Brevet FR2301070A1 — publié le 19760910

La présente invention est relative à un dispositif pour le supportage et le maintien d'aiguilles contenant un matériau combustible, fertile ou fissile, groupées en faisceau dans le coeur d'un réacteur nucléaire. Ces aiguilles se présentent gnéralement sous la forme de crayons cylindriques, gainés exté rieurementpardel'acier inoxydable, chaque crayon étant disposé verticalement dans un boîtier à section droite polygonale, ouvert à son extrémité supérieure et muni à son extrémité inférieure d'un pied support, l'ensemble constitué par le boîtier et le faisceau d'aiguilles qu'il contient étant habituellement désigné sous le terme d'assemblage. On sait que le coeur d'un réacteur nucléaire, notamment à neutrons rapides, est constitué par la juxtaposition d'une série d'assemblages de ce genre, supportés par un sommier comportant une plaque alvéolée dans laquelle s'engagent les pieds de ces assemblages, en permettant à ceux-ci de s'étendre verticalement. Les assemblages sont répartis dans le coeur et sont refroidis durant le fonctionnement du réacteur par circulation continue d'un métal liquide, le plus généralement du sodium, pénétrant dans ces assemblages par leurs pieds sous le sommier, puis s'écoulant de bas en haut dans les boîtiers au contact des faisceaux d'aiguilles qu'ils entourent. Ces aiguilles doivent par conséquent être convenablement immobilisées dans leurs boîtiers respectifs, en particulier de façon à se maintenir parallèles pour délimiter entre elles des sections de passage du réfrigérant convenables pour assurer le refroidissement homogène du faisceau et à s'opposer aux vibrations mécaniques produites par l'écoulement du sodium liquide. Pour assurer le supportage et l'immobilisation des aiguilles du faisceau à l'intérieur d'un boîtier d'assemblage, on a déjà prévu, notamment dans le brevet français 2. 063.107 ainsi que dans les demandes de brevets 74 10905 et 74 10906 au nom du Commissariat à l'Energie Atomique, de faire reposer ces aiguilles sur une grille interne portée par le boîtier au-dessus du pied correspondant ou bien par une bague circulaire fixée à ce dernier, nécessitant pour le montage de l'assemblage d'enfiler chaque aiguille une à une sur cette grille.Par ailleurs, on a déjà prévu de realiser cette grille au moyen d'une série de rails parallèles immobilisés par rapport à une pièce de support ou analogue fixée à la partie inférieure du boîtier, ces rails étant destinés à s'engager dans des rainures de coulissement ménagées dans des bouchons fermant les aiguilles à leur extrémité inférieure, de façon à permettre d'une part le montage de ces aiguilles sur ces rails et d'autre part, leur immobilisation à l'intérieur du boîtier. Dans cette solution, les rails sont généralement réalisés à partir dune tôle d'épaisseur calibrée convenable et comportent-une partie emboutie formant un renflement latéral assurant l'accrochage des aiguilles par pénétration de ces renflements dans des rainures de forme appropriée, ménagées dans les bouchons correspondants. Dans une variante de cette même solution, on a enfin envisagé de constituer les rails au moyens de lames planes, munies dans leur surface de trous régulièrement espacé et dans lesquels s'engageant des pions en saillie par rapport à une partie plane en contact avec le rail, ménagée à l'extrémité du bouchon inférieur de chaque aiguille, cette partie plane s'entendant sensiblement selon l'axe de l'aiguille correspondante. Dans tous les cas, l'écartement entre les aiguilles dans une nappe d'aiguilles parallèles portée par un rail, ou entre les aiguilles dans deux nappes parallèles de deux rails voisins, est réalisé de façon classique par un fil espaceur hélicoldal, entourant chaque aiguille et s'étendant selon la hauteur de cette dernière, d'une extrémité à l'autre. La présente invention concerne un perfectionnement apporté aux dispositifs de supportage et de maintien des aiguilles d'un faisceau dans un assemblage du genre de ceux rappelés ci-dessus, permettant d'assurer dans de meilleures conditions un bocage des aiguilles, simultanément dans le sens vertical et dans la direction transversale. A cet effet, le dispositif considéré, comportant une pièce de support disposée coaxialement à la base du boîtier placé vertical pour une série de rails parallèles, engagés parleurs extrémités latérales dans des fentes verticales prévues dans cette pièce de support, ces rails immobilisés par des moyens de blocage prévus dans les côtés de la pièce, présentant la forme de lames planes coopérant avec une face plane parallèle aux rails ménagés dans le bouchon d'extrémité fermant chaque aiguille à sa partie inférieure par engagement de pions en saillie dans des logements en regard, les aiguilles dans le faisceau étant entretoisées mutuellement par un fil hélicoïdal enroulé sur la surface externe de chaque aiguille, se caractérise en ce que la face plane de chaque bouchon inférieur d'une aiguille s'étend dans un plan décalé latéralement par rapport à l'axe vertical de cette aiguille, et en ce que chaque rail est bloqué latéralement entre deux nappes d'aiguilles parallèles s'étendant de part et d'autre de ce rail. Avantageusement, l'espacement