Brevet FR2131857A1 — publié le 19721117

La présente invention concerne un faisceau ou sousensemble d'éléments combustibles pour les réacteurs nucléaires et un élément ou barreau combustible pour un tel faisceau Le brevet des E.U.A. nO 3 105 026 décrit un faisceau ou sous-ensemble d'éléments combustibles pour les réacteurs nucieaires comportant un élément ou barreau amovible contenant du poison. Le brevet des E.U.A. n" 3 349 004 décrit un faisceau d'éléments combustibles comportant plusieurs éléments facilement démontables. Comme il est expliqué plus en detail dans le brevet des E.U.A. nO 5 349 004 précités un faisceau d'éléments combustibles permettant facilement l'enlèvement et le remplacement d9un certain nombre d'éléments ou barreaux combustibles sans enlèvement du faisceau du réacteur et sans démontage du faisceau d'éléments combustibles peut servir dans différents buts9 par exemple l'addition ou l'enlèvement d'un poison combustibles le réglage de ltenrichissement moyen du combustible du faisceau, la modification de la distribution du flux de neutrons, l'utilisation de dispositifs pour l'irradiation d'échantillons de matières spéciales et dans des buts analogues. Le faisceau selon le brevet des E.U.A. n" 3 105 026 précité comporte un dispositif tubulaire fileté tandis que le faisceau selon le brevet des E.U.A. nO 3 549 004 utilise une combinaison d'un raccord tubulaire fendu et d'une broche pour retenir l'élément ou barreau combustible mobile. Ces combinaisons ont différents inconvénients parmi lesquels l'addition d'une matière d'absorption parasite de neutrons au faisceau d'éléments combustible et la limitation du nombre et/ou des positions des éléments amovibles.Par exemple, la matière supplémentaire pour la plaque d'assemblage supérieure pour des raccords relativement larges augmente la restriction à l'écoulement du réfrigérant à travers la plaque de montage supérieure De plus, les dispositifs de retenue antérieurs peuvent être bloqués sur place pendant le fonctionnement du coeur du réacteur en raison de la corrosion ou d'une accumulation de matière brute, ce qui rend difficile l'enlèvement de l'élément combustible. L'invention a pour objet un faisceau d'éléments combustibles et un élément combustible amovible permettant un positionnement précis des éléments combustibles, réduisant la quantité de matière structurale ajoutée au faisceau d'éléments combustibles et permettant l'enlèvement facile des éléments amovibles même après une longue durée de service dans le coeur du réacteur. Un faisceau d'éléments combustibles selon l'invention comporte au moins un élément ou barreau combustible amovible muni d'une douille chargée par un ressort comportant un bouton de verrouillage à tête dépassant de la douille pour être engagé dans une encoche de verrouillage formée dans la plaque de montage supérieure du faisceau d'éléments combustibles La douille comporte une surface pour positionner-l'élément adaptée pour buter sur une surface complémentaire de positionnement de le flaque de montage supérieure située à côté de l'encoche. Le bouton et l'encoche de verrouillage ont des formes sensiblement coniques pour l'établis- sement d'une force rappelant les surfaces de positionnement en contact.Avantageusement9 l'angle de conicité de l'encoche est inférieur à l'angle de conicité du bouton Cela assure une ligne de contact entre la clavette et son siège permettant la séparation facile malgré la présence d'un dépôt ou d'une corrosion au moment de l'enlèvement de l'élément combustible. Pour recevoir l'élément ou barreau amovible, la plaque de montage supérieure du faisceau est modifiée par suppression de la partie normale de maintien dans la position désirée pour l'élément amovible afin d'obtenir un passage pour l'élément amovible et le bouton, la surface de positionnement étant formée sur un épaulement d'un élément voisin ou d'une barre ajoutée à Za partie périphérique de la plaque de montage. