Brevet FR2113998A1 — publié le 19720630

Le brevet concerne un élément combustible pour réacteur, qui enferme un espace creux, divisé en deux compartiments séparés au moyen d'un élément de séparation mobile, compartiments étanches au gaz l'un par rapport à l'autre, l'un 5 étant en liaison avec la matière combustible ou régénérable pour recevoir les gaz de fission, et l'autre contenant une vapeur qui se condense en fonction de l'augmentation de la quantité de gaz de fission dans le premier compartiment <> l'objet de la présente invention est 10 de rendre possible une fabrication économique de l'installation de compensation de la pression proprement dite. En outre, elle a pour objet de pallier les problèmes d'incompatibilité de matières qui peuvent surgir, quand on utilise des métaux liquides;, du bismuth par exemple, dans un élément combustible dont la douille 15 tubulaire est en zirconium par exemple• Ce résultat est atteint suivant l'invention du fait que l'espace creux, formé par les deux compartiments à gaz de fission, est disposé dans une cartouche séparée que l'on peut introduire dans la douille de l'élément combustible, la cartouche 20 est avantageusement constituée ici d'une cuve cylindrique allongée, à double paroi, dont la double paroi est percée sur la face intérieure de la cuvette, dans la zone de la surface frontale du fond intérieur de la cuve, de sorte que l'espace entre les deux parois de la cuve est ouvert par rapport à l'espace intérieur de la cuve 25 proprement dite, en forme de cloche immergée. Dans un perfectionnement avantageux de ce modèle d'exécution, la chambre intérieure ce la cuve est fermée par un couvercle, dans lequel est posé d'une façon étanche un tube fermé par un tampon de métal, solide à la température ambiante et liquide à la température de fonction-30 nement du réacteur. Pour des raisons de sécurité, il est également possible dans l'invention de prévoir, au lieu d'une grande cartouche, plusieurs petites cartouches, que l'on peut placer l'une derrière l'autre dans l'élément combustible. Enfin, il y a avantage à ce que, dans un élément combustible de réacteur dont la douille 35 est constituée d'un alliage de zirconium, la cartouche que l'on pourra introduire soit faite d'acier. L'invention est représentée à titre d'exemple non limitatif sur le dessin ci-joint dont la figure unique représente en coupe longitudinale un élément combustible suivant l'invention. 1 40948 2 2113998 La douille fermée 1 de l'élément combustible en forme de barreau est prolongée au-delà de la partie contenant la matière combustible ou régénérable 2, pour former une chambre 10 séparée du combustible par une capsule poreuse isolante 9. Les 5 gaz de fission s'échappant du combustible 2 traversent la capsule isolante 9 et arrivent dans la chambre 10. Dans cette chambre 10 est placé le dispositif de compensation de la pression en forme de cartouche. Le dispositif de compensation de la pression est 10 constitué essentiellement d'une cuve à double paroi 11. La double paroi de la cuve 11 est percée ou ouverte dans la zone du fond 12 de la cuve sur la face intérieure de cette cuve 11. Par suite la chambre 5, 8, entre les deux parois de la cuve 11 en forme de cloche, est ouverte par rapport à la chambre 4 intérieure de la 15 cuve proprement dite, c'est-à-dire qu'il devient possible d'équilibrer la pression entre la chambre 5, 8 et l'espace intérieur de la cuve 4» L'espace intérieur de la cuve 4 est fermé vers l'extérieur ou vers l'ouverture de la cuve par un couvercle 13 mis en place à cet effet. Dans le couvercle 13 est monté, de façon étan-20 che, un tube 14 fermé par un tampon de métal 15, solide à la température ambiante et liquide à la température de fonctionnement du réacteur. En outre, une tubulure de remplissage 16 est soudée dans le couvercle 13, par laquelle on peut remplir l'espace intérieur de la cuve ou celui de la cartouche. Après remplissage, la tubu-25 lure 16 est fermée par une soudure. L'ensemble de l'espace intérieur de la cartouche ou de la cuve est alors formé par la chambre 4 de collecte du gaz de fission, la chambre du tampon étanche (élément de séparation mobile) 8, et la chambre annulaire 5 destinée à la vapeur. La 30 chambre à vapeur 5 est ici, suivant l'état de fonctionnement, remplie partiellement d'eau 7 et de vapeur 6. La séparation entre la chambre de collecte du gaz de fission 4 et la chambre à vapeur 5 est assurée par le tampon d'étanchéité 8. Le tampon d'é-tanchéité 8 est constitué de préférence par du bismuth qui se li-35 quéfie à la température de fonctionnement du réacteur et qui prend une position appropriée dans la cuve toujours suivant les rapports régnant entre les pressions, sur le modèle des vases communicants. Il est ainsi assuré une transmission de la pression aux températures de fonctionnement