Brevet FR2132732A1 — publié le 19721124

i 2132732 la présente invention se rapporte à une barre de combustible pour des réacteurs nucléaires refroidis à l'eau, cette barre étant pourvue intérieurement d'un dispositif détecteur de fuite. Jusqu'à présent, il n'était possible 5 de contrôler les éléments combustibles que dans leur ensemble quant à la présence de fuites. Cependant, du fait que ces éléments se composent d'un grand nombre de barres de combustible élémentaires, il est relativement difficile dans ce cas de déceler la ou les barres de combustible élémentaires défectueuses 10 dans l'élément combustible détecté comme étant endommagé. Une demande de brevet antérieure, non encore publiée, propose à cet effet de disposer à l'intérieur de la barre de combustible un corps ferromagnétique dont le mécanisme de support est détruit, en cas d'endommagement, par l'eau de refroidissement péné-15 trant alors dans la barre, de sorte que- 1& corps .ferromagnétique peut tomber depuis sa position.initiale, jusqu'à l'extrémité de la colonne de combustible nucléaire se trouvant dans la barre de combustible. Ce changement de position peut être détecté par des mesures magnétiques, sans enlèvement de la 20 barre de combustible en question de l'ensemble de l'élément combustible. - Cependant, ce mode de réalisation est relativement compliqué et la sensibilité de réponse ne peut pas être considérée comme donnant une sécurité, à 100 %. C'est la raison 25 pour laquelle on a cherché d'autres possibilités, pour déceler des barres de combustible défectueuses. De telles possibilités sont basées, selon l'invention, sur le fait qu'une capsule en un matériau résistant à l'eau, pourvue de plusieurs ouvertures, est prévue entre tui ca-30 puchon d'extrémité et un empilage de combustible nucléaire, cette capsule contenant un corps moulé en au moins un matériau ferromagnétique et un autre matériau subissant une décomposition et une augmentation de volume sous l'action de l'humidité. Une autre possibilité consiste à prévoir, entre.un. capuchon 35 d'extrémité et l'empilage de combustible nucléaire, une capsule pourvue de plusieurs ouvertures et de disposer dans cette capsule, un godet libre, en un matériau non magnétique, résistant à l'eau, et rempli de particules ferromagnétiques,, ce godet étant fermé par un couvercle serti, réalisé en u^liu&ériau qui 40 subit, sous l'action de l'humidité, une décomposition et une 72 12180 2 2132732 augmentation de volume telles que le godet se trouve fixé avec son contenu à l'intérieur de la capsule. Le matériau décompo-sable est formé d'aluminium pulvérisé et de composés organiques ou minéraux de mercure, solubles dans l'eau, par exemple du 5 nitrate de mercure, de l'iodure de mercure ou un amalgame d'a-luminiumo Les composés de mercure font alors essentiellement office de catalyseurs poux la décomposition de la poudre d'aluminium, laquelle est accoiLtsàg.-..iée d'une augmentation de volume correspondante, d'autant plus que les corps initialement mou-10 lés se décomposent sous î action de ces p xi© s # Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va se référer au dessin annexé dont les figures 1 à 3 représentent trois exemples de réalisation non limitatifs de l'objet de l'invention et mettent en évidence d'autres carac-15 téristiques et avantages de l'invention. Chaque exemple de réalisation est représenté deux fois (a et b) , une fois (a) avec la partie intéressée de la barre de combustible à l'état non endommagé et une fois (b) avec la même partie à l'état décomposé, c'est-à-dire après réponse du dispositif détecteur. 20 La figure la représente l'extrémité supérieure d'une barre de combustible composée d'une gaine 1, d'un empilage de combustible nucléaire 11, et de capuchons d'extrémité 2. Entre l'empilage de combustible nucléaire 11 et le capuchon d'extrémité 2. est disposée, dans cet exemple de réalisation, 25 une capsule 3 non magnétique pourvue de perçages 31 et renfermant un corps compact 4. Ce corps est formé d'un mélange moulé de poudre d'aluminium et d'un composé organique ou minéral de mercure, soluble dans l'eau, par exemple du nitrate de mercure. En cas de fuite de la gaine 1, l'humidité pénètre dans l'espace 30 intérieur de la barre de combustible et traverse donc également les perçages 31 de la capsule 3. De ce fait, comme représenté sur la figure lb, le corps compact moulé 4 se décompose et subit ainsi une augmentation de volume. Il remplit alors prati- ' quement tout l'espace intérieur de la capsule 3- Cela signifie 35 que le composant ferromagnétique du corps 4, par exemple de la poudre de fer, présente dans ce cas une concentration sensiblement plus faible, ce qui peut être décelé de l'extérieur par ' voie magnétique, par exemple par mesure de la réluctance. J Une autre possibilité est représentée sur les j 40 figures 2a et 2b . Pour plus de clarté, on n'a pas représenté ; i * i 72 12180 3 2132732 les parties de la barre de combustible qui entourent la capsule 3 > ces parties sont réalisées de la même manière que sur la figure 1. Dans cet exemple de réalisation, la capsule 3 renferme un godet 