Brevet FR2205711A1 — publié le 19740531

La présente invention se rapporte à des éléments combustibles destinés à être utilisés dans les surrégénérateurs refroidis au gaz ainsi qu aux assemblages contenant ces éléments combustibles. On a déjà décrit de tels assemblages combustibles notamment dans la revue de l'Energie Nucléaire, vol. 14, nO 3, de Mai-Juin 1972. Ils sont de deux types, soit à aiguilles de combustible, soit à particules enrobées. Les assemblages du premier type exigent l'emploi d'acier réfractaire aux possibilités technologiques limitées en température et en résistance mécanique pour la constitution tant de l'en- veloppe hexagonale que du gainage des aiguilles combustibles du coeur et de la couverture supérieure. Ceux du second type font appel à des lits annulaires de particules résistant bien à la température mais ils sont par contre à l'origine d'une circulation aérodynamique compliquée et de pertes de charge prohibitives. On a maintenant découvert un moyen de remédier aux inconvénients sus-cités. On -utilise à cet effet conformément à l'invention un élément combustible qui se présente sous forme de billes ayant un diamètre compris entre 10 et 30 mm, constituées d'oxyde ou de carbure mixte d'uranium et de plutonium dispersé dans une matrice réfractaire métallique ou céramique. Les billes de combustible contiennent de 15 à 30 % en poids d'oxyde de plutonium par rapport à l'oxyde d'uranium. La matrice qui est en molybdène ou en matière céramique choisie parmi la magnésie, le carbure de zirconium, la silice, le carbure de silicium et le nitrure de silicium Si3 N4, constitue de 70 à 85 % du volume de chaque bille. Les billes de combustible sont placées à l'intérieur d'un tube ayant une section de préférence hexagonale où elles forment un lit entre deux couvertures qui sont constituées d'aiguilles de matière fertile telle que de l'UO2 en inox spécial ou plus simplement de billes de matière fertile plus grosses que les billes de combustible et l'ensemble constitue un assemblage destiné à etre placé au coeur d'un surrégénérateur à gaz. L'enveloppe du tube au droit de la couverture inférieure est en acier inox ordinaire alors qu'au droit de la couverture supérieure elle est en molybdène, en nimonic ou en alliage fer-aluminium. L'invention est illustrée à l'aide de la description qui suit d'un exemple d'assemblage conforme à l'invention en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente un assemblage en coupe verticale, - la figure 2 représente le marne assemblage en coupe suivant la ligne II - II de la figure 1 Chaque assemblage de forme hexagonale 1 mesure 2m40 de hauteur et comporte une enveloppe supérieure 2 qui est en molybdène ou en nimonic ou même en alliage fer-aluminium alors que l'envelop- pe inférieure 3 est en acier inox classique .Les billes enrobées 4 occupent le fond de 1' enveloppe 2 sur une hauteur de 1 mètre, elles ont un diamètre de 10 à 20 mm et sont constituées d'une dispersion de 20 % en volume d'U02 - Pu 02 dans une matrice en molybdène, le Pu 02 étant présent à raison de 25 % en poids par rapport à l'U02 Les billes 4 reposent sur une grille 5 du fond de l'enveloppe 1, elles sont surmontées sur 0,70 mètre de hauteur d'une couverture supérieure 6 constituée de crayons d'U02 gainés en inox spécial qui sont accrochés à des traverses 7 . Une grille 8 est placée au dessus du lit des particules 4 pour empêcher l'envol de ces dernières en cas de surpression . Au dessous de la grille 5 une traverse 9 soutient les aiguilles en matière fissile, à savoir de l'U02, de la-couverture inférieure 10 . L'assemblage a une section d'environ 150 mm . Grâce à cet agencement l'hélium circule suivant le sens de la flèche f sans nécessiter de puissance de pompage redhibitoire . La température des billes peut atteindre 1000DC en surface, ce qui permet à l'hélium de pénétrer dans le fond du coeur du réacteur à environ 500GC et d'en ressortir entre BOODC et 900 C. En variante, la couverture supérieure est constituée d'un lit de billes d'un diamètre supérieur au diamètre des billes du combustible, pour favoriser le tri des billes après démontage . L'assemblage conforme à l'invention présente encore l'avantage d'être facilement démontable, on peut donc aisément remplacer le combustible usé ou défectueux par du combustible neuf REVENDICATTON5 1. Elément combustible destiné à être placé dans le coeur d'un surrégénérateur nucléaire refroidi au gaz, caractérisé par le fait qufil se présente sous forme de billes ayant un diamètre compris entre 10 et 30 mm, constituées d'oxyde ou de carbure mixte d'uranium et de plutonium dispersé dans une matrice réfractaire métallique ou céramique 2. Elément combustible selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les billes contiennent de 15 à 30 % en poids d'oxyde de plutonium par rapport à l'oxyde d'uranium 3. Elément combustible selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la matrice est en molybdène 4.Elément combustible selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la matrice est constituée d'une matière choisie parmi la magnésie, le carbure de zirconium, la silice, le carbure de silicium et le nitrure de silicium de formule Si3 N4. 5. Elément combustible selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la matrice constitue de 70 à 85 % du volume de chaque bille 6. Assemblage en forme de tube, de préférence à section hexagonale, caractérisé par le fait qu'il contient sur une longueur axiale un lit de billes de combustible selon l'une quelconque des revendications précédentes, disposé entre une couverture supérieure et une couverture inférieure 7. Assemblage selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le tube comprend une enveloppe supérieure constituée d'une matière choisie parmi le molybdène, le nimonic et l'alliage feraluminium au droit du lit de billes et de la couverture supérieure, et une enveloppe inférieure en acier inox classique au droit de la couverture inférieure 8. Assemblage selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la couverture supérieure est canstituée par un ensemble d'aiguilles d'U02 gainées en inox spécial 9. Assemblage selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la couverture inférieure est constituée par un ensemble d'aiguilles d'U02 gainées en inox ordinaire 10. Assemblage selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la couverture supérieure est constituée par un lit de billes de matière fertile plus grosses que les billes de combustible