Brevet FR2183077A1 — publié le 19731214

La présente invention se rapporte à un barreau de combustible pour réacteur nucléaire, lequel barreau est pourvu, déjà lors de sa fabrication, d'une pression interne accrue. Cette technique qui a déJà été propose (voir par exemple le brevet E.U.A. nO 3 519 537), vise à compenser les sollicitations que la gaine du barreau subit sous l'effet de la pression externe du réfrigérant.Cela procure non seulement des avantages mécaniques, mais permet également de réduire en conséquence l'épaisseur de paroi de la gaine. I1 stensuit que la quantité de matériau de structure absorbant les neutrons à l'intérieur d1un coeur de réacteur peut être réduite et que, par oons8quent, ltéconomie des neutrons du coeur peut être sensiblement améliorée. Pour établir la pression interne, on utilise des gaz inertes, de préférence de lthélium Cependant, pour bénéficier pleinement de tous les avanta ges que procurent de tels barreaux de combustible dits à pression interne préalable il est nécessaire que ces barreaux soient contrô léss après leur fabrication ou avant leur utilisation dans le coeur du réacteurs quant à la valeur de la pression de gaz interne. Ce contrôle ne peut évidemment être effectué qutà l'aide dtune méthode non destructive. I1 se pose donc le problème de trouver des moyens permettant, à tout moment, de contrôler la pression régnant à I'int8- rieur de barreaux de combustible.Cela inclut en particulier aussi le contrôle de barreaux de combustible en vue de déceler des défec tuosités des gaines et cela que les barreaux de combustible aient été utilisés avec ou sans pression interne préalable dans un coeur de réacteur. Selon l'invention, on obtient ce résultat par le fait quti l'intérieur du barreau de combustible de réacteur, de préférence à une extrémité de ce barreau* sont disposés des moyens variant sous lteffet de la pression interne, cette variation pouvant être décelée par des dispositifs de mesure mise en oeuvre depuis ltexté- rieur. Extérieurement, de tels barreaux de combustible de réacteur nucléaire ne diffèrent pratiquement pas des constructions usuelles Jusqutà présent.Les moyens variant sous l'effet de la pression interne peuvent être constituéss par exemple, par des organes élastiques connus en soi dans la technique barométrique, ces organes portant, à leurs parties qui se déplacent en fonction de la variation de la pression, un corps susceptible d'être localisé depuis l'extérieur du barreau de combustible. Le corps à localiser peut être constitué par un aimant permanent ou par une matière ferro magnétique dont la position peut être décelée de l'extérieur par voie inductive Cependant, le corps à localiser peut également contenir une matière émettant un rayonnement radio-actif, laquelle est séparée, dans l'espace, par des moyens connus en soi, de la charge de combustible nucléaire du barreau de combustible, afin de faciliter sa détection par la mesure.Pour déceler le corps à localiser, on peut également faire appel à des méthodes de mesure aux rayons X. Dans ce cas, il est judicieux de réaliser ce corps à partir d'un matériau pouvant être bien décelé par de -telles méthodes. En tant qu'exemple supplémentaire pour la localisation d'un tel corps, on peut citer la technique des ultra-sons. Dans ce cas, il est avantageux de réaliser et d'agencer le corps à localiser de manière que sa position puisse être détectée sans risque d'erreur par le principe de l'écho utilisé pour le procédé de mesure aux ultra-sons. Pour mieux mettre en évidence 11 objet de l'invention, on va se référer au dessin annexé qui représente schématiquement plusieurs exemples de réalisation non limitatifs; sur ce dessin t les figures la à lc et 3 représentent deux exemples de réalisation faisant appel à un soufflet élastique en tant qu'organe élastique; les figures 2a à 2c représentent un exemple de réalisation faisant appel à un tube élastique en hélice en tant qu'organe élastique. Pour les trois exemples, on n'a représenté que l'extrémité supérieure d'un barreau de combustible, dans