des trous et des saillies prévus dans les rails et les bouchons correspond à l'écartement des axes des aiguilles portées par ce rail. Dans un mode de réalisation particulierement simple de l'invention, les pions en relief sont prévus dans la face plane de chaque bouchon d'extrémité d'une aiguille et sont constitués par des éléments cylindriques coopérant avec des trous circulaires ménagés dans le rail en regard. D'autres caractéristiques d'un dispositif de maintien des aiguilles d'un faisceau dans le boîtier d'un assemblage, établi conformément à l'invention, apparaîtront encore à travers la description qui suit d'un exemple de réalisation, donné à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la Fig. 1 est une vue schématique en perspective partiellement arrachée de la partie inférieure d'un assemblage combustible pour réacteur nucléaire à neutrons rapides, comportant un dispositif de maintien selon l'invention, - la Fig. 2 est une vue en coupe longitudinale du dispositif selon la Fig. 1, - la Fig. 3 est une vue en coupe transversale partielle à plus grande échelle du même dispositif. Sur la Fig. 1, la référence 1 désigne schématiquement une portion d'un assemblage combustible, notamment pour réacteur nucléaire à neutrons rapides. D'une manière en elle-même classique, cet assemblage est constitué par un boîtier externe 2 dont la section droite a la forme d'un polygone régulier, notamment celle d'un hexagone, ce boîtier 2, réalisé en acier inoxydable, se prolongeant à son extrémité inférieure par un pied de positionnement 3 partiellement représenté, permettant de le maintenir vertical lorsqu'il est mis en place dans le coeur du réacteur, par engagement de ce pied dans un alvéole d'un sommier de support (non représenté).Sur le dessin, la flèche F illustre le sens de circulation dans le coeur du réacteur et à travers l'assemblage 1 d'un fluide réfrigérant, notamment du sodium, qui s'écoule ainsi à travers le pied 3 et le boîtier 2, du bas vers le haut de l'assemblage. A l'intérieur. du boîtier 2 est montée une pièce de support 4 pour un faisceau d'aiguilles combustibles, contenant un matériau fissile ou fertile et dont le détail sera donné plus loin. Cette pièce de support4comporte à son extrémité inférieure une bague 5, immobilisée par rapport au boîtier 2 au moyen de vis 3a disposées à 120 autour de l'axe commun de la bague 5 et du boîtier 2. Cette bague comporte un alésage central 6 pour le passage du sodium liquide de refroidissement et se prolonge vers la partie supérieure du boîtier par une douille sensiblement conique 7, munie à son extrémité supérieure d'une pièce tubulaire 8 qui se raccorde d'une part à l'alésage 6 de circulation du sodium et présente d'autre part un contour externe polygonal épousant le profil interne du boîtier 2.La pièce 8 comporte dans sa surface externe une gorge ouverte 9, ménagée sur toute la périphérie de cette pièce ou bien comme dans le cas illustré sur la Fig. 1 où cette pièce est montée à l'intérieur d'un boîtier à section droite hexagonale, selon deux demi-gorges 9a et 9b diamétralement opposées, s'étendant chacune sur deux côtés consécutifs de l'hexagone de section droite. Le boîtier d'assemblage 2 entoure un faisceau d'aiguilles combustibles 11, constituées chacune d'une gaine cylindrique allongée, notamment en acier, fermée à ses deux extrémités, et en particulier à son extrémité inférieure qui apparaît seule sur le dessin, par des bouchons 13. Chaque bouchon 13 comporte un évidement ouvert 14 délimité par une face plane 15, dans laquelle est prévu un pion en saillie 16, de forme sensiblement cylindrique. Enfin et selon une disposition en elle-meme connue, l'écartement des aiguilles dans une nappe d'aiguilles parallèles et entre aiguilles de deux nappes voisines est assuré par un fil métallique 17, enroulé hélicodalement sur la surface externe de la gaine 12 et formant entretoise entre les aiguilles, ce fil étant lié par tout moyen approprié au bouchon d'extrémité 13 de l'aiguille correspondante. Afin d'assurer le supportage des aiguilles 11, notamment selon des séries de nappes d'aiguilles parallèles à l'intérieur du boîtier 2, l'assemblage considéré comporte des rails parallèles 18, en forme de lames planes, les extrémités latérales de ces rails stengageant dans des fentes verticales 19 prévues dans la partie supérieure de la pièce 8 terminant la pièce de support 4. L'immobilisation de ces rails 18 une fois engagés dans les fentes 19 est réalisée au niveau de la gorge ouverte 9, ou des gorges 9a et 9b, prévues dans la surface externe de cette pièce, en montant dans ces gorges un jonc 20 venant coopérer avec une encoche 21 ménagée dans les cotés de chacun des rails 18 au niveau de ces gorges.L'immobilisation de chaque aiguille 11 dans une nappe supportée par un rail 18 à l'intérieur du boîtier 2 est alors obtenue en engageant le pion cylindrique 16 prévu dans la face plane 15 de son bouchon 13 dans un trou cylindrique 22 envisagé dans la face latérale du rail 18 en regard, ltécartement des trous 22 correspondant à celui souhaité pour les axes des aiguilles dans la nappe considérée. Le supportage des aiguilles se complète en montant à l'intérieur de la pièce