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue en élévation et partiellement en coupez'un faisceau d'éléments combustibles selon un mode de mise en oeuvre de l'invention ; - la figure 2 est une vue en plan du faisceau de la figure 1 ; - les figures 3 et 4 sont respectivement une vue en élévation et partiellement en coupe et une vue en plan du dispositif de retenue d'un élément amovible formé dans un épaulement d'un logement pour un élément combustible à côté du passage pour élément combustible amovible ;; et - les figures 5 et 6 sont respectivement des vues en élévation latérale et en élévation avant du dispositif de retenue d'un élément amovible dans la barre péripherique de la plaque de montage supérieure du faisceau. Un faisceau d'éléments combustibles 10 selon l'invention est représenté sur les figures 1 et 2. Ce faisceau comporte un certain nombre d'éléments ou barreaux combustibles 11 supportés entre une plaque de montage inférieure 12 et une plaque de montage supérieure 13. Des séparateurs ou éléments d'entretoisement 14 supportent les éléments dans le sens latéral à des niveaux intermédiaires sur la hauteur du faisceau Les plaques de montage comportent des ouvertures pour le passage du fluide réfrigérant. Par exemple, la plaque de montage supérieure 15 comporte un certain nombre d'éléments en forme de manchons 16 comportant des alésages et qui sont interconnectés par des éléments transversaux 17 pour constituer un ensemble en forme de grille Chaque élément combustible il comporte un tube long formant une gaine contenant le combustible fissile sous la forme de pastilles, de particules, de poudre ou une autre formes qui est enfermé de façon étanche dans - la gaine tubulaire par un bouchon d'extrémité supérieure 18 et un bouchon d'extrémité inférieure 19. Le bouchon inférieur 19 comporte une partie de diamètre décroissant vers le bas pour l'adaptation dans ue ouverture ou logement 21 de la plaque de montage inférieure^12 et le bouchon supérieur 18 comporte un prolongement 22 qui s'adapte dans un manchon 16 de la plaque de montage supérieure 13 Plusieurs alésages 21 de la plaque de montage inférieure 12 sont taraudés pour recevoir les extrémités filetées des bouchons inférieurs correspondants. Les prolongements ou broches 22 des bouchons supérieurs de certains des éléments ll comportant des bouchons inférieurs filetés sont plus longs pour traverser les alésages de la plaque de montage supérieure 15, et ils sont filetés pour recevoir des écrous d'assemblage 230 De cette façon, la plaque de montage supérieure et la plaque de montage inférieure forment avec les éléments combustibles une structure unitaire. Le faisceau d'éléments combustibles 10 est modifié par rapport au faisceau d'élément combustible normal pour recevoir au moins un élément combustible amovible 11(1) dans des positions intérieures et/ou un ou plusieurs éléments combustibles amovibles 11(2) dans des positions périphériques. Pour une position à l'intérieur pour un élément combustible amovible 11(1), le manchon habituel 16 de la plaque de montage supérieure 13 est supprimé pour former un passage 20 pour l'élément combustible 11(1) et un épaulement 24 comportant une surface de positionnement 26 et une encoche de verrouillage 27 est formée sur le manchon voisin 16. Les détails de cette disposition sont représentés en particulier sur les figures 3 et 4. Le prolongement 22(1) du bouchon supérieur 18(1) de l'élément amovible 11(1) est muni d'une douille 28 pouvant coulisser et qui comporte une surface de positionnement 29 venant buter contre la surface de positionnement de l'épaulement 24. Un bouton à tête 30 est fixé à la douille 28 pour eAtre engagé dans une encoche de verrouillage 27. La douille 28 est repoussée vers le haut par un ressort 31 situé entre la douille et le bouchon supérieur 18(1). Le prolongement en forme de tige 22(1) comporte à son extrémité supérieure une tête d'arrêt 32 pour retenir la douille sur la tige quand le bouton 30 est sorti de l'encoche 27. L'extrémité supérieure de la douille 28 comporte une partie 33 pour l'engagement d'un outil d'introduction et d'extraction avec une fente de positionnement 34 située dans une position angulaire prédéterminée par rapport au bouton de verrouillage 30 de façon que l'élément 11(1) puisse être introduit et enlevé à distance.Le bouton de verrouillage 30 et l'encoche 27 comportent des surfaces coniques et inclinées 36 et 37 pour provoquer une composante de force résultant du ressort 31 dans la direction voulue pour que la surface de positionnement 29 de la douille soit appliquée sur la surface de positionnement 26. De préférence, l'angle de conicité de l'encoche 37 est légèrement inférieur à l'angle de conicité de la surface 36 du bouton 30 pour établir une ligne de contact imparfait entre le bouton et la partie conique de l'encoche formant le siège pour le bouton. Cela facilite le dégagement du bouton de l'encoche après une longue durée de service dans le coeur du réacteur dans le cas de formation de dépôt de corrosion. L'élément