du réacteur, entre l'espace vide 10 de 40 l'élément combustible et la chambre de collecte 4 du gaz de 71 40948 3 2113998 fission, en passant par le tube 15 maintenant ouvert, et de là, en passant par le tampon d'arrêt liquide 8, dans la chambre à vapeur 5# la fonction du dispositif de compensation de 5 la pression est équivalente. La pression intérieure dans les chambres 4 et 5 augmente avec l'augmentation de la pression du gaz de fission dans la chambre 4, aussi longtemps que la vapeur qui se trouve dans la chambre 5 n'a pas atteint l'état de saturation, si les paramètres, quantité de liquide, volume et tempé-10 rature, ont été convenablement choisis. A partir de cet état, la pression intérieure reste constante dans les chambres 4 et 5 et par suite aussi dans la chambre 10 pendant que la quantité de gaz de fission augmente, car la vapeur commence à se condenser et le volume, qui devient libre de ce fait dans l'ensemble de l'espace 15 creux 3, vient s'offrir aux gaz de fission. Ce n'est que si toute la vapeur est condensée que la pression intérieure recommencera à monter. Dans les réacteurs refroidis à la vapeur, il est prévu d'insuffler les barreaux combustibles, au cours de la fa-20 brication, à une pression intérieure déterminée (environ 30 kg/cm ). Cette précaution est nécessaire pour empêcher qu'au commencement de la vie de l'élément combustible il ne pénètre du métal ou du bismuth liquide dans la zone de la matière combustible. Pour éviter cette complication dans la fabrica-25 tion des barreaux sensiblement plus grands, destinés aux réacteurs à eau bouillante ou à eau sous pression, la cartouche d'équilibrage de la pression est pourvue à son extrémité supérieure d'une sorte de fusible de sécurité, sous la forme du tube de remplissage 16 avec son tampon de métal 15, et est gonflée en dehors de la fabri-30 cation du barreau combustible. Quand ce fusible de sécurité est porté à la température de fusion, le gaz passe de la cartouche dans le barreau combustible, de sorte que ce dernier est "gonflé". Les avantages qu'apporte en particulier 1'inven-35 tion résident en ce que,- grâce au fait que le dispositif d'équilibrage de la pression est établi en forme de cartouche, en commun avec un fusible de sécurité, on obtient que la fabrication des barreaux combustibles puisse s'opérer de la façon courante, sans qu'il se présente de complication supplémentaire en raison de l'uti-40 lisation du dispositif de compensation de la pression. La car 1 40948 4 2113998 touche peut être fabriquée à part. On peut en outre surmonter les problèmes d'incompatibilité de matières entre le liquide d'arrêt et la douille de l'élément combustible en utilisant pour la cartouche des matières appropriées. Il est en outre possible de dis-5 poser, pour des raisons de sécurité, plusieurs cartouches l'une derrière l'autre dans un barreau combustible. l'invention s'applique à la construction des éléments combustibles de réacteur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à 10 l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 71 40948 5 2113998 REVENDICATIONS 10) Elément combustible de réacteur, comportant un espace creux divisé, au moyen d'un élément de séparation mobile, en deux zones séparées, étanches au gaz l'une 5 par rapport à l'autre, dont l'une est en liaison avec la matière combustible ou régénérable, l'autre contenant une vapeur qui se condense en fonction de l'augmentation de la quantité de gaz de fission dans la première zone, élément caractérisé en ce que l'espace vide, formé par les deux zones, est situé dans une 10 cartouche séparée que l'on peut introduire dans la douille de l'élément combustible. 2°) Elément combustible suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la cartouche est constituée par une cuve cylindrique allongée à double paroi, dont la double 15 paroi est percée sur la face intérieure de la cuve, dans la zone de la surface frontale du fond de la cuve, de sorte que la chambre formée entre les deux parois de la cuve est ouverte, en forme de cloche immergée, par rapport à la chambre intérieure de la cuve proprement dite. 20 3°) Elément combustible suivant la revendi cation 2, caractérisé en ce que la chambre intérieure de la cuve est fermée par un couvercle, dans lequel est monté de façon étanche un tube fermé par un tampon de métal, solide à la température ambiante et liquide à la température de fonctionnement du réacteur 25 4°) Elément combustible suivant la revendi cation 1, caractérisé en ce qu'il est prévu plusieurs cartouches que l'on peut placer les unes derrière les autres. 5°) Elément combustible suivant la revendication 1, où la douille d'élément combustible est faite d'un alliage 30 de zirconium, élément caractérisé en ce que la cartouche, que l'on peut introduire dans la douille, est faite d'acier.