Brevet FR2113802A1 — publié le 19720630

La présente invention concerne un bloc combustible pour réacteur5 nucléaires à haute température. On sait que, pour ce type de réacteur, la matière fissile se présente généralement sous forme de particules enrobées de pyrocarbone et agglomérées entre elles par un liant carboné, de manière à constituer une masse cohérefnte. Ces agglomérés combustibles sont soit disposés dans:des gaines en graphite pour former des cartouches, soit simplement placés dans des alvé oles creusés dans le bloc modérateur,--soit encore revêtus d'une couche épaisse et adhérente de carbone plus ou moins graphité formant une gaine incorporée. On cherche de la sorte à protéger les agglomérés contre la corrosion par le gat réfii-gérant,\chargé on impuretés.La chaleur dégagée par le combustible est, en effet, .évacuée à travers les protections de graphite vers des canaux où circule le gaz sous pression. La mise au point d'un élément combustible complet comprenant l'aggloméré, ses protections et les passages du réfrigérant pose à la fois des problèmes de conception et de fabrication. On utilise le plus souvent des formes cylindriques. Mais comme l'aggloméré doit avoir une épaisseur assez faible pour pouvoir être plus facilement refroidi, on est obligé de lui donner la forme soit de petits crayons, soit d'anneaux minces. Dans le premier cas, on a beaucoup de crayons à fabriquer pour un bloc, ce qui entraine un cout élevé dansvle second cas, on a une certaine complexité de production et surtout un problème d'inter- action mécanique-~entre l'aggloméré et sa gaine interne (quand elle est indépendante) parce que sous irradiation l'aggloméré se contracte plus que le graphite. L'invention, qui remédie à ces inconvénients, a pour objet un bloc combustible pour réacteurs nucléaires à haute température, constitué par une structure modératrice munie de passages de refroidissement et d'orifices obturés à leurs deux extrémités et renfermant des agglomérés combustibles, ce bloc combustible étant caractérisé par le fait que chacun desdits agglomérés combustibles se présente sous la forme d'une plaque mince. Un tel bloc combustible offre les avantages suivants la fabrication des agglomérés combustibles est grandement facili tée; on peut obtenir une forte puissance spécifique du fait que les agglomérés peuvent avoir l'épaieseur minimale techniquement po-ssible, de l'ordre par exemple d'un cm ; il nty a pas à craindre d'interaction mécanique dùe àfà deformation différentielle entre les agglomérs ét le graphite des gains ou des blocs modérateurs, car on est libre de laisser un jeu suffisant à chaque extrémité axiale de la plaque, qu chaleur étant évacuée -par les deux faces perpendiculaires à l'axe de celle-ci. D'autres caractéristiques et aveantwages~de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, et donnant, à titre explicatif et nullement limitatif, diverses formes de réalisation du bloc combustible selon l'invention. Sur ces dessins, - la figure 1 représente, vu en perspective avec arrachement, un bloc prismatique comportant des agglomérés combustibles conformes à l'invention, ce bloc faisant partie d'un ensemble de blocs identiques qui constitue le coeur d'un réacteur à haute température, lesdits agglomérés combustibles étant du type sans gains. - la figure 2 représente, vu suivant une de ses extrémités, un bloc prismatique de coeur de réacteur à haute température, comportant des agglomérés combustibles du même type que ceux de la figure 1 mais dont la disposition est différente. - la figure 3 représente, vu suivant une de ses extrémités, un bloc prismatique de coeur de réacteur à haute température comportant des agglomérés combustibles du même type que ceux des figures 1 et 2 mais groupés pour constituer des cartouches disposées dans des canaux taillés dans le bloc. - la figure 4 représente, vusu-ivant une de ses extrémités, un bloc prismatique de coeur de réacteur - haute température comportant des agglomérés combustibles conformes à l'invention, groupés en rayons et d'un type différent des agglomérés des figures 1 à 3, ces nouveaux agglomérés combustibles étant munis d'une gaine incorporée; enfin, - la figure 5 représente, vu suivant une de ses extrémités, un bloc prismatique de coeur de réacteur à haute température comportant des agglomérés combustibles, groupés en rayons et d'un type différent des agglomérés des figures 1 à 4, ces nouveaux agglomérés étant munis d'une gaine indépendante. L'aggloméré combustible selon l'invention peut être d'une longueur suffisante pour occuper toute la longueur du bloc prismatique, ou bien être de faible longueur et, dans ce cas, il faut empiler plusieurs agglomérés pour occuper toute cette longueur. Ce dernier cas