Brevet FR2108960A1 — publié le 19720526

La présente invention est relative à un dispositif statique de contrôle de la marche d'un réacteur nucléaire, permettant notamment de jouer sur la valeur du coefficient de multiplication des neutrons produits par la réaction 5 de fission du combustible et, selon la valeur instantanée de ce coefficient, d'augmenter ou de diminuer la réactivitë donc la puissance du réacteur par rapport à un niveau donné. Dans la très grande majorité des solutions 10 adoptées pour contrôler un réacteur nucléaire, on fait appel à des éléments ou corps absorbants en forme de barres, plaques, tiges..., plus ou moins profondément introduits dans le coeur du réacteur, siège de la réaction de fission, ces éléments contenant des substances (bore, 15 cadmium, hafnium...) présentant une section de capture des neutrons importante, limitant plus ou moins la proportion de ces neutrons participant et entretenant la réaction de fission. Ces éléments absorbants sont généralement mus par des mécanismes qui règlent leur degré d'introduction 20 dans le coeur du réacteur en fonction d'informations émanant d'un tableau de contrôle central de la marche du réacteur. La présente invention a pour objet un dispositif statique de contrôle d'un réacteur nucléaire, susceptible 25 de remplacer les barres de contrôle classiques et leurs mécanismes de commande exigeant notamment des appareillages complexes et en particulier des montages d'étanchéité délicats à travers le caisson ou l'enveloppe entourant le coeur de ce réacteur. 30 A cet effet, le dispositif de contrôle selon l'invention se caractérise en ce qu'il comporte au moins un tube métallique étanche traversant le coeur du réacteur1 et refroidi par sa surface externe par la circulation d'un fluide caloporteur, ce tube étant fermé à une de ses 35 extrémités et communiquant par l'autre avec un réservoir d'un fluide absorbant les neutrons, le tube contenant 70 38372 2108960 également un fluide liquide de commande, vaporisable sous l'effet d'une source de chaleur à efficacité réglable entourant le tube à l'extérieur du coeur à son extrémité opposée au réservoir, et un revêtement poreux monté contre la surface interne du tube, le fluide de commande se condensant sur la paroi interne du tube en contact avec le fluide caloporteur et se vaporisant sur la paroi du tube chauffée par la source de chaleur. De préférence, la source de chaleur est constituée par une résistance électrique entourant extérieurement l'extrémité fermée du tube métallique étanche. De préférence également, le fluide absorbant est.constitué par de O. l'hélium He' ou une vapeur d'un corps absorbant volatil. D'autres caractéristiques d'un dispositif de contrôle selon l'invention apparaîtront également à travers la description qui suit d'un exemple de réalisation, donné à titre indicatif et non limitatif, en référence à la figure unique du dessin annexé qui illustre une vue schématique en coupe axiale de ce dispositif. Sur cette figure, la référence 1 désigne très schëmatiquement le coeur d'un réacteur nucléaire, d'un type quelconque, à neutrons thermiques ou rapides. A travers le coeur 1 sont ménagés des canaux 2, réservés notamment à la mise en place du dispositif de contrôle selon l'invention, ces canaux étant en outre parcouru par un fluide caloporteur approprié, servant au refroidissement du coeur et à l'extraction des calories dégagées dans celui-ci par la réaction de fission. Le dispositif de contrôle se compose essentiellement d'un tube métallique 3, fermé à sa partie supérieure 4 et présentant à sa partie inférieure une communication 5 reliant la région interne du tube 3 à un réservoir 6. Ce réservoir contient un volume donné d'un fluide absorbant 7, 3 notamment constitué par de l'hélium He ou par une vapeur d'un corps absorbant volatil. En période de fonctionnement normal, le niveau du fluide 7 à 1'intérieur du tube 3 atteint la position repérée en 8, cette position 'étant essentiellement variable selon le degré d'efficacité commandé par le dispositif de contrôle de telle sorte que 70 38372 3 2108960 le volume de fluide absorbant présent à l'intérieur du canal 2 correspondant soit également variable et puisse selon son importance relative agir sur le facteur de multiplication des neutrons dans le coeur 1 du réacteur. 5 A sa partie supérieure et à l'extérieur du coeur 1, le tube 3 est associé à une source de chaleur 9, constituée au moyen d'une enveloppe ou carter 10 à l'intérieur de laquelle est montée une résistance électrique 11 dont les extrémités sont réunies par des connexions 12 et 13 à une 10 source de tension électrique appropriée et réglable. L'intérieur du tube 3 au-dessus du niveau 8 est rempli par un fluide de commande 14, avantageusement constitué par un corps liquide dont la nature dépend des conditions de température envisagées au cours du fonctionnement du réacteur, 15 ce liquide étant susceptible de se vaporiser immédiatement au contact de la paroi du tube 3 entourée par la source de chauffage 9. Enfin, la paroi interne du" tube 3 est tapissée par un revêtement 15 d'épaisseur convenable d'un matériau poreux, constitué au moyen d'un tissu de mailles tressées, 20 d'un élément métallique fritté ou usiné ... Le fonctionnement du dispositif de contrôle selon l'invention s'explique aisément en