32 rempli de copeaux ou de poudre d'un ma-5 tériau magnétique inoxydable ^1. Le godet est fermé par un couvercle 42 réalisé en un mélange moulé de poudre d'aluminium et d'un composé de mercure» Lorsque la barre de combustible n'est pas endommaget, les conditions sont celles représentées sur la figurv 2a, et l'état du godet 32 ou de son 10 remplissage 41 peut èx~re mesuré par voie magnétique, comme dans l'exemple de la figure 1. Cependant, il est ici possible également, par application d'un champ magnétique intense, de soulever ce godet à l'intérieur de la capsule 3 et de le laisser retomber, le bruit ainsi produit à l'intérieur de la barre de 15 combustible pouvant être détecté, par exemple, en passant par un microphone approprié. En cas d'endommagement de la gaine, le couvercle 42 se décompose, comme représenté sur la figure 2b, et remplit alors l'espace intérieur tout entier de la capsule 3« I«e godet ne peut ainsi plus jouer dans la capsule et 20 le contrôle magnétique ne permet plus de produire de bruit . Par conséquent, lorsque l'opération de contrôle ne permet pas de déceler de bruit, cela constitue tin indice sûr qu'une défectuosité s'est produite dans la barre de combustible en question. 25 Tandis que dans l'exemple de la figure 1, il se produit une décomposition du corps ferromagnétique et un changement de la concentration des particules ferromagnétiques,. la figure 3 montre, tout comme la figure 2, une possibilité permettant de renoncer à la décomposition et au changement de 30 la réluctance» Le corps compact se compose ici de deux parties séparées 44 et 43 qui sont disposées, comme représenté sur la figure 3&.s à l'intérieur de la capsule 3 de manière qu'un espace libre subsiste encore dans le haut. La pastille inférieure 43 est formée de nouveau de poudre d'aluminium et d'un composé 35 de mercure, tandis que la pastille supérieure est formée d'un matériau ferromagnétique solide et non décomposable. En cas de défectuosité de la gaine, les conditions selon la figure 3j> s'établissent à l'intérieur de la capsulée La pastille 43 t^t ici décomposée et, par suite de son augmentation de volume, a 40 soulevé vers le haut la pastille ferromagnétique 44. Cette 72 12180 4 2132732 dernière a donc changé de position, ce qui peut être détecté de l'extérieur par des mesures magnétiques ou des mesures de bruit. Il convient de noter que cette décomposition peut évidemment: être produite, non seulement par de l'eau sous forme liquide, mais également déjà par de la vapeur. Le matériau de la capsule 3 et du godet 32 ne doit pas être attaqué par cette humidité et doit évidemment être non magnétique. On peut donc utiliser, par exemple, le même matériau que pour la gaine, par exemple un composé de zirconium ou de l'acier inoxydable, ou également une masse céramique. La capsule 31 peut être utilisée en même temps pour servir d1appui mécanique à la gaine 1„ Il est également possible de disposer entre la capsule 3 et l'empilage de combustible nucléaire 11 vin calorifu-geage réalisé à l'aide d'une pastille de céramique. On choisit avantageusement la taille de la capsule 3 de manière que soit également formé un compartiment collecteur de gaz de fission, pour limiter la pression intérietire de la barre de combustible. 72 12180 5 2132732 REVENDICATIONS 1. Barre de combustible pour réacteurs nucléaires refroidis à l'eau, cette barre étant pourvue intérieurement d'un dispositif détecteur de fuite, caractérisée par le 5 fait qu'une capsule en un matériau résistant à l'eau et pourvue de plusieurs ouvertures est prévue entre un capuchon d'extrémité et l'empilage de combustible nucléaire, cette capsule contenant un corps moulé formé d'au moins un matériau ferromagnétique et d'un autre matériau subissant une décomposition 10 et une augmentation de volume sous l'action de l'humidité. 2» Barre de combustible pour réacteurs nucléaires refroidis à l'eau, cette barre étant pourvue intérieurement d'un dispositif détecteur de fuite, caractérisée par le fait qu'une capsule pourvue de plusieurs ouvertures est dispo-15 aée entre un capuchon d'extrémité et l'empilage de matière combustible, cette capsule renfermant un godet libre réalisé en un matériau non magnétique résistant à l'eau, rempli de particules ferromagnétiques et pourvu d'un couverde moulé en un autre matériau, et que le matériau du couverele subit, sous l'action de 20 l'humidité, une décomposition et une augmentation de volume telles que le godet se trouve alors fixé avec son contenu à l'intérieur de la capsule. 3. Barre de combustible suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que l'autre matériau est 25 constitué par de l'aluminium pulvérisé et des composés organiques ou minéraux de mercure solubles dans l'eau. 4. Barre de combustible suivant la revendication 3» caractérisée par le fait que les composés de mercure sont en particulier du nitrate de mercure, de l'iodure de mer- 30 cure ou un amalgame d'aluminium. 5. Barre de combustible suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le corps moulé est constitué , dans sa partie supérieure, par un matériau ferromagnétique.