Brevet FR2100548A1 — publié le 19720324

L'invention concerne les éléments de combustible nucléaire et, plus particulierement, les éléments dits "aiguilles" comprenant, dans une gaine étanche, un empilement de pastilles retenues contre une pièce d'appui par un organe de maintien. Dans ces aiguilles, et notamment dans celles utilisées dans les réacteurs à neutrons rapides, un espace d'expansion est ménagé dans la gaine au-delà de l'organe de maintien pour compenser le gonflement du combustible au cours de l'irradiation, gonflement qui se traduit par une dilatation de l'empilement. L'organe de maintien, nécessaire pour maintenir l'empilement en place au cours des manutentions de l'aiguille, doit permettre à la colonne de se dilater librement sur une longueur qui atteint plusieurs centimètres dans les aiguilles actuelles. Jusqu'à présent l'organe de maintien était constitué par un ressort d'une dizaine de centimètres de long, disposé entre l'extrémité de l'empilement et unbouchon de la gaine. Cette disposition est loin d'être pleinement satisfaisante. Le ressort exerce sur la colonne un effort qui est fonction de la longueur dont il est comprimé. Etant donné les tolérances de fabrication du ressort et des pastilles de combustible il est nécessaire de prévoir un jeu de cales de compensation. La fixation du bouchon de fermeture de la gaine par soudage est compliquée par la présence du ressort, qui exerce sur le bouchon une force tendant à le chasser. L'invention vise à fournir un élément de combustible nucléaire répondant mieux que ceux antérieurement proposés aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il élimine les inconvénients ci-dessus. Dans ce but, l'invention propose un élément de combustible nucléaire comprenant, dans une gaine étanche, un empilement de pastilles retenu contre une pièce d'appui par un organe de maintien, élément caractérisé notamment en ce que ledit organe de maintien est constitué par une pièce conformée, d'épaisseur sensiblement constante, présentant au repos un encombrement transversal supérieur au diame- tre intérieur de la gaine et contractable élastiquement au diamètre de la gaine, le frottement de ladite pièce sur la gaine lorsquelle est en place s'opposant à son déplacement le long de la gaine. La pièce conformée peut assumer des formes très diverses. Elle peut être constituée par une bague fendue, montée ou non dans une gorge d'un manchon cylindrique qui facilite son introduction dans la gaine, par un S en tle, une tôle pliée en forme de trèfle, etc... Elle peut être fabriquée par divers procédés à partir d'un tube ou d'une tôle, notamment par roulage, emboutissage et matriçage. L'invention s'applique évidemment aussi bien au cas des éléments de combustible nucléaire comprenant un seul empilement de pastilles de matériau fissile ou fertile qu'à celui des éléments dans lesquels on trouve plusieurs empilements disposés les unes au-dessus des autres, constitués par exemple l'un de matériau fissile, l'autre de matériau fertile, le premier faisant partie du coeur et le second d'une couverture axiale lorsque l'élément de combustible est en place dans le réacteur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un élément de combustible suivant l'invention et d'un certain nombre de variantes, données à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la Fig. 1, est une vue en coupe schématique de l'élément combustible; - la Fig. 2 est une vue de détail en perspective et à grande échelle de la pièce conformée de l'un des organes de maintien de l'élément de la Fig. 1; - la Fig. 3 est une vue de détail à grande échelle de la pièce de la Fig. 2 et de son manchon support, représentés en coupe suivant l'axe; - les Fig. 4, 5, 6 et 7 montrent en perspective des pièces de maintien constituant des variantes de celle de la Fig. 2. L'élément de combustible nucléaire représenté en Fig. 1 est destiné à un réacteur à neutrons rapides refroidi par circulation ascendante de sodium fondu. I1 comprend une gaine étanche formée de deux tronçons tubulaires 12 et 14 reliés par un bouchon intermédiaire 16 et fermés par un bouchon supérieur 18 et un bouchon inférieur 20. On trouve dans la gaine, à partir du bouchon inférieur 20, un espace de collection de gaz de fission 22 délimité par le bouchon 20 et par un bouchon intermédiaire 24 serti dans la gaine. Un empilement 26 de pastilles de matériau fertile (bioxyde d'uranium naturel par exemple) repose sur l'entretoise 24 par l'intermédiaire d'une pièce en chicane 28 qui peut être du type décrit dans la demande de brevet français déposée ce jour par l'organisme demandeur pour "Elément de combustible pour réacteur nucléaire11. Un premier organe de maintien 30 retient l'empilement de pastilles 26 contre la chicane 28 et le sépare d'un espace d'expansion du matériau fertile délimité par le bouchon intermédiaire 16. Sur le bouchon 16 repose, par l'intermédiaire d'une pièce en chicane 32 qui peut être identique à la pièce 28, un empilement de pastilles 34 de matériau fissile (oxyde mixte d'uranium enrichi et de plutonium par exemple). Le bouchon intermédiaire 16 est percé d'un passage permettant au gaz de fission provenant des pastilles 34 de s'échapper vers l'empilement fertile 26, et, par un canal central de celui-ci, vers l'espace 22 de collection de gaz. La colonne de pastilles de matériau fissile 34 est retenue par un organe de