fonction de la description qui précède: Lorsque l'enroulement constitué par la résistance électrique 11 est parcouru par un courant 25 d'intensité convenable, le fluide liquide de commande 14 contenu dans le tube métallique étanche 3 se vaporise, la vapeur formée se déplaçant vers la partie du tube 3 normalement refroidie par le fluide caloporteur qui circule à 11 extérieur de ce tube et dans le canal 2. Cette vapeur 30 refoule alors le niveau 8 du fluide absorbant 7 avec un front de séparation parfaitement net puis se condense ensuite sur le revêtement poreux 13 de la paroi du tube 3. Le liquide condensé remonte alors par capillarité à travers la couche poreuse 15 vers la partie supérieure 35 du tube 3 où il peut être à nouveau vaporisé. La hauteur de la colonne de fluide absorbant 7, c'est-à-dire la position de son niveau supérieur 8 à l'intérieur du coeur 1 ne dépend dans ces conditions que de la 70 38372 4 210896- puissance de chauffe due à la résistance électrique 11. Il en résulte la possibilité de piloter de façon simple par ce moyen le fonctionnement du réacteur, en agissant uniquement sur 1'intensité du courant commandant la source 5 de chaleur. A noter à cet égard qu'en cas de défaillance du circuit électrique limitant la production de la vapeur du fluide de commande, le fluide absorbant envahit complètement le tube en provoquant l'arrêt ou tout au moins une dimunition de puissance du réacteur, ce qui agit par JO conséquent directement dans le sens de la sécurité. A noter également, le fonctionnement auto-stabilisant du dispositif, si la colonne de vapeur du fluide de commande s'allonge pour une raison quelconque, la surface d'échange thermique avec l'extérieur croît, ce qui diminue la température 15 de cette vapeur et provoque la contraction de la colonne. Comme il résulte déjà de ce qui précède, ce dispositif de contrôle considéré présente de nombreux avantages: en tout premier lieu, ce dispositif est particulièrement fiable puisqu'il ne comporte aucune pièce mécanique 20 en mouvement et ne nécessite aucun entretien, sa durée de ^ vie pouvant de ce fait être particulièrement longue. En outre, ce dispositif peut être sans inconvénient logé dans un endroit inaccessible. Les variations de pression à l'intérieur du tube 25 métallique sont d'une manière générale très faibles, la pression du fluide caloporteur qui circule à l'intérieur des canaux ménagés dans le coeur du réacteur, étant avantageusement toujours supérieure à celle du fluide absorbant, ces dispositions excluant notamment tout risque d'explosion 30 accidentelle. La forme du tube métallique peut être absolument quelconque, ce tube pouvant être placé aussi bien horizontalement que verticalement ce qui permet en particulier de favoriser l'absorption neutronique de manière différentielle selon les zones du coeur du 35 réacteur où est placé le dispositif. La répartition du flux neutronique global peut ainsi être ajustée. Enfin dans tous les types de réacteurs connus, l'utilisation dé barres de contrôle à mécanisme de commande de position pose des problèmes d'ëtanchéité vis-à-vis de l'extérieur, 70 38372 2108960 ces problêmes étant éliminés avec le dispositif selon l'invention où le tube métallique contenant le fluide absorbant et le fluide de commande est entièrement étanche, le dispositif considéré présente dans ces conditions des 5 avantages particulièrement intéressants dans le cadre d'applications aux réacteurs nucléaires conçus pour fonctionner en apesanteur, aucun effet gyroscopique n'étant à craindre du fait de l'absence de rotation d'organes quelconques. De plus, le dispositif peut fonctionner à 10 des températures variables et notamment très élevées, ce qui peut être le cas pour des réacteurs spatiaux. 70 38372 2108960 REVENDICATIONS 1°/ Dispositif de contrôle pour réacteur nucléaire, comportant au moins un tube métallique étanche traversant le coeur du réacteur et refroidi par sa^surface externe par la circulation d'un fluide caloporteur, ce 5 tube étant fermé à une de ses extrémité et communiquant par l'autre avec un réservoir d'un fluide absorbant les neutrons, caractérisé en ce que le tube contient également un fluide de commande liquide, vaporisable sous l'effet d'une source de chaleur à efficacité réglable entourant le tube à l'extérieur du coeur à son extrémité opposée au réservoir, et un revêtement 10 poreux monté contre la surface interne du tube et mouillé par le fluide liquide de commande qui se condense sur la paroi interne du tube refroidie par le fluide caloporteur et se vaporise sur la paroi du tube chauffée par la source de chaleur, en agissant sur le volume du fluide absorbant présent dans le tube. 15 2°/ Dispositif de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de chaleur est constituée par une résistance électrique entourant extérieurement l'extrémité fermée du tube métallique étanche. 3°/ Dispositif de contrôle selon la revendication 1, caractérisé o en ce que le fluide absorbant est constitué par de l'hélium He ou une 20 vapeur d'un corps absorbant volatil. x 4°/ Dispositif de contrôle- selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement poreux est constitué d'un tissu à mailles tressées ou d'un élément métallique fritté ou usiné. B. 3-908-3 PG Revendications déposées après premier projet d'avis documentaire.