Brevet FR2112045A1 — publié le 19720616

La présente invention concerne un panier d'irradiation à trompe pour tube de force d'une boucle à gaz de réacteur, ou de tout autre système de refroidissement. On sait que, puur ètucier le comportement d'un barreau de combus-5 tible dans des conditioi,s aérodyna>r.iques nominales, on dispose ce barreau à l'intérieur d'un tube de forne vertical monté sur un circuit fermé comportant une soufflante et un échangeur de chaleur, l'ensemble constituant une boucle. Ce barreau de combustible est ^otjé dans un panier suspendu au bou-ch-;n qui se trouve à l'extrémité supérieure dii tube de force, et il est refroi-10 ai par la circulation d'un gaz, par exemple du CO^ dans ce tube. Or, la température à l'intérieur d'une boucle ne peut guère dépasser 500°C, car pour des températures plus élevées, la technologie de la boucle et des organes en mouvement serait difficile à mettre au point et conduirait à des solut.c::r. tr^s coûteuses. 15 L'invention a précisément pour objet de permettre l'obtention, autour du barreau de combustible, de températures très élevées, pouvant dépasser 1000°C, tout en maintenant la température du gaz dans la boucle entre les limites admissibles. Le dispositif selon l'invention a été spécialement conçu pour 20 fonctionner en atmosphère d'hélium, mais il est applicable à d'autres gaz, dans la mesure où ceux-ci peuvent être portés à la température de 1000°C. De façon précise, 'l'invention concerne un panier d'irradiation pour tube de force d'une boucle à gaz de réacteur, ou pour tout système refroidi extérieurement, ce panier d'irradiation, qui est logé verticalement 25 dans des tubes de force, étant essentiellement caractérisé par le fait qu'il comprend une enveloppe cylindrique fermée à chacune de ses extrémités par lui bouchon, une trompe constituée par une série de tuyères fixes, à savoir par une tuyère motrice, ou injecteur, qui traverse le bouchon supérieur et qui est raccordée à un serpentin alimenté en gaz dont la température est de 30 l'ordre de la température de la piscine d'irradiation et par une tuyère, dite mélangeur, disposée dans ladite enveloppe cylindrique sans être à son contact, coaxialement à 1'injecteur et munie à son extrémité tournée vers cet injecteur d'un convergent dit collecteur, et à son autre extrémté d'un divergent dit diffuseur, un manchon cylindrique solidaire de ce divergent et 35 coaxial à l'enveloppe cylindrique, ce manchon arrivant au voisinage du bouchon inférieur de l'enveloppe cylindrique, et étant destiné à contenir un barreau de combustible à étiidder sans Être à son contact, et un serpentin 70 28977 2 2112045 traversant le bouchon supérieur de l'enveloppe cylindrique et débouchant dans le tube de force. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention resbortiront de la description qui suit faite en regard de la figure unique 5 annexée qui représente une forme de réalisation du panier d'irradiation selon l'invention. Cette figure représente île façon schématique, ce panier d'irradiation et l'ensemble des circuits de gaz alimentant le tube de force dans lequel est logé ce panier. 10 Ces circuits sont constitués par un circuit émergé (partie gauche de la figure) et par une boucle immergée dans la piscine du réacteur (partie droite de la figure). Le circuit émergé comprend un compresseur 1, une capacité-tampon 2 et un diaphragme 3. La boucle comprend une souffiante 4, un échangeur 5 une vanne d'échangeur 6, un tube de force 7 et le panier à trompe selon l'in-15 vention. Ce panier comprend une enveloppe cylindrique 8 fermée à son extrémité inférieure par un bouchon 9 et à son extrémité supérieure par un bouchon 10, une trompe constituée par une tuyère motrice ou injecteur 11 qui traverse le bouchon 10 et est raccordée à un serpentin 12 et par une tuyère 13 dite mélangeur logée dans l'enveloppe 8 et coaxiale à 1'injecteur 11, ce mélangeur 20 étant muni à sa partie supérieure d'un convergent 14 et, à son autre extrémité, d'un divergent 15 dit diffuseur, un manchon cylindrique 16 solidaire du divergent 15,et coaxial à l'enveloppe 8, et un serpentin 17 traversant le bouchon 10 et débouchant dans le tube de force 7, ce serpentin 17 servant à l'évacuation du gaz contenu dans le panier et à l'étude des produits de fission. 25 Le manchon 16 contient un barreau de combustible 18 à étudier. Ce manchon et ce barreau arrivent au voisinage du bouchon 9 mais sans l'atteindre. Le tube de force 7 est raccordé, à ses extrémités, à des canalisations 19 et 20 qui ferment la boucle sur. elle-même, pour y entretenir une circulation d'un gaz caloporteur, constitué par exemple par de l'hélium. 