Brevet FR2118852A1 — publié le 19720804

i 2118852 1 L1 invention concerne les barres de contrôle pour réacteur nucléaire, et notamment pour réacteur nucléaire de puissance à neutrons rapides refroidi par circulation de sodium fondu. Dans les réacteurs de ce type, il est 5 nécessaire de refroidir la partie absorbante dans laquelle est libérée une quantité de chaleur élevée. Pour atteindre ce résultat, on prévoit autour de la barre un fourreau percé à sa partie inférieure et à sa partie supérieure d'orifices d'entrée et de sortie d'un réfrigérant. On désignera par la 10 suite par les termes "ensemble à barre de contrôle" l'ensemble constitué par la barre de contrôle et le fourreau. La barre proprement dite comporte une partie occupée par un matériau absorbant et elle est déplaçable entre une position haute où la partie absorbante est hors 15 de la zone de flux neutronique intense du réacteur et une position basse où la partie absorbante se trouve dans le coeur. Les barres de contrôle utilisées dans les réacteurs â neutrons rapides sont en général constituées 20 par un faisceau d'aiguilles. Pour que le refroidissement soit convenable dans ce cas, il faut évidemment que le réfrigérant à l'intérieur du fourreau circule au moins en majeure partie entre les aiguilles. On pourrait penser qu'il suffit pour celà de munir la barre d'une enveloppe 25 munie d'un pied tubulaire inférieur qui coulisse dans une bague de guidage ménagée à 11 extrémité inférieure du fourreau. L'étranglement créé par la bague de guidage doit correspondre à un jeu très faible. Cette solution, en apparence satisfaisante, a pourtant un très grave inconvénient dans 30 les réacteurs où le flux neutronique est élevé. En effet lorsque le réacteur est en fonctionnement, la barre de contrôle est levée, le pied tubulaire se trouve au niveau du coeur, dans une zone où le flux neutronique est proche du maximum, alors que la bague de guidage se trouve dans un 35 sommier au-dessous du coeur et est soumise à un flux neutronique bien moindre. Le gonflement sous flux des matériaux utilisables pour constituer le pied (acier inoxydable notamment) se traduit par le risque de voir le 70 46296 2 2118852 1 pied se coincer dans la bague lorsqu'on lâche la barre pour arrêter le réacteur. Il s'agit d'un risque inacceptable qui oblige soit à écarte cette disposition dans les réacteurs où le flux neutronique et la puissance sont très élevés, soit à remplacer la barre bien avant que sa perte d'absorption neutronique ne le justifie. L'invention vise notamment à fournir un ensemble à barre de contrôle ne présentant pas les inconvénients ci-dessus. Dans ce but, l'invention propose un ensemble comprenant un fourreau fixe et une barre de contrôle présentant la partie absorbant les neutrons, une tête permettant de saisir la barre et de la déplacer verticalement entre une position basse où la partie absorbante se trouve dans le coeur et une position haute où elle se trouve hors du coeur et un pied qui est au niveau du coeur lorsque la barre est en position haute, ledit fourreau comprenant au-dessous et au-dessus du coeur des orifices d'entrée et de sortie du réfrigérant du réacteur, caractérisé notamment par un palier disposé entre la barre et le fourreau à m niveau supérieur à celui du coeur, à la-partie supérieure du fourreau laissant subsister un jeu suffisamment faible pour que le débit de réfrigérant qui circule entre le fourreau et la barre soit une fraction négligeable du débit qui pénètre dans le fourreau et en sort. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un ensemble de contrôle pour réacteur de puissance à neutrons rapides refroidi par circulation de sodium fondu, constituant un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels: - la Fig. 1 montre très schématiquement l'ensemble de contrôle, en coupe suivant un plan vertical passant par l'axe; et - la Fig. 2 est une vue, en élévation et en coupe partielle, d'une fraction de l'ensemble de la Fig. 1, la barre étant en position haute. 