support 4 un peigne horizontal 23, muni de fentes verticales 24 dans lesquelles s'engageant les différents rails parallèles 18, ce peigne assurant l'immobilisation complémentaire de ces rails dans la partie médiane, notamment en ce qui concerne ceux de ces rails qui présentent la plus grande dimension transversale. Conformément à l'invention, le montage des aiguilles Il sur les rails 18 est aménagé de telle sorte que le maintien et l'immobilisation de ces aiguilles soient assurés simultanément, aussi bien dans la direction axiale que dans une direction transversale perpendiculaire, ceci afin d'une part, d'empêcher la séparation des aiguilles par rapport aux rails sous l'effet de la poussée du fluide de refroidissement qui s'écoule de bas en haut à l'intérieur du boîtier et, d'autre part, d'éviter les vibrations des nappes d'aiguilles. A cet effet, la face plane 15 ménagée dans chacun des bouchons d'extrémité 13 des aiguilles 11 est disposée selon l'invention dans un plan vertical décalé latéralement par rapport à l'axe de chaque aiguille, comme l'illustre notamment la Fig. 2. De plus, chacun des rails 18 est immobilisé entre les bouchons de deux nappes d'aiguilles voisines et parallèles, ce qui évite toute possibilité de débattement transversal de ces rails et par suite toute vibration des aiguilles. L'entretoisement des aiguilles dans les différentes nappes reste toujours assuré par les fils hélicoidaux 17 délimitant entre ces aiguilles à l'intérieur du boîtier 2 un espacement suffisant pour l'écoulement du sodium de refroidissement, en même temps que sa répartition entre les nappes. Lors du montage, le boîtier 2 est tout d'abord muni de sa pièce de support 4 sur laquelle sont enfilés un à un dans les fentes 19 les rails parallèles 18. Le premier de ces rails, situé par exemple sur la partie droite des Fig. 2 et 3 comporte une butée d'appui 25, appliquée contre la surface interne du boîtier 2, afin de maintenir avec la première nappe d'aiguilles, un écartement convenable vis-à-vis de la paroi de ce boîtier. Cette nappe d'aiguilles est alors mise en place sur ce premier rail par engagement des pions en saillie 1 6 dans les orifices 22, le blocage final de cette nappe étant réalisé par le second rail 18, parallèle au premier, et ainsi de suite jusqu'à la dernière nappe du faisceau. On réalise ainsi un dispositif de maintien et de supportage des aiguilles dans un boîtier d'assemblage combustible pour réacteur nucléaire, notamment pour réacteur à neutrons rapides, présentant une très grande simplicité de réalisation en même temps qu'une sûreté améliorée en fonctionnement, les aiguilles étant bloquées dans deux directions perpendiculaires, sans empêcher la circulation du réfrigérant. Les bouchons d'extrémité des aiguilles avec leurs pions cylindriques en relief ménagés dans une face plane délimitant un évidement ouvert à l'extrémité de ces bouchons, permettent, en pratique, de réaliser une économie importante sur la fabrication des rails vis-à-vis des solutions antérieures. Egalement, la fabrication des bouchons d'extrémité fermant les aiguilles est largement simplifiée. Eien entendu, il va de soi que l'invention ne se limite nullement à l'exemple de réalisation plus spécialement décrit et représenté; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. En particulier, outre l'application envisagée à un assemblage combustible ou fertile, elle pourrait être également mise en oeuvre avec un assemblage de contrôle, constitué par un faisceau d'aiguilles contenant un matériau absorbant, placées à l'intérieur d'un boîtier analogue à ceux des assemblages combustibles du coeur. REVENDICATIONS 1. Dispositif de maintien des aiguilles d'un faisceau dans le boîtier d'un assemblage pour réacteur nucléaire, compor- tant une pièce de support disposée coaxialement à la base du boe- tier placé vertical pour une série de rails parallèles, engagés par leurs extrémités latérales dans des fentes verticales prévues dans cette pièce de support, ces rails immobilisés par des moyens de blocage prévus dans les côtés de la pièce, présentant la forme de lames planes, coopérant avec une face plane parallèle aux rails, ménagée dans le bouchon d'extrémité fermant chaque aiguille à sa partie inférieure par engagement de pions en saillie dans des logements en regard, les aiguilles dans le faisceau étant entretoisées mutuellement-par un fil hélicoldal enroulé sur la surface externe de chaque aiguille, caractérisé en ce que la face plane de chaque bouchon inférieur d'une aiguille s'étend dans un plan décalé latéralement par rapport à l'axe vertical de cette aiguille, et en ce que chaque rail est bloqué latéralement entre deux nappes d'aiguilles parallèles s'étendant de part et d'autre de ce rail. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espacement des trous et des saillies prévus dans les rails et les bouchons correspond à l'écartement des axes des aiguilles portées par ce rail. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les pions en relief sont prévus dans la face plane de chaque bouchon d'extrémité d'une aiguille et sont constitués par des éléments cylindriques coopérant avec des trous circulaires ménagés dans le rail en regard.