lequel retrouvent les moyens variant sous lteffet de la pression interne. Parmi les parties constitutives usuelles du barreau de combustible, on a défini par la référence 1 la gaine, par la référence 2 la coiffe d'extrémité et par la référence 3 le ressort servant à maintenir en position la colonne non représentée de pastilles de combustible nucléai re. Selon les figures la et lb, une capsule 4 ouverte vers l'inté- rieur du barreau de combustible se trouve entre le ressort 3 et la coiffe d'extrémité 2, capsule dans laquelle un soufflet élastique 5 est fixé de façon étanche par son extrémité supérieure.Ltextrémité inférieure du soufflet est fermée par un disque 7 en un matériau ferro-magnétique ou un matériau magnétique à aimantation permanente. En vue de la limitation du mouvement du soufflet, une tige de butée 6 est disposée à intérieur du soufflet. La figure la représente ltétat du soufflet sous l'effet de la pression interne établie. Sous l'effet de cette pression, le soufflet est comprimé Jusqutà ce que le disque 7 vienne porter contre la tige de butée 6. Par contre, la figure lb montre l'état du soufflet lorsque la pression interne du barreau de combustible a diminué. Le disque 7 se trouve ici déplacé de t1 vers le bas et peut être localisé à l'aide du principe de mesure inductive représenté sur la figure lo. Le dispositifXde mesure se compose d'une culasse 8 engagée sur l'extré- mité du barreau de combustible et portant un bobinage 9 à courant alternatif. Lorsque le disque ferro-magnétique 7 se trouve dans la position définie par a (correspondant à la figure 18), , l'inductance du bobinage 9 est la plus grande, tandis que dans la position b (correspondant à la figure lb), cette inductance a fortement diminué. A l'aide dLun instrument de mesure A, ces changements de position du disque ferro-magnétique 7 peuvent donc être décelés facilement. Dans l'exemple, selon les figures 2 a à 2c, le soufflet élastique est remplacé par un tube élastique en hélice 5a, disposé dans une capsule 4a fermée de tous les côtés de telle manière que ltespace intérieur du tube en hélice communique avec l'espace intérieur du barreau de combustible. Par contre, l'espace intérieur de la capsule 4a se trouve sous une pression normale, de fa6on sem- blable à l'espace intérieur du soufflet élastique 5 des figures la et lb. A son extrémité supérieure, le tube élastique en hélice 5a porte une partie 7a en un matériau ferro-magnétique ou en un matériau magnétique à aimantation permanente.En cas de variation de la pression interne du barreau de combustible, la partie 7a tourne (voir figure 2b), la position I correspondant à un barreau de combustible sans pression interne et la position Il à un barreau de combustible avec pression interne. Le principe de mesure est représenté schématiquement sur la figure 2c, ce principe étant pratiquement le même que celui de la figure lo, à cette différence près qu'au lieu de se déplacer en translation comme le disque 7, la partie 7a se déplace angulairement ( angls 9)* Sur la figure 3, on a représenté une extrémité dtun barreau de combustible, permettant un contrôle aux ultra-sons. A l'intérieur du barreau, au-dessus du ressort 3, est disposée de nouveau une capsule 4b qui communique par des perçages avec l'espace intérieur restant du barreau de combustible. Par la référence 10, on a désigné ici les pastilles de combustible nucléaire. A l'intérieur de la capsule 4buse trouve un soufflet élastique 5 semblable à celui de la figure 1, mais dont le sens de mouvement est opposé. Ce soufflet est fermé vers le haut par un disque 7 qui, selon les conditions de pression, vient s'appliquer sur la tige de butée 6 lorsque la pression interne règne dans le barreau de combustible, ou bien se trouve à distancie au-dessus de ladite tige lorsque la pression interne n'est pas correcte ou n'est pas accrue, comme représenté sur la figure 3.Au-dessus de la coiffe d'extrémité 2 du barreau de combustible, on a représenté schématiquement une tête de mesure aux ultra-aon 12 qui se trouve en contact ou est