30 L'enveloppe 8, coaxiale au tube de force 7, est calorifugée à l'aide d'un sandwich 21 de tissus de silice et de feuillards d'acier inoxydable. L'enveloppe 8 est rendue solidaire du tube de force 7 par vne enveloppe coudée 22. L'espace délimité par cette enveloppe coudée communique avec le volume annulaire compris entre le tube de for-ce 7 et l'enveloppe cylindrique 8 par des ouies 23. * Le barreau de combustible 18 est entouré d'une gaîne 24 en graphite, reposant à sa partie inférieure, sur le bouchon 9, au moyen d'un support 25. Le fonctionnement du panier à trompe selon l'invention est le 70 28977 3 2112045 suivant : La boucle d'irradiation définie plus haut met en oeuvre -une double circulation de gaz, à savoir une circulation dans la boucle proprement dite (flèche F ) et ui e circulation dans le panier à trompe selon l'invention. 5 Le gaz froid provenant (flèche F2) de la capacité-tampon 2, et dont la température peut être considérée comme étant celle de la piscine d'irradiation, est échauffée, au cours de son passage dans le serpentin 12, par le fluide circulant dans la partie supérieure du tube de force 7. Ce gaz est ensuite injecté dans le panier par 1'injecteur 11 (flèche F ), cette injection 10 se faisant en regard du mélangeur 13. A ce niveau, ce gaz cède une partie de son énergie cinétique au gaz secondaire qui circule (flèche F ) dans le panier, et, à la sortie du diffuseur 15, on peut considérer que l'on a un gaz homogène. Ce gaz circule ensuite dans l'espace 26 (flèche F,.), puis ^ (flèche Fg) autour de la gaine en graphite 24 du barreau de combustible 18 au contact duquel sa température monte jusqu'aux environs dé 900°C. Le gaz ainsi échauffé, arrêté par le bouchon inférieur 9, circule alors dans le sens 'ascendant (flèche Fy), dans l'espace annulaire compris entre l'enveloppe 8 et le manchon 16. 20 Le serpentin 17 sert alors à évacuer du panier la quantité d'hélium qui a été introduite dans ce dernier par 1'injecteur 11. Ce serpentin 17, servant d'échangeur, permet d'abaisser la température du gaz de 900°C à une température (environ 300°c) voisine de celle de la partie supérieure du tube de force 7 dans laquelle il est rejeté. 25 La trompe, caractéristique de l'invention, a pour effet d'aug menter la vitesse du gaz circulant dans le panier, par rapport à ce qu'elle est dans un panier ordinaire sans trompe. Le mélangeur 13 doit avoir une longueur suffisante (de six à huit fois son diamètre) pour assurer un mélange homogène des deux courants gazeux F et F.. 0 4 30 Le diffuseutr 15 permet d'assurer une compression du mélange. L'installation du panier à trompe selon l'invention dans le tube de force 7 d'une boucle de réacteur impose quelques modifications dans le bouchon de ce tube de force, pour permettre le passage du tube d'injection 27 et de prises de pression. 35 Le serpentin d'injection 12 est équipé de deux thermocouples (non représentés), l'un placé à l*entrée dans le panier, l'autre à l'autre extrémité, et le serpentin d'échappement 17 est équipé de trois thermocouples (non représentés), disposés respectivement au ras du paniers au tiers de sa 70 28977 4 2112045 lonpfeœ? et â son extrémité supérieure. Le serpentin d'échappement 17 permet une étude assez précise des dépôts de produits de fission en ses différents points, la chute de température du gaz de 900°C à 300°C étant aisément réalisée si le serpentin a une longueur de l'ordre de deux mètres. Le bouchon supérieur 10 du panier est avantageusement coiffé d'un écran protecteur en gadolinium permettant d'assurer une protection efficace contre le rayonnement du combustible. 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. 70 28977 5 2112045 ' REVENDICATION Panier d'irradiation pour tube de force d'une boucle à gaz de réacteur, ce panier d'irradiation, qui est logé verticalement dans le tube de force étant essentiellement caractérisé par le fait qu'il comprend une enveloppe cylindrique fermée à chacune de ses extrémités par un bouchon, une 5 trompe constituée par une série de tuyères fixes, à savoir par une tuyère motrice, ou injecteur, qui traverse le bouchon supérieur et qui est raccordée à un serpentin alimenté en gaz dont la température est de l'ordre de la température de la piscine d'irradiation, et par une tuyère, dite mélangeur,disposée dans ladite enveloppe cylindrique sans être à son contact coaxialement 10 à 1'injecteur et munie à son extrémité tournée vers cet injecteur d'un convergent dit collecteur, et, à son autre extrémité, d'un divergent dit diffuseur, un manchon cylindrique solidaire de ce divergent et coaxial à l'enveloppe cylindrique, ce manchon arrivant au voisinage du bouchon inférieur de l'enveloppe cylindrique et étant destiné à contenir un barreau de combustible à ^ étudier sans être à son contact, et un serpentin traversant le bouchon supérieur de 1'enveloppe » ylindrique et débouchant dans le tube de force.