est celui de la figure 1. Sur cette figure, le bloc prismatique en graphite, désigné par la référence 1, et muni d'un canal central 4 pour le passage d'Ün organe de manutention est perce sur toute sa longueur de canaux 5 ayant une section transversale en forme de rectangle assez aplati arrondi à chacun de ses sommets. Vus en section transversale, ces canaux sont disposés en lignes parallèles et, alternativement, les canaux 5 d'une ligne sont remplis par des empilements 2 d'agglomérés combustibles 3 ne comportant pas de gaine tandis que ceux de la ligne voisine sont vides et destinés à la circulation du réfrigérant. Conformément à l'invention, chacun de ces agglomérés se caractérise par le fait qu'il est en forme de plaque mince. A chaque extrémité du bloc 1 les rangées dont les canaux sont remplis par des empilements 2 sont recouvertes par une réglette coulissante 6 rendue solidaire du bloc 1 par des vis 7 et destinée à obturer les logements des empilements 2. Dans le cas de la figure 2, les agglomérés combustibles 3 sont du même type que dans le cas de la figure 1, c'est-à-dire sans gaine, mais ils sont disposés de façon différente. Ici encore, les canaux 5 sont alternativement remplis d'empilements combustibles et vides pour la circulation du réfrigérant. A chaque extrémité du bloc 1, l'ensemble des empilements combustibles 3 est obturé par un couvercle B représenté avec arrachement sur la figure 2, fixé à l'aide de vis T introduites dans des trous taraudés 9 Conformément à l'inventions chacun des agglomérés com- bustibles 3, comme danse cas de. la figure I, se caractérise par le fait qu'il est en forme de plaque mince. Dans le cas de la figure-3, les agglomérés combustibles 3 sont du même type que ceux des figures I et 2, c > est-à-dire en forme de plaque mince et sans gaine, mais- ils sont groupés, par exemple par deux, pour constituer des cartouches 10 indépendantes logées dans des alésages Il du bloc 1. Chaque cartouche 10 est percée, par exemple, de trois canaux 5, les deux canaux extrêmes renfermant des empilements combustibles 2 tandis oue le canal intermédiaire sert à la circulation du réfrigérant, la réfrigaration étant complétée par le passaqe de réfrigérant dans les espaces 12 compris entre une cartouche 10 et l'alésage 11 correspondant. Dans le cas de la figure 4, les agglomérés combustibles 3 sont groupés en rayons 13 et ils sont munis d'une gaine adhérente 14 en graphite sans combustible. Cette gaine est dite incorporée car elle forme un seul bloc avec l2aqgloméré. Le réfrigérant circule dans des fentes 12 situées entre les rayons de combustible. Enfin, dans le cas de la figure 5, les agglomérés combustibles sont comme ceux de la figure 4, munis de gaines et groupés en rayons, mais la gaine (référence 15) est indépendante, & savoir qu'elle est appliquée contre l'aggloméré 3 et non dtun seul bloc avéc ce dernier. Les agglomérés combustibles selon l'inuention, caractérisés par leur forme de plaque mince sont d'une fabrication plus simple et moins onéreuse que les agglomérés combustibles de forme cylindrique, connus pour les réacteur à haute température. De plus, les dispositions représentées sur les figures 1 à 5 permettent d'obtenir un bon refroidissement des agglomérés combustibles ; elles améliorent l'hétérogénéité du point de vue de la neutronique ; enfin elles permettent d'éviter les phénomènes d'interaction (dus à une déformation ifférentielle sous irradiation) qui se produisent habituellement entre la gaine en graphite et l'aggloméré combustible. Rien entendu, l'aggloméré combustible 3 peut être d'une longueur suffisante pour occuper toute la longueur du bloc t de graphite. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite ci-dessus qu'à titre explicatif et nullement limitatif, et qu'on pourra y apporter toutes modifications de détail sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 ) Bloc combustible pour réacteurs nucléaires à haute température, constitué par une structure modératrice munie de passages de refrondissement et d'orifices obturés à leurs deux extrémités et renfermant des agglomérés combustibles, ce bloc combustible étant caractérisé par le fait que chacun desdits agglomérés combustibles se présente sous la forme d'une plaque mince. 20) Bloc combustible selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque aggloméré combustible est placé directement dans un orifice de la structure modératrice. 30) Bloc combustible selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque aggloméré combustible est muni d'une gaine incorporée, c'est-à-dire faisant corps avec l'aggloméré. 40) Bloc combustible selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque aggloméré combustible est muni d'une gaine indépendante.