Brevet FR2198220A1 — publié le 19740329

Cette invention concerne la fabrication d'assemblages combustibles de réacteurs nucléaires. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de montage de barres de combustible dans un sommier ou système de grilles. Il semble qu'aucun procédé de la technique antérieure n'a su éviter la formation de rayures sur la gaine qui revêt les barres de combustible lorsqu'on introduit ces dernières dans le sommier ou système de grilles. Il se pose donc un problème dont la demanderesse a reconnu l'importance, à savoir que le frottement enlève une partie de la barrière protectrice, ce qui peut provoquer une corrosion excessive et inutile de la gaine dans les réacteurs nucléaires, et ce qui peut mener à des fuites, c'est-àdire le passage de raycnnements à travers la gaine par les fissures qu'elle comporte. En outre, les rayures jouent le roule de zone de concentration de contraintes, ce qui peut abaisser de façon importante la durée de vie d'une barre de combustible soumise à un enfournement cyclique. Il fallait donc trouver un procédé plus efficace d'introduction des barres de combustible dans les systèmes de grilles. Il fallait également trouver un procédé d'introduction des barres de combustible à gaine en alliage métallique dans les systèmes de grilles ou sommiers sans pour ainsi dire rayer lesdites barres, et sans qu'il se forme de corps étrangers dans les assemblages combustibles ou à leur surface. Selon 11 invention, il est fourni un procédé permettant d'introduire des barres de combustible à gaine en alliage métallique dans un système de grilles, selon lequel on forme un revêtement lubrifiant analogue à du givre sur lesdites barres q1F'on introduit alors dans le sommier. On peut parvenir à ce résultat en refroidissatlt les barres de combustible à une température voisine de O C dans irne atmosphère humide de façon à former un revêtement lubrfin- analogue à du givre srlr la barre de combustible avant d'introduite cette dernibrr dans le sommier , dans un autre mode de réalisavi^n on refroidit les barres à une température inférieure à 0 C, puis on les fait se réchauffer à une température comprise entra environ -10 C et 00r dans une atmosphère humide de façon à créer un revêtement lubrifiant semi-poreux analogue au givre sur la barre de combustiblE avant d'introduire cette dernière dans le sommier. Ies barres de combustible utilisées dans le procédé de cette invention peuvent etre l'une quelconque das barres connues des hommes de l'art qui sont revêtues d'un matériau de gainage connu tel qu'un alliage au zirconium ou de l'acier inoxydable. Dans le cas d'un alliage au zirconium, on applique généralement dans la technique un revêtement protecteur à base d'oxyde en plaçant la barre de combustible gainée dans de l'eau ou de la vapeur d'eau sous pression élevée et à température élevée, de façon à former un revêtement d'oxyde. Les sommiers utilisés dans le procédé de l'invention peuvent etre l'un quelconque des sommiers connus des hommes de l'art et sont généralement constitués d'alliages métalliques spéciaux qui conviennent à des réacteurs nucléaires et ces sommiers permettent de maintenir les barres de combustible en place et de les placer dans des positions fixes les uns par rapport aux autres. Ce sont généralement des ressorts métalliques qui permettent de maintenir en place les barres de combustiblE dans le sommier ou système de grilles. Les ressorts font partie du sommier. Lorsqu'on introduisait la barre de combustible dans le sommier selon les procédés de la technique antérieure, on ne connaissait aucun mode opératoire pour éviter que les ressorts ne rayent les barres. On applique un revêtement qui ressemble à du givre sur la barre de combustible avant de l'introduire dans le sommier. Par dépit ressemblant à du givre" on entend un gel sec semi-poreux qui ressemble à du givre. Cette barrière protectrice ou revetement sert à lubrifier et facilite l'introduction de ia tzre dans le sommier. On forme de préférence le revetement qui ressemble à du givre en refroidissant la barre de combustible à une température voisine de 0 C dans une atmosphère humide. On peut également refroidir la barre de combustible à une température nettement inférieure à 0 C, pnis la laisser se réchauffer à une température comprise entre LOOc et 00C dans une atmosphère humide. Le moye de refroidissement qui est approprié dans le procédé l'invention est un moyen de refroidlcment suffisant pour refroidir les barres de combustibles à la température voulue. Ia neige carbonique est un moyen de refroidissement approprié et dans ce mode de réalisation on maintient généralement les barres de combustible sur un support placé au-dessus de la neige carbonique jusqutà ce que les