Brevet FR2153291A1 — publié le 19730504

La présente invention concerne un réacteur nucléaire et plus particulièrement la structure d'un ensemble combustible constituant uns partie du noyau d'un réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium. Dans un réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium, le noyau est composé de plusieurs ensembles combustibles. Chaque ensemble combustible est constitué d'un tube de revêtement et de barreaux combustibles minces en forme d'épingle reunis et insérés dans le tube de revetement. Ces ensembles combustibles présentent une dilatation thermique irrégulière. La dilatation des ensembles combustibles diminue régulièrement proportionnellement à l'éloignement du centre du noyau, sous lteffet de la chaleur du combustible et de la variation de la température du réfrigérant. De plus, dans les réacteurs à neutrons rapides, on observe une dilatation volumique de l'acier inoxydable par irradiation neutronique ou un phénomène de gonflement. Ce phénomène n'apparat jamais dans les réacteurs thermiques ordinaires. La partie inférieure de Ensemble combustible est insérée et fixée dans un trou d'une plaque support de façon telle que sa dilatation sous l'effet de la chaleur du combustible ou du phénomène de gonflement fasse que la partie supérieure de l'ensemble combustible se déforme et se courbe vers l'extérieur. Cette déformation atteint plusieurs centimètres. Lorsque les ensembles combustibles sont courbés et déformés ltéchange des barreaux combustibles et le déplacement des barreaux régulateurs deviennent difficiles. De plus, lorsque les parties inférieures des ensembles combustibles sont soumises à une contrainte excessive, les barreaux combustibles se rompent facilement. On a proposé les deux procédés suivants pour supprimer ces problèmes. Un procédé consiste à agrandir l'intervalle entre les ensembles combustibles et autre à fixer mécaniquement le noyau par l'extérieur pour empêcher sa déformation. Le premier procédé n1 est pas économique car il nécessite l'augmentation du volume du noyau, Le second procédé nécessite l'arrêt du réacteur nucléaire pour l'change des barreaux combustibles car on maintient le noyau sous une forme rigide pendant l'opération. De plus, le dispositif de fixation de plusieurs centaines d'ensembles combustibles est très complexe et il 'est pas souhaitable que ce soit le dispositif de fixation qui se déplace dans le sodium lors du démontage.La fåxa- tion de ces structures aux structures existant précédemment dans le réacteur crée des difficultés techniques et des inconvénients car l'addition de nouveaux mécanismes nécessite le réalignement de tous les mécanismes du réacteur. Un des buts de ltinvention est dtempêcher le déplacement des ensembles combustibles lorsqu'ils sont chauffés, sans recourir à des entraves mécaniques en empochant la déformation du noyau. Par con séquent, on échange facilement les barreaux combustibles du réacteur. Une des caractéristiques de l'invention est que les parties inférieures des ensembles combustibles sont fixées à un support du réacteur et les parties supérieures des ensembles combustibles sont raccordées entre elles pour empêcher leur déplacement. De fa çon générale, la déformation de chaque ensemble combustible provoque une contrainte partielle dans toute la partie supérieure du noyau du réacteur.Dans l'invention, cette contrainte partielle est répartie uniformément sur tous les ensembles combustibles par raccordement des ensembles combustibles entre eux. Il est souhaitable que le mécanisme de raccordement des ensembles combustibles ne se désassemble pas facilement mais qu'on puisse facilement prélever certaines parties des ensembles combustibles et mettre en place de nouveaux barreaux. Le glissement entre les faces de chaque ensemble combustible étant supprimé, les ensembles combustibles ne peuvent se déformer mEme partiellement. Par conséquent, le déplacement des parties supérieures des ensembles combustibles ainsi que la déformation de l'espace laissé libre par le retrait d'un ensemble combustible pour la mise en place de nouveaux barreaux sont supprimés. Selon un autre aspect de l'invention, les ensembles combustibles comportent des mécanismes de raccordement mâles et femelles luron peut réunir de façon rigide dans la direction radiale. Ceci supprime toute déformation partielle. itinvention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit faite