amovible 11(1) comporte de plus un tube long 38 formant une gaine qui peut contenir du combustible nucléaire, un absorbeur de neutrons ou des poisons de la matière inerte ou de la matière de dilution, ou encore des mélanges de ces matières ou des matières analogues L'élément amovible 11(1) peut être introduit dans le faisceau 10 de la façon suivante. L'élément 11(1) est d'abord introduit à travers le passage 20 et l'extrémité du bouchon inférieur 19(1) est introduite dans l'alésage du manchon 21 correspondant de la plaque de montage inférieure 12. Le ressort 31 est comprimé en abaissant B douille 28 vers la gaine 38 Jusqu'à ce que le bouton de verrouillage 30 arrive en dessous de l'épaulement 24.L'élément 11(1) est ensuite rapproché de l'épaulement 24 pour faire venir la surface de positonnement 29 en contact avec la surface de positionnement 26, le bouton de verrouillage 30 se trouvant en dessous de l'extrémité ouverte de l'encoche 27. La douille 28 est ensute relâchée pour qu'elle soit remontde par le ressort 31, le bouton 30 pénétrant dans l'encoche 27. La combinaison des figures 3 et 4- peut être utilisée pour placer un élément amovible en n'importe quelle position désirée du faisceau éléments combustibles. Cependant, Si un nombre relativement important d'éléments amovibles est désiré dans les positions périphériques du faisceau, il est avantageux d'utiliser des barres latérales 40 de la plaque de montage supérieure pour former une surface de positionnement des éléments et pour former des encoches de verrouillage pour les éléments périphériques amovibles 11(2).Les manchons de positionnement des positions devant être occupées par les éléments amovibles périphériques 11(2) sont supprimés, et les barres périphériques 40 sont fixées aux angles de la plaque de montage supérieure, et/ou aux manchons 16 périphériques ayant été conservés Les détails de cette combinaison pour les éléments amovibles périphériques sont représentés sur les figures 5 et 6 suivant lesquelles le bouton de verrouillage à tAte 41 est fixé à une douille pouvant coulisser 42 qui est montée autour de la tige 43 du bouchon supérieur 18(2) de l'élément amovible 11(2). La douille 42 comporte une surface plate 44 de positionnement venant porter contre le coté plat de la barre 40. La barre 40 comporte une encoche-de verrouillage 46 à extrémité inférieure ouverte pour recevoir le bouton de verrouillage 41. Les autres détails sont analogues à ceux décrits par rapport aux figures 3 et 4, y compris la surface conique du bouton et la surface inclinée de l'encoche 46. I1 ressort de ce qui précède que l'invention concerne un dispositif assurant le positionnement précis des éléments amovible s tels que des éléments combustibles avec le minimum possible de matière aJoutée au faisceau d'éléments combustibles pour réduire au minimum l'absorption parasite de neutrons, et la restriction de l'écoulement, tout en permettant l'introduction et l'enlèvement précis des éléments amovibles. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. REVENDICATIONS 1. Faisceau d'éléments combustibles pour un réacteur nucléaire, caractérisé par plusieurs éléments combust9bles en forme de barreaux, les éléments combustibles contenant de la matière choisie dans le groupe constitué par 1) de la matière combustible, 2) de la matière absorbant les neutrons, 3) de la matière combustible et de la matière formant un diluants 4) de la matière absorbant les neutrons et de la matière formant un diluant et 5) de la matière combustible, de la matière absorbant ,les neutrons et de la matière formant un diluant; les éléments étant retenus en un groupe de forme géométrique prédéterminée entre une première plaque de montage à une extrémité des éléments et une seconde plaque de montage à l'autre extrémité des éléments, au moins l'un des éléments pouvant être enlevé du faisceau sans démontage du faisceau, l'élément amovible étant muni d'une douille portant un bouton de verrouillage à tête dépassant latéralement de la douille, un passage à travers la première plaque de montage pour recevoir l'élément amovible, une encoche de verrouillage dans la première plaque de montage à c8té du passage pour recevoir le bouton de verrouillage et un dispositif pour maintenir le bouton de verrouillage engagé dans l'encoche de verrouillage. 2. Faisceau selon la revendication ls caractérisé en ce que le dispositif pour maintent le bouton de verrouillage engagé dans l'encoche de verrouillage comprend un dispositif élastique rappelant la douille dans la direction voulue pour maintenir le bouton de verrouillage dans l'encoche de verrouillage. 