Brevet FR2286474A1 — publié le 19760423

La présente invention se rapporte aux barreaux d'éléments combustibles pour réacteurs nucléaires et plus spécialement à ceux dans lesquels le combustible, étant introduit dans une gaine cylindrique sous forme de blocs ou de pastilles, doit être maintenu mkcaniqùement à 1 'intérieur de cette gaine qui l'entoure et qui l'isole de l'extérieur. L'invention s'applique à tout barreau de combustible répondant à cette définition, quels que soient par ailleurs, le matériau combustible et le matériau de gainage ; elle s tau plique néanmoins tout spécialement aux éléments combustibles des réacteurs de la filière à neutrons rapides, refroidis par métaux liquides et dans lesquels les éléments combustibles sont composés de barreaux très fins, ou aiguilles, remplis de pastilles de matière combustible.Ces éléments combustibles sont en général obturés à leurs deux extrémités par des bouchons que l'on soude de façon étanche sur le tube constituant la gaine, mais il est nécessaire, notamment pour permet tre le dégagement des produits de fission sous forme gazeuse lors du fonctionnement dans le réacteur, de prévoir à l'une des extrémités de chaque élément un espace libre séparant le combustible du bouchon proprement dit. Dans les réalisations connues à ce jour, deux types principaux de dispositifs ont été mis en oeuvre pour parvenir à ce résultat. Ce sont - a) - les dispositifs à ressort, dans lesquels un système élastique s'appuyant sur le bouchon maintient en place l'empilement de pastilles de combustible à une certaine distance dudit bouchon.De tels systèmes ont l'avantage d'autoriser lors du fonctionnement du réacteur et de l'échauffement des éléments combustibles la dilatation longitudinale de la colonne de pastilles dans sa gaine. En revanche, ce système offre le grand inconvénient d'exercer un effort important sur le bouchon, ce qui crée des difficultés très sérieuses lors du soudage de ce dernier à la gaine et, ultérieurement, développe également des contraintes sur le cordon de soudure du bouchon sur la, gaine. - b) - d'autres systèmes, dans lesquels on a séparé completement la fonction d'obturation de la gaine par le bouchon de la fonction de maintien de la colonne de combustible. Généralement, on parvient à ce résultat en maintenant cette colonne à l'aide d'un dispositif tel qu'une bague de maintien d'un diamètre légèrement supérieur à celui de la gaine et possédant une fente longitudinale que l'on vient emmancher à force au niveau voulu à l'inté- rieur de la gaine : c'est le cas par exemple des dis positifs faisant l'objet des brevets français 2 018 665, 2 051 797 et 1 429 797. De tels dispositifs présentent l'inconvénient grave de ne pas permettre facilement la dilatation longitudinale de l'empilement de pastilles de combustible lors de la montée en température du réacteur. En revanche, la fonction de maintien de la colonne de pastilles n'étant plus réservée au bouchon, ce dernier peut être soudé à la gaine de façon beaucoup plus facile. La présente invention a pour objet un élément combustible du type précédemment décrit contenant un embout de maintien de la colonne de pastilles de combustible à l'intérieur de la gaine dudit élément, cet embout étant d'une conception telle qu'il permet de conserver les avantages découlant de la présence d'un ressort tout en maintenant séparées les fonctions de maintien de la colonne de pastilles et d'obturation de la gaine par son bouchon, et ce d'une façon particulièrement simple et efficace. Cet embout de maintien de la colonne de pastilles de combustible est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte un ressort de compression axiale des pastilles coopérant d'un côté avec lesdites pastilles et de l'autre côté directement avec une pièce en forme de bouchon munie d'une portée pour ledit ressort, d'un corps conique entouré d'un anneau élastique et divergeant vers l'extrémité en contact avec le ressort, et d'une tête à l'extrémité opposée à celle du ressort. Grâce à la coopération du corps conique porté par l'embout et de 1.' anneau élastique, lorsque l'embout a été enfoncé dans le tube constituant la gaine jusqu'à la profondeur voulue, l'action antagoniste du ressort tend à écraser l'anneau élastique entre la partie conique du corps de l'embout et la paroi interne de la gaine empêchant ainsi tout retour en arrière de cet embout. La présence du ressort entre la portée de l'embout et le sommet de la colonne de pastilles de combustible autorise néanmoins les dilatations longitudinales ultérieures qui se produiront lorsque l'élément combustible sera en service dans le réacteur.L'embout étant ainsi placé dans la gaine, on peut alors en toute liberté y introduire un bouchon que l'on Soude ensuite sans être nullement gêné par quelque action antagoniste