Brevet FR2412143A1 — publié le 19790713

La présente invention concerne des sous-assemblages destinés à des réacteurs nucléaires surrégénérateurs à neutrons rapides refroidis par un métal liquide. -Dans un réacteur nucléaire surrégénérateur à neutrons rapides refroidi par un métal liquide qui est connu, l'assemblage combustib-le se compose de plusieurs éléments combustibles minces ou aiguilles sur lesquels circule un fluide caloporteur constitué par un métal liquide tel que le sodium. Pour une question de commodité, l'assemblage est subdivisé en plusieurs sousassemblages interchangeables dont chacun se compose de plusieurs aiguilles de combustible enfermées dans une gaine et comportant une tête de levage. Les sous-assemblages sont disposés côte à côte et chacun d'eux est positionné en porte-à-faux par une broche extrême inférieure qui est enfichée dans une grille de support de l'assemblage combustible.Au cours du fonctionnement du réacteur, le métal liquide constituant le fluide caloporteur circule de bas en haut à partir de la grille, qui sert de collecteur d'entrée, dans les gaines en relation d'échange de chaleur avec l-es aiguilles de combustible pour sortir par les extrémités supérieures des sous-assemblages. Chaque sous-assemblage, qui a une section hexagonale, contient de 250 à 350 aiguilles de combustible disposées sous forme d'un faisceau hexagonal et lesdites aiguilles sont faiblement espacées par une série de grilles en nids d'-abeilles espacées dans le sens longitudinal. Chaque cellule d'une grille est occupée par une seule aiguille de combustible et les cellules complémentaires des grilles successives sont destinées à aligner les aiguilles de façon que des sous-canaux d'écoulement du fluide caloporteur compris entre les aiguilles présentent une dimension convenable et la conservent sous l'effet des diverses forces de cintrage s'exerçant sur les aiguilles. En même temps, les grilles protègent les aiguilles d-'un dommage causé par la circulation du fluide caloporteur et permettent une diiatation différentielle tant dans le sens latéral que dans le sens axial.Au cours du fonctionnement du réacteur, le gradient de température à travers les rangées externes des aiguilles de combustible des sous-assemblages est plus important qu'à travers les rangées -internes desdites aiguilles et ceci provoque un cintrage des aiguilles des rangées externes entre les grilles par suite à la fois d'une déformation thermique et d'une déformation due au vide provoqué par les neutrons sensibles à la température. I1 n'est pas intéressant d'augmenter simplement le nombre des grilles en les plaçant à de plus petits intervalles pour limiter ce cintrage du fait que les structures des grilles limitent le débit du fluide caloporteur dans les sous-canaux, en provoquant une augmentation de la chute de pression, et absorbent également les neutrons. Selon l'invention, dans un sous-assemblage combustible destiné à un réacteur nucléaire refroidi par un métal liquide et comportant un faisceau d'aiguilles de combustible espacées contenu dans une gaine tubulaire agencée pour permettre au fluide caloporteur de circuler sur les aiguilles en relation d'échange de chaleur avec elles, il est prévu une première série de grilles en nids d'abeilles espacées longitudinalement qui sont destinées à écarter une partie des aiguilles de combustible, les grilles présentant des cellules individuelles destinées à soutenir latéralement une aiguille du faisceau et une seconde série de grilles qui alternent avec celles de la première série et qui assurent un appui latéral aux aiguilles d'un groupe périphérique du faisceau, tandis que les aiguilles d'un groupe interne dudit faisceau occupent une cellule centrale commune et-ne sont pas soutenues par les grilles de la seconde série. Ainsi, dans un sous-assemblage combustible selon l'invention, les aiguilles situées à l'extérieur du faisceau sont soutenues à l'encontre d'un cintrage dans des plans situés entre les grilles de la première série, mais les grilles de la seconde série ne limitent pas beaucoup la circulation du fluide caloporteur dans le sousassemblage, du fait que la région interne de chaque grille de la seconde série est entièrement ouverte pour laisser passer le fluide caloporteur.La limitation du débit du fluide caloporteur imposée par la structure de soutien des aiguilles de la seconde série de grilles atténue le refroidissement excessif des aiguilles externes dû au jeu compris entre le faisceau et la gaine et améliore le mélange des courants refroidissant les aiguilles externes. Dans une forme de réalisation préférée du sousassemblage combustible selon l'invention, la gaine tubulaire et les grilles d'écartement ont une section hexagonale, ie groupe périphérique des aiguilles comprenant les trois rangées externes de l'hexagone du faisceau et chaque grille de la seconde série comporte des colonnes rigides orientées radialement vers un angle de la grille, les colonnes se composant chacune de deux cellules ou davantage qui sont soudées ensemble. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une coupe longitudinale d'un sousassemblage combustible selon l'invention la figure 2 est une vue en plan d'une forme de réalisation d'une grille les fiqures 3 à 6 représentent des vues partielles de variantes de la grille ; et la figure 7 est une coupe transversale d'un mode de réalisation d'un réacteur -nucléaire surrégérérateur à neutrons rapides refroidi par un métal liquide, dans lequel sont utilisés les sous-assemblages combustibles selon l'invention. Un sous-assemblage combustible destiné à un réacteur nucléaire surrégénérateur à neutrons rapides refroidi par un métal liquide, comme celui représenté sur la figure 1, comporte une section centrale 1 de combustible, une section extrême inférieure 2 de positionnement et une section extrême supérieure 3 de protection contre les neutrons. La section de combustible comprend un faisceau' de minces aiguilles de combustible 4 (dont une seule est représentée) enfermées dans une gaine tubulaire 5 de section hexagonale. Les aiguilles sont soutenues à l'intérieur de la gaine, à leurs extrémités inférieures, par une grille 6 et sont renforcées entre leurs extrémités par des grilles cellulaires 7 en nids d'abeilles, espacées longitudinalement. La section extrême inférieure de positionnement comprend une broche 8 destinée à s'engager dans des logements d'une grille de support de l'assemblage combustible et présente des orifices 9 par lesquels peut circuler le fluide caloporteur à partir de lrintérieur de la grille. La section supérieure 3 est en acier massif formant un élément tubulaire définissant un orifice de sortie pour le fluide caloporteur et une tête de levage. Les-gril- les 7 comprennent une première série de grilles 7a qui comportent des cellules individuelles destinées à soutenir latéralement chaque aiguille du faisceau et une seconde série de grilles 7b qui alternent avec les grilles 7a et qui soutiennent latéralement les aiguilles d'un groupe périphérique du faisceau.Les aiguilles d'un groupe interne du faisceau occupent une cellule centrale commune de chaque grille 7a et ne sont donc pas soute-nues par les grilles 7b. Les grilles hexagonales 7 sont fixees aux gaines par des branches de support encochées fixées aux angles des gaines. Une grille 7b représentée sur la figure 2 comporte six colonnes rigides 10 orientées radialement en direction de chaque angle d'une périphérie hexagonale et chaque colonne se compose de deux cellules hexagonales Il soudées ensemble le long de leurs faces et à un organe 12 entourant un poteau d'angle. La structure de support d'un groupe d'aiguilles comprenant les trois rangées externes de l'hexagone du faisceau est constituée par un ruban façonné et soudé par points 13 pour créer des cellules rectilignes 14 dont chacune loge une seule aiguille 4 (représentée en traits mixtes) du faisceau. Les aiguilles traversent les cellules 14 avec un jeu limité de façon qu'après un cintrage initial pour compenser les jeux, les aiguilles soient soutenues latéralement en venant en contact avec la -structure définissant les cellules. Les aiguilles restantes du faisceau constituant un groupe interne occupent une cellule commune de la grille délimitée par la structure définissant les cellules constituées par une bande façonnée, les aiguilles n'étant pas soutenues par les grilles 7b.Ainsi, les grilles 7b ne comportant pas de structure dans la région centrale, n'entravent pas la circulation du fluide caloporteur sur le groupe interne des aiguilles de combustible, tandis que la structure formant les cellules, outre le fait de soutenir latéralement les aiguilles de combustible du groupe externe pour limiter leur cintrage, impose également une certaine limitation au débit du fluide cala- porteur sur ces aiguilles externes, en réduisant ainsi le refroidissement excessif et en favorisant le mélange des courants. Dans une variante de la grille 7b représentée en partie sur la figure 3, la colonne rigide 10, qui est orientée radialement vers un angle de la périphérie hexagonale de la grille, comprend trois cellules hexagonales 11 soudées ensemble par points le long de leurs faces, ainsi qu'à un organe 12 entourant un poteau d'angle. La structure de support d'un groupe d'aiguilles comprenant les trois rangées externes de l'hexagone du faisceau est