maintien 36 monté dans la gaine et séparé du bouchon supérieur 18 par un espace d'expansion de longueur supérieure à celle dont l'empilement peut se dilater. L'organe de maintien 36, représenté en Fig. 3, se compose d'une bague fendue 39 et d'un manchon 38 présentant une gorge 42 dans laquelle est disposée la bague fendue (Fig.2) Le diamètre du manchon 38 est légèrement inférieur au diamètre interne du tronçon supérieur 12 de la gaine de façon à pouvoir être introduit dans celle-ci. Pour faciliter cette introduction, ses arêtes terminales comportent des chanfreins 40. Le diamètre au repos de la bague fendue 39 est légèrement supérieur au diamètre interne de la gaine et la largeur de la fente est suffisante pour permettre à la bague de se contracter élastiquement au diamètre de la gaine. Le diamètre de la gorge 42 est suffisamment faible pour permettre cette contraction de la bague. La bague peut être fabriquée de diverses façons classiques, notamment en rabattant un tube en U sur un mandrin: dans ce cas le manchon doit être en deux pieces assemblées pour peut mettre d'introduire la bague, ou la bague doit être enfilable à force sur le manchon sans dépasser sa limite élastique. Le manchon 38, dont le rôle est de faciliter l'introduction en boite à gants de la bague 39 dans la gaine n'est pas indispensable. Lorsqu'il est omis, la bague est de préférence munie de chanfreins facilitant son introduction. Elle peut alors être fabriquée par des procédés différents puisqu'elle ne doit plus être enfilée dans une gorge. Elle peut être constituée par tronçonnage d'un tube fendu en matériau élastique (acier inoxydable par exemple). A titre d'exemple, on peut noter qu'on a utilisé dans une gaine présentant un diamètre interne de 5,65 mm une bague en acier inoxydable de 4 mm de hauteur dont le diamètre externe au repos était de 5,75 mm environ. L'épaisseur était telle que l'effort nécessaire au glissement soit compris entre 1 kg et 1,5 kg. L'organe de maintien 30 peut être de constitution identique à celle de l'organe 36 ou être constitué par une simple bague fendue, comme indiqué sur la Fig. 1. L'organe de maintien peut également affecter l'une des formes représentées schématiquement en Fig. 4, 5, 6 et 7. L'organe de la Fig. 4, présentant une forme en S dont la partie médiane est plate et dont les parties terminales sont conformées en portions de cylindre, peut être fabriqué à partir d'une plaquette de tôle inoxydable de façon très simple: on place la plaquette dans une encoche médiane d'un mandrin cylindrique de diamètre convenable et on rabat en sens opposé les bords de la plaquette qui font saillie hors de l'encoche du mandrin. Pour remplacer la pièce schématisée en Fig. 2 et dont les caractéristiques ont été données plus haut, on peut utiliser une tôle de 0,2 mm d'épaisseur dont les arêtes terminales sont avantageusement chanfreinées pour faciliter l'introduction de la pièce. L'organe de maintien illustré en Fig. 5 se différencie essentiellement de la bague fendue de la Fig. 2 par la présence. d'un pli creux profond 44 qui augmente i'eiasticité et permet de saisir l'organe, ce qui facilite son introduction dans la gaine à l'aide d'un manipulateur ou en boîte à gants La pièce illustrée en Fig. 6 se différencie essen-tiellement de celle de la Fig. 2 par la presence de rebords rabattus 46 qui facilitent également la manutention et l'in- troduction de la pièce. Enfin, la pièce illustrée en Fig. 7 présente une forme en feuille de trèfle: comme les précédentes, elle peut être fabriquée par divers procédé classiques tels qu'emboutissage et matriçage. Un nombre de lobes différent de trois peut évidemment être prévu. REVENDICATIONS 1. Elément de combustible nucléaire comprenant, dans une gaine étanche, un empilement de pastilles retenu contre une pièce d'appui solidaire de la gaine par un organe de maintien, dont le frottement sur la gaine lorsqu'il est en place s'oppose à son déplacement le long de la gaine, caractérisé en ce que ledit organe de maintien est constitué par une pièce conformée en bande dont les bords sont séparés au repos par une fente s'étendant tout le long de la pièce, d' dtXpaisseur sensiblement constante, présentant au repos un encombrement transversal supérieur au diamètre intérieur de la gaine et contractable élastiquement au diamètre de la gaine. 2. Elément suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce conformée est une bague cylindrique fendue sur toute longueur. 3. Elément suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la bague est placée dans une gorge d'un pion cylindrique de diamètre inférieur à celui de l'alésage de la gaine. 4. Elément suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce conformée est un S en talle 5. Elément suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la pièce présente une partie médiane plate et des parties terminales en forme de secteur cylindriques 6. Elément suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce conformée est une bague fendue présentant un pli creux profond face à la fente. 7. Elément suivant la revendication 2, 3 ou 6, caractérisé en ce que la vague presente une fuite délimitée par des rebords rabattus vers l'intérieur. 8. Elément suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce conformée est telle qu'illustrée en fig. 7. Revendications déposées après le premier projet d'avis documentaire.