en regard des dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente une vue en perspective d'un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 2 représente une vue en perspective d'un second mode de réalisation de l'invention; la figure 3 représente une vue en perspective d'un troisième mode de réalisation de l'invention; et la figure 4 représente un quatrième mode de réalisation de l'invention. La figure 1 représente un mode de réalisation de l'invention. La moitié de chaque plan latéral hexagonal des parties supérieures des tubes de revtement hexagonaux des ensembles comkusti- bles comporte des saillies de raccordement 2. Les saillies de raccordement 2 d'ensembles combustibles adjacents sont raccordées entre elles et le glissement entre les faces opposées des ensembles combustibles adjacents est supprimé. Par conséquent, grâce à l'uti- lisation de cette structure, tous les ensembles combustibles ont une forme identique et donc la mise en place et la fabrication de ces ensembles combustibles est aisée. La figure 2 représente un autre mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation, on utilise deux types de tube de revêtement comportant chacun un mécanisme de raccordement différent. L'un comporte un mécanisme de raccordement mâle 4 et l'au- tre un mécanisme de raccordement femelle 3 placés tous deux à la partie supérieure d 'un plan périphérique des tubes de revêtement. Chaque mécanisme de raccordement mâle 4 est inséré dans le mécanisme de raccordement femelle 3 des tubes de revêtement adjacents et les tubes sont ainsi réunis entre eux de façon rigide. Du point de vue de la fabrication, il est souhaitable de former ces mécanismes de raccordement sur un plan latéral périphérique supérieur des tubes de revttement. Comme les tubes de revêtement 81allongent de quelques centimètres dans la direction axiale par chauffage pendant le fonctionnement, le mécanisme de raccordement doit avoir une longueur appropriée pour que le raccordement ne soit pas supprimé par la dilatation thermique de l'ensemble en cours de fonctionnement. Le mécanisme de raccordement peut s'abaisser légèrement à partir du pourtour supérieur des tubes de revêtement pour empocher la séparation. La figure 3 illustre un autre mode de réalisation de l'invention utilisant un autre mécanisme de raccordement. Le mécanisme de raccordement de ce mode de réalisation est une combinaison de cro chets et d'ercoches 6 6 et 5 en forme de T formés sur le pourtour supérieur du tube de revebtement et raccordant de façon rigide dans la direction radiale les tubes de revêtement adjacents. Le quatrième mode de réalisation de l'invention est représenté en coupe sur la figure 4. Sur les plans latéraux périphériques supérieurs de chaque tube de rev8tement hexagonal des ensembles combustibles, se trouvent des saillies 4 et des encoches 3 alternées. Les tubes adjacents sont disposés de telle sorte que les saillies s'adaptent aux encoches. On peut donc-standardiser tous les ensembles combustibles. REVENDICATIONS 1 - Ensemble combustible pour réacteur, caractérisé en ce qu'il est constitué de : - un tube de revebtement hexagonal dans lequel sont insérés plusieurs barreaux combustibles, la partie inférieure du tube de re vertement étant fixée à un élément support du réacteur, - un élément de raccordement placé sur la face périphérique supérieure du tube oe raccordement hexagonal de telle sorte que chaque ensemble combustible soit raccordé aux ensembles combustibles ad Jacents par ltélément de raccordement en permettant le déplacement du tube de revêtement uniquement dans la direction axiale. 2 - Ensemble combustible pour réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la moitié supérieure de chaque face péri phérique du tube de revêtement hexagonal comporte au moins une saillie ce raccordement. 3 - Ensemble combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube de revêtement comporte des mécanismes de raccor cement m et femelles alternés sur chacune de ses faces, chaque mécanisme de raccordement mâle étant inséré dans le mécanisme de raccordement femelle des tubes de revêtement adjacents. 4 - Ensemble combustible pour réacteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque mécanisme de raccordement mâle comporte un crochet et chaque mécanisme de raccordement femelle comporte une encoche, le crochet étant inséré dans l'encoche. 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