du ressort que ce soit. Selon une variante intéressante de l'embout objet de l'invention, on peut prévoir une pièce d'application sous forme de pion ou de pastille que l'on place à 1 'extrémi- té du ressort opposée à celle qui est en contact avec l'embout de façon à éviter que le ressort n'appuie directement sur la pastille supérieure de la colonne : cette précaution permet d'une part d'éviter une dégradation de la première pastille par l'extrémité libre du ressort et procure, d'autre part, une meilleure répartition, sur toute la surface de la première pastille, de la force de compression développée par le ressort. Selon une autre variante de la présente invention, il peut être avantageux de prévoir dans l'embout lui-meme un alésage axial destiné à faire communiquer l'at mosphère des deux chambres situées de part et d'autre de embout en régularisant ainsi l'équilibrage de la pression à l'intérieur de l'aiguille en cours de fonctionnement. De tout façon, l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée à titre illustratif et non limitatif, d'un exemple de mise en oeuvre d'un embout de maintien d'une colonne de pastilles de combustible dans un élément du type à aiguilles, description qui sera faite en se référant- aux figures 1 à 3 sur lesquelles - la figure 1 représente sous forme éclatée dans l'espace la pièce en forme de bouchon, le ressort muni de son pion d'application et l'extrémité de l'aiguille de combustible qu'il s'agit d'obturer ;; - la figure 2 représente les mêmes éléments au moment où l'on commence à introduire la pièce en forme de bouchon dans la gaine - la figure 3 représente l'embout totalement introduit et fixé dans la gaine, ainsi que le bouchon que l'on soudera ultérieurement. Sur la figure 1, on voit la gaine 1 d'un élément combustible du type à aiguilles pour réacteur nucléaire à neutrons rapides dont une extrémité seule a été représentée dans cette gaine 1 se trouvent empilées les pastilles 2 constituant le combustible. Devant l'entrée de cette gaine 1 se trouvent représentés les éléments constitutifs de l'embout objet de l'invention, lesquels comportent le ressort 3 muni de son pion d'application 4, et la pièce 5 en forme de bouchon comportant respectivement la portée cylindrique 6 pour recevoir l'extrémité du ressort 3, le corps conique 7 entouré de l'anneau élastique 8 et enfin la tête d'extrémité 9 destinée à la fois à servir de butée à l'anneau élastique et à la mise en place de la pièce 5 par poussée de celle-ci à l'intérieur de la gaine 1. L'anneau élastique 8 peut être constitué par une bague fendue. Sur la figure 2, les éléments de la figure 1 sont représentés au moment où l'on commence l'introduction de la pièce 5 en forme de bouchon à l'intérieur de la saine 1. Le diamètre extérieur de l'anneau élastique 8 en position de repos est prévu légèrement supérieur au diamètre intérieur de la gaine 1 pour permettre audit anneau de se contracter élastiquement au diamètre intérieur de la gaine. Dans la position représentée sur la figure 3, la pièce 5 en forme de bouchon, après avoir été placée à l'endroit voulu dans la gaine 1, a été relachée et, immédiatement, le ressort 3 développant sa force antagoniste a provoque le blocage de l'embout, dans la position représentée sur la figure 3, par coincement de l'anneau élastique 8 entre la paroi cylindrique interne de la gaine 1 et la surface extérieure conique de la pièce 5. Un bouchon 10 est représenté avant son introduction dans l'espace 11 restant libre en tête de la gaine 1 ; une fois introduit, ultérieurement, dans cet espace 11, il pourra être soudé en 12 pour assurer la fermeture étanche de cette gaine. On a également représenté, sur cette Figure 3, en traits mixtes, un alésage axial 13 dans la pièce 5. Cet alésage 13, facultatif, a l'avantage de permettre l'équilibrage de la pression à l'intérieur de la gaine 1. REVENDICATIONS 1. Elément combustible de réacteur nucléaire contenant un embout de maintien de la colonne de pastilles de combustible à l'intérieur de la gaine dudit élément, caractérisé en ce que ledit embout comporte un ressort de compression axiale des pastilles coopérant d'un côté avec lesdites pastilles et de l'autre cbté directement avec une pièce en forme de bouchon munie d'une portée pour ledit ressort, d'un corps conique entouré d'un anneau élastique et divergeant vers l'extrémité en contact avec le ressort, et d'une tête à l'extrémité opposée à celle du ressort. 2. Elément combustible selon la revendication 1, dans lequel la liaison entre le ressort de compression et les pastilles se fait par l'intermédiaire d'une pièce d'application. 3. Elément combustible selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel un alésage axial est prévu dans l'embout pour faciliter lléquilibrage de la pression à l'intérieur dudit élément.