70 46296 3 2113852 L'ensemble de contrôle représenté en Fig, 1 comprend ion fourreau vertical 10 et me barre de contrôle 12. Le fourreau 10 peut être regardé comme constitué d'une partie haute à section droite constante (circulaire dans le 5 cas représenté) qui déborde du coeur 14 (dont l'emplacement est indiqué schématiquement en tirets) vers le haut et vers le bas jusqu'au niveau du sommier dont la face supérieure est indiquée par la ligne 16 en tirets. L'extrémité supérieure du fourreau 10 est munie d'un chambrage 18 10 permettant de saisir le fourreau 10 à l'aide d'une pince (non représentée) et de soulever l'ensemble de contrôle hors du coeur. Le fourreau 10 se prolonge dans le sommier par un nez 19 de section plus faible que la partie haute, muni d'orifices 20 d'entrée du sodium fondu destiné à 15 refroidir la barre. Ce sodium circule suivant le trajet indiqué par les flèches et sort du fourreau à la partie supérieure de celui-ci. La barre de contrôle 12 comprend une partie inférieure constituée par un faisceau d'aiguilles 22 (sept 20 aiguilles dans le cas de la Fig. 1, dont trois seulement sont visibles) disposées suivant un réseau régulier à l'intérieur d'une enveloppe 24. Cette enveloppe 24 est munie à sa partie inférieure d'un cône 2 6 percé de trous d'entrée du sodium et à sa partie supérieure d'un embout 25 28 de raccordement à une tige tubulaire 30 reliée à une tête de manutention 32 dans laquelle est ménagé un chambrage. Une pince de manutention (non représentée) raccordée à un mécanisme de commande de la barre est prévue pour venir s'insérer dans le chambrage. 30 Sur la Fig. 1, la barre est représentée séparée du mécanisme de commande, au-delà de la position basse dans laquelle le mécanisme de commande l'amène en position de pleine absorption. La barre est alors retenue par appui d'un rebord 36 de la tige tubulaire 30 contre un 35 palier 38 porté par la paroi interne du fourreau. Entre la tête 32 et le rebord 3 6 la tige est percée de trous 40 de sortie du sodium qui circule suivant le trajet indiqué par les flèches en traits pleins sur la figure 1. 70 46296 4 2118852 ' Pour éviter qu'une fraction importante du débit de sodium réfrigérant qui pénètre par les orifices 20 "lie s'écoule dans le passage annulaire entre l'enveloppe 24 et le fourreau 10, au lieu de passer à l'intérieur de l'enveloppe en refroidissant 5 les aiguilles 22, le palier 38 de guidage de la barre ne laisse subsister qu'un jeu faible (quelques dizièmes de mm) et étrang3ele passage. Cette disposition apporte de nombreux avantages: - d'une part, la tige 30 de la barre, qui coulisse 10 dans le palier 38,se trouve entièrement hors du coeur en permanence et, elle en est séparée par l'absorbant neutronique: en conséquence le risque de gonflement de la tige (en acier inoxydable en général) est pratiquement inexistant; - d'autre part, le palier 38 est également moins 15 soumis à irradiation que s'il était placé en dessous du coeur. En effet, il est protégé contre le flux neutronique du coeur par la partie absorbante de la barre elle-même. Les aiguilles représentées à titre d'exemple sont du type décrit dans la demande de brevet n° EN 6 915 504 20 déposée le 13 mai 1969 par l'organisme demandeur et comportent une zone absorbante médiane en deux fractions. La gaine de chaque aiguille contient une fraction inférieure 46 en tantale et une fraction supérieure, beaucoup plus longue, en carbure de bore. On pourrait d'ailleurs remplacer ce couple de matériaux par un 25 autre, remplissant les conditions mentionnées dans la demande de brevet déjà citée. Pour guider la barre le fourreau porte, immédiatement en dessus du coeur 14, trois pastilles de guidage 42. Ces moyens de guidage peuvent d'ailleurs être oiais si l'emmanchement 30 . de la tête de barre sur le mécanisme de commande suffit à aligner la barre. Il faut noter que les pastilles 42 doivent laisser subsister un jeu assez important : en effet elles doivent laisser passer, sans freinage hydraulique excessif, le sodium qui s'échappe du compartiment compris entre la tige 30, le 35 fourreau 10 et le palier 38 lorsque la barre monte (ou y entre lorsque la barre descend). De plus, le jeu doit autoriser le gonflement éventuel du corps de la barre, bien que ce gonflement reste faible pour la fraction de la barre qui coulisse 70 46296 5 2118852 1 dans les pastilles étant donné que cette fraction se trouve entièrement hors du coeur lorsque la barre est levée, c'est-à-dire lors des conditions normales de fonctionnement, correspondant au flux neutronique maximum dans le coeur. 