couplée avec la coiffe d'extrémité 2 en passant par un moyen 13 connu en soi, bon conducteur acoustique. Par la position des échos des impulsions d1ultra-sons envoyés dans le barreau de combustible, position qui est reproduite sur un appareil indicateur non représenté, on peut ensuite déterminer la position du disque de-fermeture 7 et, par conséquent, la valeur de la pression régnant à l'intérieur du barreau de combustible0 On peut évidemment concevoir encqre d'autres modes de rea- lisation des moyens variant sous l'effet de la pression interne, ainsi que des méthodes de localisation utilisées en fonction de ces moyens.Ces procédés peuvent non, seulement servir à contrôler les barreau: do combustible avant leur utilisation dans le coeur du réacteur mais permettent également par exemple à l'occasion d'un changement d'éléments combustibles, de contrôler la pression interne ot de tirer ainsi des conclusions sur l'état des barreaux de combustible et sur la durée pendant laquelle ils peuvent encore être utilisés dans le coeur du réacteur0 Comme déjà mentionne précédemment, on peut également contrôler des barreaux combustibles de type classique, c'est-à-dire des barreau: sans pression interne préalable après une certain durée de service dans le coeur du réacteur, pour déceler d'éventuel- les défectuosités des gaines. Les gaz de fission qui se forment lors de la combustion du combustible nucléaire augmentent normale- ment la pression interne ce qui peut tre décelé dluno manière simple à l'aide des dispositifs conformes à l'invention. Dans de tels cas, une défectuosité a donc ou lieu si la mesure ne permet pas de déceler de pression interne accrue. Inversement, à partir do la pression interne décelée, on peut également tirer des conclusions à l'état d'usure du combustible nucléaire contenu dans le barreau de combustible. Par ailleurs, par ce procédé de mesure, il est également possible, sur ces barreaux de combustible usuels, de procéder à un contrôle de fabrication quant étanchéité des gaines. A cet effet, il suffit d'introduire les barreaux de combustible dans une chambre remplie d'un gaz sous pression-et de les contrôler dans cette chambre, à l'aide des moyens proposés par l'invention. Une augmentation de la pression interne indique alors une fuite, donc un défaut de fabrication REVENDICATIONS 1. Barreau de combustible pour réacteur nucléaire, ce barreau étant pourvu déjà, lors de sa fabrication, d'une pression interne accrue, caractérisé par le fait qutà l'intérieur du barreau, de préférence à une extrémité de ce dernier, sont disposés des moyens variant sous lteffet de la pression interne, ces variations pouvant être décelées par des dispositifs de mesure mis'en oeuvre depuis l'extérieur0 2. Barreau de combustible pour réacteur nucléaire suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens variant soue l'effet de la pression, sont des organes élastiques connus en soi dans la technique barométrique, ces organes portant, sur leurs parties déplaçables en fonction de la pression, des corps susceptibles d'être localisés depuis l'extérieur du barreau de combustible. 3. Barreau de combustible pour réacteur nucléaire suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le corps à localiser est constitué par un aimant permanent ou par un matériau ferromagné- tique. 4e Barreau de combustible pour réacteur nucléaire suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le corps à localiser contient une matière émettant un rayonnement radio-actif, cette matière étant séparée dans l'espace de la-charge de combustible nucléaire, par des moyens connus en soi, en vue de faciliter sa détection par la mesure Se Barreau de combustible pour réacteur nucléaire suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le corps à localiser est constitué par un matériau qui peut être bien détecté par une mesure aux rayons X. 6. Barreau de combustible pour réacteur nucléaire suivant la revendication 22 caractérisé par le fait que le corps à localiser est réalisé et agencé pour pouvoir être détecté par ultra-sons.