Brevet FR2139938A1 — publié le 19730112

Dans les réacteurs thermo-ioniques, la chaleur dégagée lors de la fission nucléaire est directement transformée en énergie électrique. Dans un réacteur thermo-ionique connu du type "Incore", décrit dans un article de Dietrich Budnick paru dans la revue "Sieaens-Zeitschrift s 44ième année, aot 1970, cahier 8, pages 483 à 488, des barres d'activation et des barres thermo-ioniques hexagonales sont montées à l'intérieur d'un caisson. Tant les barres d'activation que les barres thermoioniques renferment des élément a en 'aatiêr fissile dans lesquels le phénomène de la fission nucléaire engendre de la chaleur.Les différentes cellules de conversion prévues dans les barres thermo-ioniques pour convertir cette chaleur en énergie électrique se composent respectivement d'un émetteur cylindrique dans lequel est contenue la matière fissile et d'un collecteur entourant cet émetteur et relié mécaniquement et électriquement à l'émetteur de la cellule de conversion voisine. Dans ce réacteur connu, l'émetteur est en molybdène etest couvert d'une couche orientée de tungstène. La différence de températures entre le collecteur et l'émetteur entouré par ce dernier se traduit par-des densités d'électrons différentes et, par conséquent, par une différence de potentiels qui permet d'utiliser ce réacteur thermo-ionique comme source de tension électrique. Le rendement d'un tel réacteur thermo-ionique est, entre autres, fonction de la grandeur de l'intervalle entre l'émetteur et le collecteur. Or, aux températures élevées qui, quand le réacteur est en service, règnent notamment à 1' émet- teur, il convient de tenir compte des dilatations thermiques lors du dimensionnement de l'intervalle entre l'émetteur et le collecteur. Du fait de la forme cylindrique de l'émetteur et de son échauffement imparfaitement uniforme qui en résulte, il se produit des déformations qui font qu'en service l'intervalle entre l'émetteur et le collecteur est plus ou moins irrégulier. I1 en résulte forcément sur le pourtour des endroits ou l'intervalle entre l'émetteur et le 1collecteur est plus grand qu'il ne faudrait. Le but de la présente invention est de proposer une structure d'émetteur particulièrement avantageuse pour éviter les déformations de l'émetteur aux températures élevées. L'invention vise donc un émetteur cylindrique pour une barre thermo-ionique comportant des cellules de conversion qui sont montées électriquement en série, et se composent respectivement d'un émetteur et d'un collecteur entourant celui-ci, émetteur dans lequel des chambres sont prévues pour recevoir des éléments de matière fissile, caractérisé par le fait que plusieurs chambres annulaires destinées à recevoir des éléments de matière fissile sont juxtaposées axialement et sont séparées les unes des autres par des entretoises annulaires en matière conductrice de l'électricité qui, de leur côté, sont formées d'une pièce avec ou bien sont soudées ss rasées à un noyau d'émetteur formant la paroi intérieure desdites chambres, ainsi qu'avec ou à une gaine cylindrique d'émetteur formant la paroi extérieure desdites chambres0 Pour la description plus détaillée de l'invention, on va se référer au dessin annexé qui représente schématiquement en coupe axiale et en coupe transversale, deux exemples de réalisation d'une cellule de conversion avec un émetteur cylindrique conforme à l'invention. Dans l'exemple des figures la et lb, le collecteur 2 de la cellule est logé dans une gaine 1, L'émetteur 3 est centré dans le collecteur 2 à l'aide d'un embout 4, d'une part, et au moyen de 1' extrémité saillante 5 de son noyau 6, d'autre part. Le collecteur 2 est relié mécaniquement et élec triquement à l'extrémité 5a du noyau d'émetteur non représenté de la cellule de conversion voisine. Le noyau d'émetteur 6 présente un perçage axial faisant office de canal 7 pour les gaz de fission, Dans la région des chambres annulaires 8 le noyau d'émetteur 6 présente des fentes radiales croisées 6a9 qui sont destinées à recevoir les gaz résultant de la fission nucléaire et qui, ainsi, subdivisent le noyau d'émetteur 6 en secteurs séparés les uns des autres.Ainsi, ces fentes établissent la liaison entre le canal 7 et les chambres annulaires 8. En outre, la présence des fentes 6a dans le noyau d'émetteur 6 fait qu'il existe à l'intérieur de ce dernier un espace libre continu, de sorte qu'en cas d'échauffement du noyau d'émetteur 6, aucune force radiale ne s'exerce sur les entretoises 10 séparant les chambres annulaires 8. Les chambres annulaires 8 sont délimitées intérieurement par le noyau d'émetteur 6 et extérieurement par la gaine d'émetteur 9. les chambres annulaires 8, axialement juxe taposées, sont séparées par les entretoises 10. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, les entretoises 10 et des parties de la gaine-d'émetteur 9 sont réalisées respectivement d'une pièce ayant un profil en T. Toutefois, on pourrait également adopter un profil en L. Par ce moyen, il est possible de mettre en place l'élément de matière fissile 11 pendant la fabrication de l'émetteur, en l'enfilant sur le noyau d'émetteur 6, puis de fermer la chambre contenant l'élément fissile 11 en question engageant la partie suivante de la gaine avec son entretoise 10 et en la soudant aux autres parties de l'émetteur. Entre le collecteur 2 et la gaine 1 est disposée une couche diélectrique 12. La gaine 1 qui est refroidie extérieurement, maintient le collecteur 2 à une température sensiblement plus basse que celle de l'émetteur 3. Etant donné que l'extrémité 5 du noyau d'émetteur 6 est reliée au collecteur voisin, l'extrémité du noyau 6, à laquelle se trouve l'embout de centrage 4, est à une température légèrement plus élevée que l'extrémité 5 opposée, par laquelle le noyau d'émetteur 6 est relié au collecteur de la cellule voisine. Pour compenser cette différence de températures, la section des éléments de matière fissile ll est échelonnée de manière à être plus grande au voi usinage de l'extrémité 5 du noyau d'émetteur 6. L'utilisation de chambres annulaires 8 axialement Juxtaposées pour recevoir les éléments de matière fissile 11 procure, en tout point, une symétrie radiale grâce à laquelle l'émetteur 3 peut, quand il s'échauffe, se dilater axialement et également radialement, mais il ne se produit pratiquement pas de différences de dilatation aux divers points de son pourtour. De ce fait, la largeur de l'intervalle séparant l'émetteur du collecteur reste pratiquement constante et peut être choisie ex trêmement faible. les figures 2a et 2b représentent un second exemple de réalisation d'une cellule de conversion conforme à l'invention. Dans cet exemple, les entretoises 10 sont réalisées d'une pièce avec le noyau d'émetteur 60 Lors de la fabrication de cet émetteur, les chambres annulaires 8 sont formées au tour par enlèvement de matière du noyau 6, en réservant les entre toises 10. Pour pouvoir placer les éléments de matière fissile 11 dans les chambres annulaires 8, il est nécessaire que, dans ce mode de réalisation, les éléments annulaires de matière fissile soient divisés en au moins deux secteurs qui sont introduits de 1' extérieur dans leur chambre annulaire. Ensuite, on ferme les chambres annulaires 8 extérieurement au moyen de gaines semi-cylindriques soudées 13. La structure de l'émetteur de la figure 2 est semblable à celle de l'émetteur de la figure 1, de sorte qu'ici aussi, l'action de la chaleur n impose qu'un minimum de déformations au contour cylindrique de l'ensemble0 REVENDICATIONS 1. Enetteur cylindrique pour une barre thermoionique comportant des cellules de conversion qui sont montées électriquement en série et se composent respectivement d'un émetteur et d'un collecteur entourant celui-ci, émetteur dans lequel des chambres sont prévues pour recevoir des éléments de matière fissile, caractérisé par le fait que plusieurs chambres annulaires destinées à recevoir des éléments de matière fissile sont Juxtaposées axialement et sont séparées les unes des autres par des entretoises annulaires en matière conductrice de l'électricité qui, de leur côté, sont formées d'une pièce avec ou bien sont soudées ou brasées à un noyau d'émetteur formant la paroi intérieure desdites chambres, ainsi qu'avec ou à une gaine cylindrique d'émetteur formant la paroi extérieure desdites chambres. 2 Emetteur selonla revendication 1, caractérisé par le fait que le noyau formant les parois intérieures des dites chambres présente des fentes radiales divisant ce noyau en secteurs. 3. Emetteur selon la revendication 1 ou 2 ca ractérieé par le fait que les chambres annulaires destinées à recevoir les éléments de matière fissile se composent de parties cylindriques comportant une entretoise intérieure. 4. Procédé pour fabriquer un émetteur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que dans un corps métallique cylindrique, on produit au tour des chambres annulaires dans lesquelles on introduit des secteurs d'éléments annulaires de matière fissile, chaque chambre étant entourée par une gaine de section annulaire composée également de secteurs. 5. 3metteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que dans l'axe médian du noyau d'émetteur est prévu un perçage longitudinal servant de canal pour les gaz de fission, ce perçage étant relié auxdites chambres.