Brevet FR2130516A1 — publié le 19721103

i 2130516 La présente invention concerne le combustible pour les réacteurs nucléaires et, plus particulièrement, pour les réacteurs réfrigérés par un gaz. Certains réacteurs nucléaires et, en particulier, des réacteurs réfrigérés par un gaz, sont chargés en particulier de combustible sous la 5 forme de particules, en général, enrobées dans une matrice, par exemple de graphite, le gaz réfrigérant circulant autour de ces matrices. L'invention a pour objet un élément combustible pour réacteur nucléaire sous la forme d'un élément tubulaire formé d'un grand nombre de disques annulaires contenant le combustible nucléaire, ces disques étant 10 superposés ou empilés les uns sur les autres avec une disposition permettant la circulation du réfrigérant au moins entre certains disques voisins. De préférence, chaque disque comporte une ou plusieurs couches de particules de combustible retenant les produits de fission,enrobées dans du graphite ou dans une autre matière formant une matrice ayant une forme permettant 15 au réfrigérant de circuler en balayant les surfaces des disques voisins..De façon préférée, les disques comportent deux couches de particules de combustible portant des revêtements et fixées dans la matière formant la matrice. Il sera noté que l'invention n'est pas limitée à la formation d'éléments combustibles formés de disques annulaires ayant un rapport 20 particulier quelconque entre la longueur et le diamètre. Le terme disque indique cependant que l'épaisseur de n'importe lequel des disques soit toujours inférieure à son diamètre. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se 25 référant au dessin annexé sur lequel : - la figure 1 est une coupe axiale d'un élément combustible tubulaire selon un mode de mise en oeuvre de l'invention ; et - la figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1. L'élément combustible 1 représenté sur les figures 1 et 2 est un 30 élément d'une construction composite, cet élément comportant un certain nombre de disques annulaires de formes semblables 2, chacun ayant une ouverture centrale 2t>, les ouvertures de tous les disques ayant le mSme diamètre. Le diamètre extérieur des disques varie, de sorte que, quand les disques sont superposés, les ouvertures étant centrées par un manchon en 35 natière céramique poreuse ou en toile métallique 3, la pile de disques est enfermée périphériquement par un manchon extérieur 4 similaire, mais de section variant progressivement, ce dernier manchon pouvant cependant être supprimé, si désiré. Chaque disque 2 comporte deux couches de particules de 72 09903 2130516 combustible retenant les produits de fission 2a_, ces particules étant enrobées dans une matrice en graphite, de façon que les deux couches de particules soient pratiquement refroidies directement. Deux couches de particules portant des revêtements peuvent, par exemple, être facilement 5 logées dans un disque ayant une épaisseur totale de 3 mm. Trois nervures radiales 5 sont venues de moulage en graphite sur le côté inférieur de chaque disque, ces nervures dépassant perpendiculairement de la face du disque pour former des séparateurs. La distribution du combustible dans les disques est divisée en zones afin qu'il existe trois zones radiales sans 10 combustible coïncidant avec les trois nervures radiales, quand les disques sont placés les uns sur les autres. Le risque d'apparition de points chauds dans des positions correspondant aux nervures est ainsi réduit. La pile de disques étant ainsi assemblée entre des manchons en matière céramique ou en toile métallique, de la façon représentée sur la figure 1, l'élément 15 combustible est placé, avec son axe vertical, dans un canal pour le réfrigérant du réacteur nucléaire ou dans la cuve sous pression du réacteur nucléaire, le gaz réfrigérant étant envoyé dans le canal ou la cuve. L'extrémité supérieure du manchon intérieur est reliée à une chambre de sortie 8. Par différence de pressions entre chambres 7 et 8, le gaz traverse le manchon 20 extérieur et les espaces 9 existant entre les disques , espaces où il est chauffé du fait du balayage des surfaces des disques. Le gaz chauffé traverse ensuite le manchon intérieur 3 et remonte à l'intérieur du manchon, formant une cheminée, pour atteindre la chambre de sortie du gaz 8. L'élément combustible décrit ci-dessus convient pour être utilisé 25 avec un spectre de neutrons thermiques ou dans un réacteur à neutrons rapides. Dans le premier cas, la région supérieure A et la région inférieure B de l'élément sont occupées par du graphite sans combustible formant des réflecteurs. Dans le cas d'un réacteur à neutrons rapides, les régions A et B de l'élément combustible sont occupées par du combustible fertile. Dans les 30 deux cas, la matière de ces régions peut être sous la forme de disques à nervures, afin qu'elle soit refroidie d'une façon similaire au combustible fissile. La matière pour la matrice de l'élément combustible décrite ci-dessus est du graphite mais, cependant, une autre matière peut la remplacer. 35 D'autres matières pouvant convenir sont, par exemple, le carbure de silicium et le carbone pyrolytique. S'il est estimé qu'un disque peut être soumis à un gradient thermique radial tel que des contraintes thermiques élevées inacceptables apparaissent, certains des disques ou tous les disques peuvent comporter un 72 09903 2130516 intervalle radial, afin que ces disques supportent sans rupture les contraintes thermiques. Si, malgré tout, une rupture a lieu pou'r une raison quelconque, les fragments sont retenus entre les manchons 3 et 4 en matière céramique ou en toile métallique. 5 Selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, des éléments coniques peuvent être utilisés à la place des disques annulaires décrits ci-dessus. Les gradients thermiques linéaires,le long des surfaces des disques, ayant cette forme modifiéej n'ont sensiblement pas tendance à établir des contraintes thermiques appréciables, les contraintes engendrées étant 10 compensées par une légère modification de l'angle de conicité. Si désiré, des matières différentes pour matrice peuvent être utilisées dans différentes régions d'un même coeur de réacteur. Selon une autre variante de mise en oeuvre de l'invention, le sens de circulation du réfrigérant est inverse de celui représenté par les 15 flèches, le réfrigérant arrivant par une chambre d'entrée dans la cheminée constituée par l'intérieur du manchon intérieur, dont l'autre extrémité est bouchée, le réfrigérant traversant le manchon intérieur et les passages pour le réfrigérant entre les disques vers la chambre de sortie communiquant avec l'extérieur du manchon extérieur. 20 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. 72 09903 4 2130516 REVENDICATIONS 1. Elément combustible pour réacteur nucléaire, caractérisé en ce qu'il a la forme d'un élément tubulaire formé d'un certain nombre de disques 5 annulaires contenant du combustible nucléaire et superposés les uns sur les autres avec une disposition pour la circulation du réfrigérant au moins entre certains disques voisins. 2.' Elément combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque disque comporte au moins une couche de particules de combustible 10 retenant les produits de fission,enrobées dans une matière formant une matrice telle que du graphite, la forme des disques permettant au réfrigérant de balayer les surfaces des disques voisins. 3. Elément combustible selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque disque contient deux couches de particules de combustible 15 portant des revêtements et fixées dans une matière formant une matrice.