5 L'emploi de la disposition qui précède fait que la durée de vie de la barre de contrôle et celle du fourreau sont très accrues par rapport à celles des dispositifs où le risque de coincement conduit à retirer les barres bien avant que leur perte d'efficacité ne le justifie. De plus, 10 il devient possible de remplacer simultanément barre et fourreau, c'est-à-dire l'ensemble de contrôle en bloc. La disposition qui a été décrite permet d'accomplir cette opération de façon simple. Il suffit en effet de lâcher la barre pour que celle-ci vienne dans la position illustrée en Fig. 1 et rende 15 accessible le chambrage 18. Le dispositif de manutention des assemblages de combustible (non représenté) peut alors saisir le fourreau, d'autant plus facilement qu'il peut être prévu un seul niveau de préhension pour tous les organes manipulés, ensembles de contrôle ou assemblages 20 combustibles. A titre d'exemple, on peut indiquer qu'un dispositif du type ci-dessus a été prévu pour un réacteur à neutrons rapides d'une puissance de 250 MWe, dont le coeur a 0,85 m de hauteur. Le palier laisse subsister un 25 jeu radial de l'ordre de 0,2 mm et il est situé à 1,50 m environ au-dessus du coeur. La course maximale de la barre est de 1,1 m. 70 46296 6 2118852 ' REVENDICATIONS 1°) Ensemble à barre de contrôle pour réacteur nucléaire, comprenant un fourreau fixe et une barre de contrôle présentant une partie absorbante, line tête permettant 5 de saisir la barre et de la déplacer verticalement entre une position basse où la partie absorbante se trouve dans le coeur et une position haute où elle se trouve hors du coeur et un pied qui est au niveau du coeur lorsque la barre est en position haute, ledit fourreau comprenant, au-dessous et 10 au-dessus du coeur, des orifices d'entrée et de sortie du réfrigérant du réacteur, caractérisé par un palier de guidage disposé entre la barre et le fourreau à un niveau supérieur à celui du coeur, à la partie supérieure du fourreau laissant subsister entre eux un jeu suffisamment faible pour que le 15 débit de réfrigérant qui circule entre le fourreau, et la barre soit une fraction négligeable du débit qui pénètre dans le fourreau et en sort. 2°) Ensemble de contrôle suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la barre comprend une enveloppe 20 coulissant dans des moyens de guidage supplémentaires, de section droite constante, munie à ses extrémités inférieure et supérieure d'orifices d'entrée et de sortie du réfrigérant. 3°) Ensemble de contrôle suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'enveloppe contient un faisceau 25 d'aiguilles parallèles contenant un matériau absorbant les neutrons. 4°) Ensemble de contrôle suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie absorbante de la barre comprend une fraction inférieure 30 constituée d'un premier absorbant neutronique et une partie supérieure constituée d'un second matériau absorbant. 5°) Ensemble de contrôle suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fourreau présente une partie de section droite constante au niveau 35 du coeur et au-dessus de celui-ci et une partie inférieure rétrëcie pénétrant dans un sommier de répartition du réfrigérant dans le coeur. 70 46296 7 2118852 6°) Ensemble de contrôle suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le fourreau comporte à sa partie supérieure des moyens de retenue de la barre lorsque celle-ci est désolidarisée de son mécanisme de commande. 5 7°) Ensemble de contrôle suivant la revendication 6, caractérisé par des moyens de préhension portés par la partie supérieure du fourreau et accessibles lorsque la barre est désolidarisée de son mécanisme de commande. 8°) Ensemble de contrôle suivant la revendication 2 ou 10 l'une quelconque des revendications qui en dépendent, caractérisé en ce que lesdits moyens de guidage sont disposés immédiatement au-dessus du coeur. 9°) Ensemble de contrôle suivant la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de guidage comprennent 15 trois pastilles portées par le fourreau et laissait subsister un intervalle de circulation du réfrigérant. 10°) Ensemble de contrôle suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une barre de contrôle et un fourreau tels que représentés en Fig.1. *