Brevet FR2369656A1 — publié le 19780526

La présente invention concerne un élément combustible, régénérateur ou absorbeur de type vertical pour réacteurs nucléaires à refroidissement par liquide équipé d'un relativement grand nombre de barreaux individuels disposés parallèlement à son axe qui renferment une substance combustible, régénératrice ou absorbante et d'une chambre d'expansion pour recueillir le gaz de fission suivant le principe de la cloche à plongeur.Un tel élément combustible est connu de par le brevet allemand nO 15 64 138, dont le principe technique est applicable de façon avantageuse non seulement à des éléments combustibles, mais aussi à des éléments absorbeurs, car, de la même façon que dans le bioxide d'uranium utilisé comme substance combustible ou régénératrice, il y a formation de gaz de fission,lors de la capture de neutrons, dans le carbure de bore utilisé par exemple en substance absorbante.Si l'on employait des gaines étanches, ce gaz de fission staccusulerait au long du fonctionnement, et établirait une pression intérieure dangereuse pour lesdites gaines,à moins qu'on ne l'éloigne des éléments par soufflage dans la chambre du réacteur à travers le réfrigérant en ayant soin toutefois d'éviter un contact direct entre celui-ci et la substance combustible, régénératrice ou absorbante en raison des phénomènes de corrosion et de mises en suspension qui se produiraient sans cela.Le brevet précité décrit en détail deux formes de réalisation d'un élément combustible dégazé suivant le principe dit de la cloche à plongeurgelles utilisent toutes deux une chambre d'expansion qui est placée dans lune.A 'ex- trémité supérieure, dans l'autre à l'extrémité inférieure, de ltélément. Dans la seconde formule, celle d'une chambre d'expansion inférieure, préférée comme rendant plus favorable la chute de tension de vapeur due au réfrigérant, il est proposé de laisser le gaz de fission qui se forme refouler au cours du temps le réfrigérant,remplissant à l'origine en majeure partie la chambre d'Jxpansioa, et se dégager lui-même dans ledit réfrigérant pat des ouvertures placées à l'extrémité inférieure de la chambre d'expansion.De là,les bulles de gaz montent dans le réfrigérant jusqu a la chambre du réacteur et interrompent en même temps, ne serait-ce que brièvement,le courant du réfrigérant autour des surfaces qui lui cèdent la chaleur de l'élément Il peut en résulter des sur échauffements et endommagements locaux de ces surfaces. Ledit brevet posant en principe que chaque barreau de combustible est muni d'une telle chambre d'expansion, le coût de la fabrication est élevé. Des raisons géométriques font , de plus, que le volume disponible pour l'expansion est relativement faible. L'invention a pour objet un élément combustible, régénérateur ou absorbeur de construction connue, avec dégazage suivant le principe de la cloche à plongeur, mais améliorée en ce sens que le gaz de fission en excès soit évacué de telle façon que soient évités les inconvénients précités. Cet élément combustible, régénérateur ou absorbeur est caractérisé par le fait que la chambre d'expansion est commune à tous les barreaux et communique avec le réfrigérant, qui l'entoure, par un tube ascendant dirigé vers l'extrémité supérieure dudit élément à travers le volume qui renferme les barreaux combustibles, régénérateurs ou absorbeurs. Ce tube ascendant se trouve avantageusement à l'intérieur de l'élément et préserve , par exemple, du contact avec le gaz de fission les surfaces cédant la chaleur d'un élément combustible. Les éléments en question se composent d'un relativement grand nombre de barreaux individuels renfermant une substance combustible, régénératrice ou absorbante et disposés, parallèlement à l'axe dudit élément, aux ponts de croisement d'un réseau par exemple hexagonal. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le tube ascendant prend la place d'un de ces barreaux , ce qui simplifie au maximum la construction. Selon les conditions de place disponible, la chambre d'expansion peut eAtre placée au-dessus ou au-dessous du volume, ou des barreaux, renfermant la matière combustible, régénératrice ou absorbante ou encore partie au-dessus de ce volume, ou ces barreaux, partie entre lesdits barreaux ou autour du tube ascendant lui-mme. En extension avantageuse de l'invention, ledit tube ascendant constitue en même temps l'un des barreaux dits de structure qui sont généralement prévus de toute façon pour assurer la cohésion mécanique de l'élément combustible. . On évite ainsi la perte supplémentaire d'un poste de barreau combustible, régé- nérateur ou absorbeur dans l'assemblage de l'élément combustible. L'invention sera mieux comprise à laide de la descrip tion détaillée de deux modes de réalisation pris comme exemples non limitatifs et illustrés par le dessin annexé, sur lequel : la figure I est une coupe longitudinale axiale d'un premier élément combustible, régénérateur ou absorbeur opérée suivant la ligne E-F des figures 2 et 3 la figure 2 est une coupe suivant la ligne A-B de la figure 1 ; la figure 3 est une coupe suivant la ligne C-I) de la figure I la figure 4 est une coupe longitudinale axiale d'un deuxième élément combustible, régénérateur ou absorbeur opéréesuivant la ligne E-L des figures 5 et 6 la figure 5 est une coupe suivant la ligne G-H de la figure 4 ;; la figure 6 est une coupe suivant la ligne I-J de la figure 4 les éléments en question se composent d'un certain nombre de barreaux individuels 1 remplis d'une substance combustible ou régénératrice, bioxyde d'uranium par exemple, ou d'une substance absorbante , carbure de bore par exemple, qui sont placés dans une grille hexagonale, à l'intérieur d'un tube d' envelop- pe 2.Le. gaz de fission, xénon ou hélium par exemple, qui se forme dans les barreaux 1 en service dans le réacteur afflue par autant de tubes 3 à l'intérieur d'une chambre d'expansion 4 où il refoule le réfrigérant rentré de l'extérieurs et attei gnant au début du fonctionnement un premier niveau 8 , jusqu' & un deuxième. niveau 9 en vertu duquel se trouve libérée l'ouverture inférieure du tube d' évacuation 5 ayant précédemment acheminé le réfrigérant vers la chambre d'expansion 4 lors de l'insertion de. l'élément dans le réacteur. le gaz de fission en excès peut s'échapper de l'élément vers le haut par le tube d' évacuation 5, et parvenir ainsi à la chambre du réacteur , en restant entièrement séparé du courant de réfrigérant, dirigé suivant les flèches en passant meme par des fentes 7 , d'un espace annulaire 6 compris entre le tube d'enveloppe 2 et une gaine extérieure 10 à 1' espace intermédiaire entre les divers barreaux I les deux modes de réalisation diffèrent dans la forme et la position de la chambre d'expansion 4, qui, dans le premier, est placée à l'extrémité inférieure de l'élément, au lieu que, dans le second, elle se compose d'une relativement petite par tie 4a placée & 11 l'extrémité supérieure de l'élément et d'un espace annulaire 4b communiquant avec cette première partie et entourant le tube ascendant 5. La disposition des rentes d'ache- minement du réfrigérant est étalement differente d'une réali- sation & à l'autre : ces fentes portent la référence 7a ou 7b selon qu'a travers elles, le réfrigérant pénètre dans l'espace intermédiaire entre les divers barreaux à l'extrémité inférieure de 'élément ou sort au contraire de cet espace a trémité supérieure. REVENI)I CATIONS lo Elément combustible,régénérateur ou absorbeur de type vertical pour réacteurs nucléaires à refroidissement par liquide équipe d'un relativement grand. nombre de barreaux individuels disposés parallèlement à son axe qui renferment une substance combustible, régénératrice ou absorbante et d'une chambre d'expansion pour recueillir le gaz de fission selon le principe de la cloche à plongeur et caractérisé par le fait que la chambre d'expansion est commune à tous les barreaux et communique avec le réfrigérant, qui l'entoure, par un tube ascendant dirigé vers l'éxtrémité supérieure dudit élément à travers le volume qui renferme les barreaux combustibless, régénérateurs ou absorbeurs. 2. Elément selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la chambre d'expansion est placée au-dessus des barre aux. 3. Elément selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la chambre d'expansion est placée partie au-dessus des barreaux, partie entre eux. 4. Elément selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé par le fait que le tube ascendant oocupe dans l'élément la place d'un des barreaux. 5. Elément selon la revendication 4 caractérisé par le fait que le tube ascendant sert en même temps de barreau de structure assurant la cohésion mécanique des diverses parties dudit élément.