Brevet FR2240501A1 — publié le 19750307

La présente invention concerne un barreau combustible pour réacteurs nucléaires à fluide réfrigérant sous pression, qui consiste en une gaine fermée des deux côtés de façon étanche au gaz par un bouchon et renfermant, outre de façn une charge de combustible une chambre collectrice de gaz de dissociation qui est en équilibre de pression avec la chambre du combustible.Cette chambre collectrice de gaz de dissociation est-destinée à recevoir les gaz de dissociation engendrés pendant la combustion du combustible nuclé-aire, afin d'éviter que ces gaz ne produisent une pression inadmissible à l'intérieur du barreau cbmbustïble. Le niveau de la pression intérieure ad missible se calcule en fonction de la pression du fluide réfrigérant du réacteur (par exemple liquide ou gaz) se trouvant à ltextérinur des barreaux. Dans la construction des réacteurs nucléaires,en particulier des éléments combustibles, on doit observer un coefficient de sécurité extrêmement élevé. I1 faut notamment, avoir l'assurance que, dans le cas d'une chute de pression dans le fluide réfrigérant provoquée, par exemple, par une rupture de tuyau, aucune contamination radioactive ne puisse se produire à l'intérieur et à l'extérieur d'une centrale atomique. Une des mesures de précaution prévue en pareil cas consiste à mettre instantanément en oeuvre un refroidissement de secours qui a cependant pour effet d'exercer sur les gaines des barreaux une pression bien plus faible. Après un temps de service assez long, il s'établit dans les barreaux des éléments combustibles une pression intérieure à ce point élevée qu'en cas de baisse de pression extérieure subite, il se produit une charge extraordinairement élevée sur la gaine des barreaux. Une telle chute de pression s' accompagne en outre, d'une augmentation brutale de température dans les barreaux et dans les gaines. Cette température est particulièrement élevée dans les premières secondes qui suivent la chute de pression du fluide réfrigérant.En raison de cette élévation de température, la resistance mécanique de la gaine diminue et celle-ci risque de se bosseler ou meAma de se fissurer sous lrefèt de la pression interne du gaz de dissociation. I1 y a alors danger que la radioactivité se répande endehors de barreaux combustibles. I1 s'agissait donc de trouver des solutions permettant d'empêcher dans une large mesure le bosselage des gaines des barreaux et ainsi d'assurer 1'intégrité du coeur du réacteur en cas d'un tel accident d'exploitation. Ce résultat est atteint conformément à l'in mention en séparant d'une manière étanche la chambre collectrice du gaz de dissociation de la charge de combustible au moyen d'une cloison intermédiaire présentant un étranglement qui empuche un écoulement rapide des gaz en direction de la chambre des barreaux combustibles On obtient par la qu'en cas de diminution de la pression du fluide réfrigérant et d'augmentation rapide de la température de la gaine, il n'y ait pas de gaz disponible en quantité suffisante pour déformer cette dernière ta quantité de gaz existant dans la chambre du combustible nucléai- re est très faible en comparaison de celle de la chambre collectrice de gaz de dissociation, et dépend essentiellement-de la porosité du combustible nucléaire ainsi que de la dimension des creux dans les tablettes de combustible nucléaire I1 est donc essentiel avec cette invention de rendre aussi petits que possible ces espaces dans le domaine du combustible nucléaire Cela signifie, par exemple, que la profondeur des creux ne sera pas plus grande que celle strictement indispensable à la dilatation thermique des zones centrales des tablettes de combustible nucléaire. Egalement l'intervalle entre les tablettes de combustible nucléaire et la gaine doit être réglé à la valeur la plus faible techniquement justifiable. De plus, il est avantageux de disposer la chambre collect-rice de gaz de dissociation à l'extrémité du barreau combustible la moins chargée thermiquement. L'étranglement dans la cloison intermédiaire entre la chambre collectrice de gaz de dissociation et la charge de combustible assure un passage lent du gaz se trouvant dans la chambre collectrice de gaz de dissociation vers la chambre du combustible nucléaire, de sorte que le transport de-gaz nécessaire pour le processus de bosselage ne se produit pas dans les premières secondes dangereuses. Pour le fonctionnement normal de la chambre collectrice de gaz de dissociation, cet étranglement na pas d''importance, car ces gaz ne se forment que lentement dans le combustible nucléaire et, ainsi, il y a toujours équilibre de pression entre la chambre collectrice de gaz de dissociation et la chambre du combustible nucléaire même en présence d'étranglements. On a représenté sur les figures 1, 3 des formes possibles de réalisation de la présente invention en vue d'une explication plus détaillée de la pensée inventive, La figure- 1 représente, en coupe longitudinale, un mode de réalisation -conforme