barres de combustible soient refroidies à la température voulue. En général une durée de une 5 trois minutes est une durée suffisante pour permettre la formation d'un bon revêtement givré. Un autre moyen de refroidissement est constitué par des serpentins de refroidissement qui contiennent un réfrigérant tel qu'un hydrocarbure halogéné, ou tout autre système de réfrigération connu dans la technique de réfrigération. L'atmosphère humide est de préférence de l'air et est de préférence un milieu ambiant dans lequel l'humidité relative est comprise entre 30 et 70 pour cent, à la température de 250C. On a constaté que cette humidité est très importante si l'on veut obtenir le revêtement lubrifiant semi-poreux désiré qui ressemble au givre. L'exemple suivant est donné pour illustrer un mode de réalisation spécial de l'invention. EXEMPLE On fabrique de la façon suivante un assemblage combustible de réacteur nucléaire constitué de 201 barres de combustible et d'un sommier formé de 7 grilles d'espacement. Le gainage des barres de combustible est formé de zircaloy protégé par un revêtement d'oxyde. On utilise des systèmes de grilles conventionnels comportant des ressorts qui servent à maintenir en place les barres de combustible, une fois introduites.Les barres de combustible sont maintenues sur un support placé à environ 25 cm au-dessus d'un lit de neige carbonique pendant environ 15 minutes jusqu'à ce qu'elles atteignent une température voisine de -400C. Puis on les laisse se réchauffer à une temperature voisine de OOC dans une pièce dont la température atmosphérique est voisine de 250C et dont l'humidité relative est voisine de 40 pour cent, ,usqu'à ce qu'il se forme sur les barres de combustible un dépôt qui rappelle le givre ; on introduit alors les barres de combustible dans le sommier. Lorsque la température des barres de combustible se rapproche de la tempé-ature ambiante, le dépôt analogue au givre fond et s'évapore, et on peut voir alors que les barres de combustible ne présentent pas de rayure. Lorsqu'on introduit le type voulu de barres de combustible dans le type voulu de sommier sans commencer par former le revtement analogue au givre, on constate que les barres de combustible sont complètement rayées et ont un aspect fort peu esthétique ; il pourrait se produire une corrosion excessive, dans les conditions spéciales qui règnent dans les réacteurs par suite de la présence du fluide caloporteur, étant donné l'élimination localisée du film d'oxyde, et cette corrosion pourrait entrainer une attaque de la gaine. Par ailleurs ces barres de combustible présentent des rayures dont la profondeur peut atteindre 0,0127 mm à 0,0508 mm. Des rayures de cette importance jouent, on le sait, le rle de centres dt concentration de contraintes et abaissent la résistance à la rupture par fatigue des gaines des barres de combustible . Donc, dans les contraintes de fatigue destructives cycliques,teiles que l'enfournement cyclique du réacteur, le nombre admissible de cycles de fatigue pourrait etre abaissé par les rayures en provoquant la rupture de la gaine et la libération ultérieure de produits de fission hautement radio-actifs et de combustibles dars l'eau de refroidissement ou fluide caloporteur du réacteur. REVEND I CAT IONS l. Procédé d'introduction de barres de combustible nucléaire gainées d'alliage métallique dans un sommier d'éléments d'espacement, caractérisé en ce qu'on forme un revêtement lubrifiant ressemblant à du givre sur lesdites barres,qu'on introduit ensuite dans le sommier. 2. Procédé selon la revendication l, caractérisé en ce qu'on refroidit les barres dans une atmosphère humide. 3. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce qu'on refroidit les barres, puis qu'on les place dans une atmosphère humide. 4. Procédé selon la revendication 3, cara=térisé en ce qu'on refroidit les barres à une température inférieure à OOC, puis qu'on les laisse se réchauffer à une température de -10 C à 00C dans l'atmosphère humide. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on refroidit les barres à une température de -330C à -45 C, puis qu'on les réchauffe à une température de -40C à 40C. 6. Procédé selon la revendication 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que le refroidissement consiste à maintenir les barres dans un milieu ambiant formé de neige carbonique afin de refroidir les barres b une température de -40 C. 7. Procédé selon la revendication 4, 5 ou 6, caractérisé en ce qu'on maintent les barres dans la vapeur dégagée par la neige carbonique pendant une durée de 1 à 3 minutes. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications l à 7, caractérisé en ce que l'atmosphère humide est une atmosphère dont le deé hygrométrique est de 30 a 70 %.