filtre et une fixation rendue tanche pa- des hagues @@ piston, don-c articulée des éléments de combustible dans la plaqu support, avec des canaux ménagés dans celle-ct et menant à un d's- positif d'aspiration,épuration et accumulation des gaz. 20 Svetème d'évacuation de gaz de fission selon la revendication 1 caractérise par le fait que les axes filetés sont agencés en genre de 'îs d'expansion. 30 Système d'évacuation de gaz de fission selon la revendication 1 daractérisé par le fait que les axes filetés sont reliés par brasags ou soudage à la grille d'écoulement des gaz, laquelle est constituée par de petits tubes ou par une chambre munie de passages pour le réfrigérant* 4.Système d'évacuation de gaz de fission selon la revendication 1 earActErisé pan/le fait que le filtre est constitue par du charbon actif. 50 Système d'évacuation de gaz de fission selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'étanchéité est assu rée par deux bagues de piston entre lesquelles une canalisaton d'amenée des gaz qui vient du filtre débouche, dans l'alésage de la plaque-support, en face d'une rainure annulaire qui communique avec les canaux d'évacuation des gaz, 6. Application du système d'évacuation de gaz-de fission selon la evendiotion 1 à des réacteurs nucléaires, notamment des surrégénérateurs rapides, refroidis par un gaz. 7. Application système d'évacuation de gaz de fission selon la revendication 1-à des réacteurs nucléaires refroidis par un gaz, un étranglement qui agit en détendeur étant ménagé sur le trajet des gaz avant leur sortie des éléments combustibles.