Brevet FR2319958A1 — publié le 19770225

La présente invention est relative à un dispositif destiné à assurer le guidage et le maintien en position verticale d'une barre de contrôle ou de commande d'un réacteur nucléaire et s'applique plus particulièrement au cas des rédacteurs nucléaires à neutrons rapides utilisant pour réfrigérant un métal liquide, où de telles barres sont aménagées pour coulisser dans des fourreaux fixes, disposés à des emplacements déterminés dans le coeur de ce réacteur, ces fourreaux se présentant sous la forme de boîtiers à section droite polygonale régulière, ouverts à leur extrémité supérieure et munis d'un pied de positionnement à leur extrémité inférieure, ces boitiers de fourreaux ayant la meme géométrie externe que les assemblages combustibles ou fertiles constituant de façon connue le coeur du réacteur L'un des impératifs essentiels du bon fonctionnement d'une telle barre de contrôle consiste dans un refroidissement efficace de sa partie absorbante, grâce à un débit convenable du métal liquide, généralement du sodium, assurant le refroidissement du coeur et circulant à l'intérieur du fourreau de barre de bas en haut dans celui-ci, depuis son pied inférieur jusqu'à son extrémité ouverte à sa partie supérieure, ce débit étant forcé pour sa majeure partie à passer à l'intérieur de la barre elle-meme et non pas entre cette barre et le fourreau dans lequel elle coulisse.Pour assurer ce refroidissement, on a déjà prévu de réaliser un ensemble à barre de contrôle, où cette dernière comporte d'une part une tête permettant de saisir la barre et de la déplacer verticalement entre une position basse où la partie absorbante de la barre se trouve dans le coeur et une position haute où elle se trouve hors du coeur et un pied qui est au niveau du coeur lorsque la barre est en position haute, ce fourreau comportant au-dessous et au-dessus de la partie centrale du coeur des orifices d'entrée et de sortie pour le réfrigérant, cet ensemble étant plus spécialement caractérisé en ce qu'il prévoit la mise en oeuvre d'un palier de guidage disposé entre' la barre et le fourreau à un niveau supérieur à celui du coeur en partie haute du fourreau, ce palier laissant subsister entre la barre et le fourreau un jeu suffisamment faible pour que le débit du réfrigérant qui circule dans ce jeu soit une fraction négligeable du débit qui pénètre dans le fourreau et en sort. Dans une variante de ce dispositif, afin d'autoriser un léger désalignement de l'axe du fourreau et de l'axe des mécanismes de commande assurant le déplacement de la barre de contrôle, on a également envisage de réaliser le palier de guidage, disposé entre la barre et le fourreau9 au moyen d'une bague flottante, montée dans un logement ménagé dans le fourreau et dont les dimensions autorisent un débattement de cette bague axialement et transversalement.De telles dispositions ont té décrites et revendiquées dans le brevet français N' 70 46296 au nom du Commissariat à l'énergie Atomique et dans sa demande de premier certificat d'addition nO EN 75 17164 déposée le 2 Juin 1975. La présente invention concerne une autre solution qui permet tout en assurant un coulissement de la barre dans son fourreau sans aucun risque de coincement, de laisser libre la partie supérieure de ce fourreau, ce qui selon le type d'assemblage, peut présenter différents avantages. A cet effet, le dispositif considéré, adapté à une barre de contrôle comportant un boîtier central contenant des éléments en matériau absorbant et muni à sa partie inférieure d'une tige creuse par laquelle est admis le débit de refroidissement des éléments absorbants et à son extrémité supérieure d'une tête de préhension pour assurer le déplacement de la barre dans un fourreau fixe et comportant à sa base un pied cylindrique, se caractérise en ce que dans un prolongement du pied est ménagé un alésage axial du fourreau dans lequel coulisse la tige creuse prévue à la partie inférieure du boîtier, cette tige creuse présentant un renflement sphérique de diamètre sensiblement égal au diamètre de l'alésage pour assurer une étanchéité relative vis-à-vis du fluide de refroidissement dans l'espace compris entre la surface externe de la tige et la surface interne de l'alésage. Grâce à ces dispositions, le débit du fluide de refroidissement qui pénètre dans le fourreau par son pied inférieur et circule de bas en haut dans 1 'alésage cylindriaue prévu dans le prolongement de ce pied, est forcé à pénétrer pour sa majeure partie dans la tige creuse prolongeant à sa partie inférieure le boîtier contenant les éléments absorbants de la barre. Ce débit permet ainsi d'assurer un refroidissement efficace de ces éléments absorbants, la fraction relativement négligeable de ce débit passant entre le renflement sphérique de la tige et la paroi interne de l'alésage cylindrique dans laquelle elle coulisse assurant le refroidissement de la paroi interne du-fourreau entre celle-ci et le boîtier de la barre. Avantageusement, le renflement sphérique est disposé a l'extrémité inférieure de la tige creuse. Par ailleurs et selon une caractéristique avantageuse, ce renflement sphérique comporte une surface externe munie d'un revêtement de frottement approprié, permettant son glissement contre la surface interne de l'alésage axial du fourreau. De préférence également et dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le renflement sphérique comporte un revêtement en acier stellité. D'autres caractéristiques d'un dispositif de guidage pour barre de contre établi conformément a l'invention, apparaîtront encore à travers la description qui suit d'un exemple de réalisation, donné a titre indicatif et non limitatif, en référence a la figure unique du dessin annexé qui illustre une vue schématique en coupe axiale du dispositif considéré, Sur cette figure, ia référence 10 représente un fourreau de barre de contrôle, notamment pour réacteur nucléaire à neutrons rapides et à refroidissement par sodium liquìde. A I'intérieur de ce fourreau est montée une barre de