Brevet FR2393401A1 — publié le 19781229

La présente invention concerne un système de combustible nucléaire et en particulier, un combustible nucléaire sous forme de barreau incorporant une couche intermédiaire protectrice entre le combustible et la gaine en alliage de zirconium, et å un procédé pour réaliser cette couche. Lors du fonctionnement de réacteurs nucléaires utilisant des pastilles de combustible frittées,gainées avec des gaines d'alliage de zirconium, on a trouvé que, pendant l'irradiation le combustible dégage du cadmium qui migre vers l'extérieur jusqu'à la surface intérieure de la gaine, ou il peut créer un phénomène de fragilisation, conduisant à une rupture de la gaine due à la fissuration par corrosion sous contrainte. Selon la présente invention, on fournit du cuivre sous forme d'un écran ou d'un écran partiel entre le combustible et la surface intérieure de la gaine, pour faciliter la formation d'un alliage stable cuivre-cadmium pendant la durée de l'irradiation du combustible pour ainsi empêcher la formation d'une concentration de cadmium ou de composés actifs de ce dernier sur la surface intérieure de la gaine Ainsi, on réalise un élément de combustible ayant une gaine en alliage de z-irconium, renfermant du combustible nucléaire sous forme de pastilles du type qui dégage du cadmium pendant une irradiation prolongée, l'élément ayant une couche de protection inter médiaire entre la surface extérieure du combustible et la surface intérieurede la gaine, comportant des particules de cuivre sous forme finement divisée, grâce à quoi, lors de son utilisation dans un réacteur, sous les conditions d'irradiation, le cadmium déaagé par le combustible peut se combiner au moins en partie avec le cuivre pour fournir un composé stabilisé cuivre-cadmium, essentiellement localisé entre le combustible et la gaine, pour empêcher l'alliage ou d'autres réactions du cadmium avec le matériau de la gaine. Cet agencement est particulièrement utile avec des pastilles d'uranium naturel (U02) ou enrichi. La couche de protection comportant le cuivre finement divisé, peut comprendre du graphite, du silicium, ou une laque de siloxane cuite réticulée, et est généralement appliquée sous la forme d'une couche interne de la gaine de combustible, avant l'insertion du combustible à l'intérieur. Outre l'introduction du cuivre finement divisé sous forme d'un constituant uniformément dispersé avec d'autres composants de la couche de protection, la présente invention prévoit également que l'on peut fournir une couche de cuivre sous forme d'une surface interposée entre des pastilles et la gaine par un procédé comprenant le dépôt d'une barbotine de cuivre sur la surface voulue, en utilisant des liquides vecteurs appropriés et des techniques de sèchage appropriées pour obtenir la concentration voulue en cuivre a très faible coût, comparé aux-procédés électrolytiques qui sont bien connus. Ainsi, on fournit un procédé d'application d'un revêtement comprenant du cuivre finement fixisé qui consiste à réaliser au moins une immersion de la surface à revêtir dans une barbotine comportant un liquide vecteur et du cuivre finement divisé, à maintenir l'immersion pendant un temps prédéterminé ou temps d'accumulation, à soutirer l'excès de barbotine de la surface et à sécher la surface. La suite de la description se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement Figure 1, une vue en coupe partielle d'un barreau de combustible selon la présente invention, et Figure 2, une vue en bout d'un faisceau de combustible selon la présente invention. Si l'on se réfère à la figure 1, la partie 10 d'un barreau de combustible comporte une gaine en alliage de zirconium 12, tel qu'un alliage de zirconium-nobium, désigné sous le nom de "Zircaloy 2" et contient du matériau combustible 14, tel que des pastilles de U02. Une couche 16 interposée entre la gaine 12 et le matériau combustible 14, comprend du cuivre finement divisé. La quantité de cuivre est dictee en fonction des constituants du combustible et de la grandeur potentielle de l'irradiation, afin de présenter effectivement l'aptitude à la capture du cadmium jusqu'au point nécessaire pour supprimer la propension du cadmium en fonctionnement, à provoquer la fragilisation de la gaine. Ainsi, bien que l'on puisse dans ce but utiliser pratiquement un excès de cuivre, on envisage de manière pratique qu'avec l'experience de fonctionnement et un réglage de qualité adéquat, on peut réduire de façon importante la quantité de cuivre, pour maintenir un fonctionnement satisfaisant, avec l'assurance d'un risque de rupture statistique de la gaine de valeur acceptable. En se réfèrant à la figure 2, le faisceau de combustible 20 comporte un ensemble de barreaux de combustible analogues 10, représentés comme étant montés entre des plaques terminales 21, de forme et conformation appropriées. Bien que l'on ait représenté la présente invention en relation avec un faisceau de combustible utilisé pour des réacteurs CANDU (marque de fabrique) modérés par eau lourde, la présente invention est également susceptible d'être utilisée avec d'autres types de réacteurs, y compris des réacteurs utilisant du combustible enrichi. REVENDICATIONS 1. Elément combustible comprenant une gaine en alliage de zirconium contenant du matériau combustible nucléaire sous forme de pastilles, caractérisé en ce qu'il comprend une couche de protection intermédiaire entre le combustible et la gaine, comportant des particules de cuivre sous forme finement divisée1 grace quoi, lors de l'utilisation dans un réacteur sous des conditions d'irradiation, le cadmium dégagé lors de l'irradiation par le comr bustible peut se combiner avec le cuivre pour fournir un composé stabilisé cuivre-cadmium situé entre le combustible et la gaine afin d'empecher l'attaque de la gaine par ce cadmium dégagé 2. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que le combustible nucléaire est U02 et en ce que la gaine est un alliage zirconium-niobium. 3. Element selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche de protection est choisie parmi le cuivre graphite, silicium, laque-de siloxane cuite, réticulée, et leur combinaison et en ce-que le cuivre constitue jusqu'à 50% en poids de la couche.