3. Faisceau selon revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le bouton de verrcuillage a une forme conique décroissant vers la douille de l'élément amovible 4. Faisceau selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'encoche de verrouillage a une section décroissant vers 1 élément amovible. 5. Faisceau selon la revendication 4" caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison ies surfaces latérales de l'encoche est inférieur à l'angle diincLnar du bouton de verrouillage. 6. Faisceau selon la revendication 2, caractérisé en ce que la douille comporte une surface de positionnement pour positionner l'élément et le bouton de verrouillage depasse de cette surface. 7. Faisceau selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'encoche de verrouillage est formée dans une partie comportant une surface complémentaire de positionnement sur laquelle vient porter la surface de positionnement de la douille. 8. Faisceau selon la revendication 7, caractérisé en ce que le bouton de verrouillage a une forme conique décroissant vers la surface de positionnement de la douille. 9. Faisceau selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'encoche de positionnement a une dimension décroissant dans la direction de la surface de positionnement de la partie comportant l'encoche de verrouillage. 10. Faisceau selon la revendication 9s caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison des surfaces latérales de l'encoche de verrouillage est inférieur à l'angle dtinòlinaison de la surface latérale du bouton de façon que l'engagement du bouton dans encoche provoque le rapprochement des surfaces complémentaires de positionnement. 11. Faisceau d'éldments combustibles pour un réacteur nucléaire, caractérisé par un certain nombre d'éléments combustibles en forme de barreaux, les éléments combustibles contenant de la matière sélectionnée dans le groupe constitué par 1) de la matière combustible, 2) de la matière absorbant les neutrons, 3) de la matière combustible et de la matière formant un diluant, 4) de la matière absorbant les neutrons et dela matière formant un diluant et 5) de la matière combustible, de la matière absorbant les neutrons et de)a matière formant un diluant, les éléments étant retenus en groupe d'une forme géométrique prédéterminée entre une première plaque de montage à une extrémité des éléments et une seconde plaque de montage à l'autre extrémité des éléments, au moins l'un des éléments pouvant être démonté du faisceau sans démontage du faisceau, l'élément amovible étant muni dgune douille portant un bouton de verrouillage à tête dépassant laténb.ment de la douille, la première plaque de montage comportant un groupe régulier d'éléments en forme de manchons de retenue interconnectés par des éléments d'entrettisement s au moins l'un de ces manchons étant supprimé pour former un passage pour l'élément amovible, une encoche de verrouillage formée dans un manchon de retenue voisin du passage pour recevoir le bouton de verrouillage, et un dispositif pour maintenir le bouton de verrouillage engagé dans l'encoche de verrouillage. 12. Faisceau selon la revendication 11, caractérisé en ce que le dispositif pour maintenir le bouton de verrouillage dans l'encoche de verrouillage comporte un élément élastique rappelant la douille dans la direction voulue pour maintenir le bouton de verrouillage dans l'encoche de verrouillage. 13. Faisceau selon la revendication 12, caractérisé en ce que la douille comporte une surface de positionnement pour positionner l'élément et le bouton de verrouillage dépasse de cette surface. 14. Faisceau selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'encoche de verrouillage est formée dans une partie comportant une surface complémentaire de positionnement sur laquelle vient porter la surface de positionnement de la douille. 15. Faisceau selon la revendication 14, caractérisé en ce que le bouton de verrouillage-,a une forme conique décroissant vers la surface de positionnement de la douille. 16. Faisceau selon la-revendication 159 caractérisé en ce que l'encoche de verrouillage a une dimension décroissant dans la direction de la surface de positionnement de la partie comportant l'encoche de verrouillage, de façon que l'engagement élastique du bouton de verrouillage dans l'encoche de verrouillage provoque le rapprochement des surfaces complémentaires de positionnement. 