contrôle 11, apte à coulisser dans ce dernier et dont le détail de réalisation sera donné plus loin. Le fourreau 10 se présente, d'une façon en elle-même connue, sous la forme d'un boîtier allongé, a section droite polygonale régulière, ouvert à son extrémité supérieure 12, cel;e-cf affleurant au niveau supérieur 13 du coeur du réacteur. A son extrémité inférieure opposée, le fourreau 10 comporte un pied de positionnement 14 apte a s'engager dans la grille d'un sommier de support pour les assemblages du coeur (non représenté), dont le niveau schématise en 15, repère ainsi la partie inférieu- re du coeur. Celui-ci comporte une partie centrale combustible 16, dessinée en traits pointillés sur la figure. A son extrémité inférieure, le boîtier 10 comporte une partie 17 dont la section interne est sensiblement différente de ceile du reste du fourreau, de manière a délimiter un alésage axial 18 situé dans le prolongement du pied cylindrique 14, cet alésage 18 permettant le coulissement de la partie inférieure de la barre de contrôle 11 de la façon qui sera décrite plus loin. Cette partie 17 du fourreau 10 se termine par une portée d'appui 19 contre laquelle vient reposer la barre 11 lorsque cette dernière est en position basse à l'intérieur du fourreau Enfin, le pied 14 comporte à son extrémité basse des orifices 20 pour la pénétration du sodium de refroidissement dans le pied, qui s'écoule dans le fourreau du bas vers le haut. Un organe 21 est monté à la base du pied afin de permettre de régler le débit de sodium. La barre de contrôle 11 coulissant dans le fourreau 10 comporte principalement un boîtier central 22 à l'intérieur duquel sont disposés des éléments absorbants, schématiquement représentés en 23, ceux-ci se présentant habituellement mais de façon non exclusive, sous la forme d'aiguilles gainées d'un matériau présentant un coefficient d'absorption des neutrons élevé. Ce boîtier 22 contenant les éléments absorbants 23 est fermé et raccordé à son extrémité inférieure à une tige creuse 24 et à son extrémité supérieure a une autre tige 25, elle-même terminée par une tête ouverte 26 présentant une gorge interne 27, permettant d'assurer la manutention de la barre 11 et en particuiier son déplacement axial à l'intérieur du fourreau 10. La tige creuse inférieure 24 délimite avec la surface interne du fourreau 10 un espace 28, dans lequel le débit du sodium de refroidissement doit être relativement limité, la majeure partie de ce débit devant passer a l'intérieur de cette tige 24, pour assurer dans le bottier 22, le refroidissement efficace des éléments absorbants 23. A cet effet et conformément à l'invention, la tige 24 est munie à son extrémité inférieure d'un renflement sphérique 29, dont le diamètre externe est sensiblement égal à celui de l'alésage 18 dans lequel il coulisse lors des déplacements de la barre. Ce renflement 18 comporte un trou axial 30, situé dans le prolongement de l'alésage interne de la tige 24 pour le passage du débit du sodium de refroidissement, des orifices 31 étant ménagés dans la tige au-delà du renflement 19, afin d'ajuster la fraction du'débit qui s'écoule dans l'es- pace 28. Avantageusement, le renflement sphérique 29 prévu à la base de la tige creuse 24, comporte un revêtement externe en acier stellité, lui permettant de coulisser avec un frottement négligeable contre la surface interne de l'alésage cylindrique 18, celle-ci pouvant être réalisée en acier inoxydable éventuellement chromé. La tige creuse 24 oui n' est soumise à aucun frottement, peut être constituée en un matériau ayant un coefficient médiocre de frottement en sodium mais choisi par contre de maniere à obtenir un faible gonfledUnt sous irradiation. On réalise ainsi un dispositif de guidage de barre de controle, permettant de maintenir celle-ci en position verticale à l'intérieur de son fourreau, tout en assurant une régulation du débit de refroidissement telle que la majeure partie de celui-ci en circulant à l'intérieur de la tige creuse, vienne refroidir les éléments absorbants, en permettant a ces derniers de jouer leur rôle, sans que l'échauffement intense qu'ils subissent du fait de l'absorption des neutrons, ne cause de déformations préjudiciables a la tenue de la barre et à ses possibilités de déplacement dans son fourreau. Ce dispositif est par ailleurs, d'un emploi particulièrement intéressant pour des assemblages de faible hauteur, ne comportant pas une protection neutronique supérieure intégrée. Bien entendu, il va de soi que l'invention ne se limite pas au seul exemple de réalisation décrit et représenté elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif de guidage pour barre de contrôle, dans lequel la barre comporte un boîtier central contenant des éléments en matériau absorbant et muni à sa partie inférieure d'une tige creuse par laquelle est admis le débit de refroidissement des éléments absorbants et à son extrémité supérieure d'une tête de préhension pour assurer le déplacement de la barre dans un fourreau fixe et comportant à sa base un pied cylindrique, caractérisé en ce que dans un prolongement du pied est ménagé un alésage axial du fourreau dans lequel coulisse la tige creuse prévue à la partie inférieure du boîtier, cette tige creuse présentant un renflement sphérique de diamètre sensiblement égal au diamètre de l'alésage pour assurer une étanchéité relative vis-à-vis du fluide de refroidissement dans l'espace compris entre la surface externe de la tige et la surface interne de l'alésage. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le renflement sphérique est disposé à l'extrémité inférieure de la tige creuse. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le renflement sphérique comporte une surface externe munie d'un revêtement de frottement approprié. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le renflement sphérique comporte un revêtement en acier stellité. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la tige creuse est constituée en un matériau ayant un faible gonflement sous irradiation.