Brevet FR2118920A1 — publié le 19720804

L'invention concerne une matière combustible et/ou fertile pour réacteurs nucléaires, notamment pour des réacteurs à haute température, constituée par des oxydes d'uranium, de thorium ou de corps semblables. dans le réacteur nucléaire, il se forme des produits de fission gazeux et solides qui ne doivent pas parvenir à partir de la matière combustible et/ou fertile dans le fluide de refroidissement à cttuse de leur radioactivité spécifiqtie élevée. On connaît 10 diverses mesures permettant de retenir ces produits de fission. Ainsi on a placé la matière combustible et/ou fertile dans des enveloppes céramiques ou métalliques. Une autre disposition connue consiste à loger la matière combustible et/ou fertile dans une matrice en graphite. On a déjà également enrobé de petites 15 particules de matière combustible et/ou fertile d'un diamètre inférieur à 1mm dans des couches de carbone pyrolytique et/ou de carbures appropriés tels que le carbure de silicium. Dans le cas de l'utilisation d'enveloppes métalliques et céramiques, l'inconvénient réside dans le fait qu'il peut se présenter le danger 20 d'un départ hors du combustible des produits de fission formés en cas de présence d'une fissure ou d'une cassure de l'enveloppe comme cela peut se produire lors du fonctionnement du réacteur. Cela est valable également pour des combustibles et/ou des matières fertiles, dans lesquels le combustible est contenu sous 25 la forme de petites particules recouvertes de carbone pyrolyti- essayé d'empêcher la sortie de produits de fission solides à 30 travers la couche de carbone pyrolytique en recouvrant en outre ces particules par un carbure de silicium ou par d'autres carbures. Cette disposition nécessite cependant une dépense supplémentaire, qui augmente donc le prix de fabrication du combustible,, A cela s'ajoute le fait que les mesures prises pour le traite— 35 ment ultérieur de particules de matière combustible et/ou fertile sont compliquéeso combustible et/ou fertile notamment pour des réacteurs à haute température, dans laquelle à la génération des produits de fis-40 sion solides est associée une sécurité nécessaire pour la 5 Au cours du processus de fission se déroulant L'invention a pour but de créer une matière 71 45019 2 2118920 pratique. En outre la matière combustible et/ou fertile doit pouvoir être fabriquée de façon simple et son traitement ultérieur doit être également simple, dans la mesure où la combustible est utilisé sous forme de particules enrobées. 5 L'invention est basée sur la découverte sur prenante du fait que quelques oxydes de métaux tels que l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de niobium ou des oxydes semblables ont, lors de leur répartition régulière dans la matière combustible et/ou fertile, la propriété de former dans les éléments de ma-10 tière combustible et/ou fertile introduits dans le réacteur, notamment dans un réacteur à haute température, avec les produits de fission solides formés lors de la fission nucléaire, tels que par exemple le strontium, le baryum ou des corps semblables, des composés stables et non volatils et donc de retenir lesdits pro-15 duits de fission dans la matière combustible et/ou fertile. En partant de cette constatation, le problème est résolu conformément à l'invention dans le cas d'une matière combustible et/ou fertile du type indiqué plus haut grâce au fait que la matière combustible et/ou fertile contient une pro-20 portion inférieure à 10 At-% d'un matériau qui n'est pas volatil à des températures supérieures à 1000° C, possède une faible section efficace de capture neutronique et forme,,avec les produits de fission solides formés lors de la fission nucléaire à des températures supérieures à 800° Cf des composés stables et non 25 volatils tels que l'oxyde d1 alumiipinium, l'oxyde de niobium ou d'autres oxydes semblables. Ce matériau peut être mélangé sous forme de poudre à la matière combustible et/ou fertile pulvérulente, mais naturellement il est également possible, dans les cas où la ma-30 tière combustible et/ou fertile est fabriquée à partir d'une solution aqueuse, d'ajouter le matériau destiné à lier les produits de fission solides, sous la forme d'une solution aqueusej ledit matériau se transformant pendant le processus de frittage en un oxyde réparti de façon uniforme dans la matière combusti-35 ble et/ou fertile. Un autre exemple de réalisation pour la fabrication d'une matière combustible et/ou fertile suivant l'invention, dans lequel on part d'une solution aqueuse au cours de la fabrication, est décrit ci-après de façon détaillée. kO On ajoute une solution de 256g d« Th (NOg)^. 71 45019 3 211892U 5 H20 et de 28,5g de UC>2 (NO.^. 6 H20 dans 500ml d'eau à une solution ammoniacale de 500ml à 25 % tout en les mélangeant à l'aide d'un agitateur. Le précipité qui se forme est séparé de la solution située au dessus de lui par aspiration et est lavé dans 10 1 d'eau dénuée d'ions. Au cours d'une phase ultérieure du procédé, le précipité est mélangé par agitation dans 1,5 1 d'eau et, après addition de 9»^g d'Al (NO^)^' 9 ^0 et de 125ml de HNO^ de concentration normale, est porté à ébullition. La solution colloïdale obtenue (sol) est concentrée par évaporation à 167ml et on obtient une concentration en thorium voisine de 600g de thorium par litre. Le sol est ensuite mélangé à une solution normale de (C H2)g (0,5 à 1ml/10g de sol) à une température de 10° C, puis est introduit goutte à goutte dans de 1'huile de paraffine chauftée à 90 - 95° C. Les particules formées sont libérées de l'huile de paraffine y adhérant, avec de 1'cther de pétrole. Pour enlever le NH^ N0^ apparaissant lors de la gélifi-cation des gouttes de sol, on conserve les particules dans une enceinte en verre pendant 5 heures dans une solution ammoniacale concentrée. La solution est ensuite aspirée et les particules sont séchées préalablement à l'air à 50-70° C jusqu'à ce qu'elles roulent librement. A la suite de ce traitement, les particules sont frittées dans un four tubulaire, où circule de l'hydrogène, avec chauffage d'une barre de carborundum pendant 5 heures à 1300o C pour former des noyaux de combustible denses. Ces derniers sont ensuite enrobés d'une couche poreuse de carbone pyro-lytique dans un lit fluidisé, constitué par du graphite, à 1550o C par décomposition d'acétylène et sont enrobés d'une couche étanche de carbone pyrolytique-à 1300° par décomposition de propylène. Un examen comparatif de la libération des produits de fission importants Sr-90 et Ba-1^0 à partir de telles particules enrobées dans les conditions du réacteur indique qu'aucune libération de Sr-90 et de Ba-1^0 n'est produite à partir des particules conformément à l'invention après 21 jours à 1200° C à l'opposé des particules comportant des noyaux de combustible dénués d'AlgO^. 71 45019 k 2118920 REVENDICATIONS 1. Matière combustible et/ou fertile pour réacteurs nucléaires, notamment pour des réacteurs à haute température, constitué par un oxyde d'uranium et/ou un oxyde de 5 thorium, caractérisée par le fait que la matière combustible et/ou fertile contient une proportion inférieure à 10 At-% d'un matériau qui n'est pas volatil à des températures supérieures à 1000° C, possède une faible section efficace de capture neu-tronique et forme, avec les produits de fission solides formés 10 lors de la fission nucléaire à des températures supérieures à 800° C, des composés stables et non volatils tels que l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de niobium ou d'autres oxydes semblables.