17. Faisceau selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison des surfaces latérales de l'encoche de verrouillage est inférieur à l'angle d'inclinaison de la surface latérale du bouton. 18 Faisceau d'éléments combustibles pour un réacteur nucléaire, caractérisé par un certain nombre d'4léments,combustibles en forme de barreaux, les éléments combustibles contenant de la matière sélectionnde dans le groupe constitué par 1) de la matière combustible, 2) de la matière absorbant les neutrons, 3) de la matière combustible et de la matière formant un diluant, 4) de la matière absorbant les neutrons et de la matière formant un diluant et 5) de la matière combustible, de la matière absorbant les neutrons et de la matière formant-un diluant, les éléments étant retenus en groupe de forme géométrique prédéterminée entre une première plaque de montage à une extrémité des éléments et une seconde plaque de montage à l'autre extrémité des éléments, au moins l'un des éléments pouvant être enlevé du faisceau sans démontage du faisceau, l'élément amovible étant muni d'une douille portant un bouton de verrouillage à tête dépassant latéralement de la douille, la première plaque de montage comportant un groupe de manchons pour retenir les éléments et une barre périphérique le long de chaque côté du groupe, un passage pour l'élément amovible à côté de l'une des barres périphériques, une encoche de verrouillage dans cette barre périphérique à côté du passage pour recevoir le bouton de verrouillage, et un dispositif pour maintenir le bouton de verrouillage engagé dans l'encoche de verrouillage. 19. Faisceau selon la revendication 18, caractérisé en ce que le dispositif pour maintenir le bouton de verrouillage dans encoche de verrouillage comporte un élément élastique rappelant la douille dans la direction voulue pour maintenir le bouton de verrouillage dans l'encoche de verrouillage. 20. Faisceau selon la revendication 19, caractérisé en ce que la douille comporte une surface plate de positionnement et le bouton de verrouillage dépasse de cette surface. 21. Faisceau selon la revendication 20, caractérisé en ce que le bouton de verrouillage et l'encoche de verrouillage ont des surfaces latérales inclinées de façon que, du fait de ltengagement élastique du bouton dans l'encoche, la surface de positionnement de la douille soit rappelée contre la barre périphérique. 22. Faisceau selon la revendication 21, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison des surfaces latérales de l'encoche est inférieur à l'ange d'inclinaison de la surface latérale du bouton. 23. élément en forme de barreau pour un faisceau d'éléments combustibles pour réacteur nucléaire, contenant de la matière choisie dans le groupe constitué par 1) de la matière combustible, 2) de la matière absorbant les neutrons, 3) de la matière combustible et de la matière formant un diluant, 4) de la matière absorbant les neutrons et de la matière formant un diluant et 5) de la matière combustible, de la matière absorbant les neutrons et de la matière formant un diluant, élément étant adapté pour être introduit dans le faisceau d'éléments combustibles et être enlevé du faisceau sans démontage du faisceau9 caractérisé par une partie creuse contenant la matière, un premier bouchon d'extrémité à une extrémité de la partie creuse, et adapté pour store engagé dans un logement d'une première plaque de montage du faisceau, un second bouchon d'extrémité à l'autre extrémité de la partie creuses ce second bouchon comportant un prolongement en forme de tige, une douille montée autour de la tige pour pouvoir coulisser le long de celle-ci, un bouton à tête de verrouillage fixé à la douille pour être engagé dans une encoche de verrouillage d'une seconde plaque de montage du faisceau, et un dispositif élastique pour repousser X douille le long de la tige en l'éloignant de la partie creuse. 24. élément selon la revendication 23, caractérisé en ce que le bouton de verrouillage a une forme générale conique décroissant vers la douille. 25. Elément selon la revendication 24, caractérisé par un dispositif de butée sur la tige pour retenir la douille sur la tige. 26. élément selon 1 revendication 25, aractérisé en ce que la douille comporte une pri:.-ie pour la fixation dgun outil permettant l'introduction et lienl-.ement de l'élément et comportant une fente d'orientation ayant une relation angulaire prédéterminée avec le bouton de verreuillage