à l'invention d'un barreau combustible0 Celui-ci se compose de la gaine 1, des bouchons 2 et3, de la charge des tablettes de combustible nucléaire 4 et de la chambre collectrice de-gaz de dissociation- llo Cette chambre 11 est isolée de la chambre du combustible nucléaire 4 par une cloison intermédiaire 8 qui, par exemple, peut être soudée sur la gaine 1.A l'intérieur de la chambre collectrice de gaz de dissociation, on a disposé en plus une douille d'appui-6 qui sert de renforcement à la gaine 1 dans cette zone, afin que cette dernière ne puisse pas être écrasée par la pression du fluide réfrigérant La cloison intermédiaire 8 est munie d'un alésage fin 12 qui a un caractère capillaire Cet alésage assure l'égalisation des pressions entre la chambre du combustible et la chambre collectrice de gaz de dissociation 11 et empêché, en cas de chute de pression du fluide réfrigérant, une formation importante de bosses sur la gaine lo Sur la figure 2, on a représenté-l'extrémité d'un barreau combustible nucléaire dans lequel la chambre col- lectrice de gaz de dissociation est introduite dans la gaine comme une capsule préfabriquée 9. Cette capsule sert en même temps de douille d'appui, voir figure I L'étranglement est ici constitué par une canule allongée 10 qui p-énètre dans l'espace intérieur de la capsule 9. On règle avec la longueur-de cette canule 10 la résistance d'écoulement et ainsi l'effet souhaité d étranglement La figure 3 représente également une extrémité de barreau combustible avec une - capsule préfabriquée 9 servant de chambre collectrice de gaz de dissociation.t'étrangle- me-nt est constitué ici par un clapet anti-retour 13 et est dis pobé sur le côté de la capsule tourné vers le bouchon afin que, compte tenu de la position de service verticale des barreaux combustibles, la gravité et la pression du gaz à l'intérieur de la capsule agissent dans le même sens sur la bille du clapet Bien entendu ce clapet anti-retour doit fuir e légèrement en position fermée afin que l'égalisation de pression puisse avoir lieu le long du barreau combustible quand il s'agit de va riationsde pression lentes. Sous ce rapport, il convient de signaler qu'il est avantageux de disposer dans la chambre collectrice de gaz de dissociation des matières adsorbantes de gaz, par exemple du charbon actif En cas de chute de pression, ces matières délivrent le gaz avec retard jusqu'à un nouvel état d'équilibre de pression , de sotte que l'effet obtenu avec les autres dispositions structurelles se trouve encore renforcé, Bien entendu d'autres possibilités de construction sont possibles pour la réalisation du principe de l'invention ; par exemple, on peut placer comme étranglement une pilule en métal fritté dans la cloison intermédiaire entre la chambre collectricé de gaz de dissociation et la chambre du combustible -nucléaire. I1 est, en tous cas , avantageux de placer la chambre collectrice de gaz de dissociation dans les zones les plus froides du coeur du réacteur, afin que la montée brutale de température lors de la chute de pression du fluide réfrigérant ne gagne pratiquement pas la zone de la gaine de la chambre collectrice de gaz de dissociation et provoque une élévation de pression extrêmement indésirable à l'intérieur de cette chambre. REVENDICAIONS 1. 3arreau combustible pour réacteurs nucléaires à fluide réfrigérant sous pression consistant en une gaine fermée des deux-cotés de façon étanche au gaz par un bouchon et renfermant, outre la charge de combustible nucléaire, une chambre collectrice de gaz de dissociation qui est en équilibre de pression avec la chambre de combustible, caractérisé par le fait que la chambre collectrice de gaz de dissociation est isolée d'une manière étanche de la charge de combustible par une cloison intermédiaire pourvue d'un étranglement empêchant un écoulement rapide du gaz en direction de la chambre du combustible. 2q Barreau combustible suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'étranglement est constitué par un clapet anti-retour0 3. Barreau combustible suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'étranglement est constitué par un alésage-fin ou une canule fine assez longue. 4. Barreau combustible suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'étranglement consiste en une garniture en métal fritté. 5. Barreau combustible suivant l'une quelconque: des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la chambre collectrice de gaz de dissociation y compris l'étranglement forme une unité préfabriquée en forme de capsule que l'on peut introduire dans la gaine. 6. Barreau combustible suivant ltune quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que le volume sans combustible dans la chambre à combustible nucléaire est réglé à une valeur aussi faible que possible 7. Barreau combustible suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'on a placé en supplément dans -la chambre collectrice de gaz de dissociation des matières adsorbantes de gaz, par exemple du charbon actif.