constituée d'une série de cellules 11 analogues à celles de la colonne et -soudées ensemble par points. Chacune des cellule comporte une protubérance 15 sur deux de ses côtés pour former des-tampons avec lesquels une aiguille de combustible cintrée peut entrer en contact.Les protubérances sont disposés de façon que, lorsque l'aiguille entre en contact avec elles, l'effort ait tendance à être transmis en direction de la colonne qui, avec la structure cellulaire robuste de la grille, réduit la transmission de l'effort à la rangée interne suivante des aiguilles. Dans une seconde variante de la grille 7b représentée sur la figure 4, la colonne rigide 10 comporte également trois cellules hexagonales 11 et un organe 12 entourant un poteau d'angle, mais la structure de support des aiguilles externes comprend une double bande 16 en zigzag, chaque double bande présentant deux protubérances 17 avoisinant les aiguilles de combustible du groupe externe. Les aiguilles externes se cintrent vers l'intérieur sous l'effet de l'irradiation et après avoir compensé les jeux et rattrapé le cintrage des aiguilles de la rangée interne suivante, elles s'appuient contre ces aiguilles internes par l'intermédiaire des protubérances opposées 17. Dans une autre variante de la grille 7b représentée sur la figure 5, la structure de support des aiguilles externes compr-end des bandes rectilignes individuelles 18 qui passent entre les rangées adjacentes des aiguilles, les bandes étant destinées à être déviées vers l'intérieur par les aiguilles qui sont cintrées vers l'intérieur pour transmettre l'effort à la rangée interne suivante des aiguilles. Dans une autre forme de réalisation de la grille 7b représentée sur la figure 6, qui est cénéralement analogue à celle de la figure 5, les bandes rectilignes 18 sont brasées ou soudées avec des entretoises 19 qui sont intercalées entre les bandes voisines 18 et entre les aiguilles voisines de la même rangée périphérique. Après avoir compensé le jeu entre les aiguilles et la bande interne suivante 18, les aiguilles qui se cintrent vers l'intérieur transmettent leur force de cintrage aux aiguilles internes par l'intermédiaire des bandes 18 et des entretoises 19. La figure 7 représente un réacteur nucléaire surré-générateur à neutrons rapides refroidi par un métal liquide comportant un assemblage combustible 21 immergé dans une masse 22 de sodium liquide constituant le fluide caloporteur contenu dans une enceinte primaire 23. Cette dernière est suspendue à la voûte d'une face 24, et il est prévu plusieurs pompes 25 de circulation du fluide caloporteur et plusieurs échangeurs de chaleur 26, dont une seule pompe et un seul échangeur sont représentés. L'assemblage combustible 21 monté sur une grille 27 est logé avec les échangeurs de chaleur dans un caisson 28 du coeur, tandis que les pompes 25 qui refoulent le fluidecalo- porteur vers la grille se trouvent à l'extérieur du caisson. Le coeur ou assemblage combustible 21 se compose de plusieurs sous-assemblages selon l'invention qui s'élèvent au-dessus de la grille en étant disposés côte à côte et très rapprochés les uns des autres. Des barres de commande 29 et des instruments 0 traversent la vote de la fosse. Il va de soi que le sous-assemblage combustible décrit et représenté peut subir diverses modifications sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Sous-assemblage combustible pour un réacteur nucléaire refroidi par un métal liquide, comprenant un faisceau d'aiguilles de combustible espacées contenu dans une gaine tubulaire destinée à permettre la circulation du fluide caloporteur sur les aiguilles en relation d'échange-de chaleur avec elles, une première série de grilles en nids d'abeilles espacées longi tudinalement étant destinée à écarter les aiguilles de combustible, lesdites grilles comportant des cellules dont chacune est destinée à soutenir latéralement une aiguille du faisceau, sousassemblage caractérisé en ce qu'il comporte une seconde série de grilles (7b), qui alternent avec les grilles (7a) de la première série et qui forment des cellules dont chacune est destinée à soutenir latéralement une aiguille (4) d'un groupe périphérique d'aiguilles du faisceau, tandis que les aiguilles d'un groupe interne du faisceau occupent une cellule centrale commune et ne sont pas soutenues par les grilles de la seconde série. 2. Sous-assemblage combustible selon la revendication 1, dans lequel la gaine tubulaire et les grilles d'écartement ont une section hexagonale, caractérisé en ce que le groupe périphérique des aiguilles (4) comprend les trois rangées externes de lthexagone du faisceau et chaque grille (7b) de la seconde série est réalisée avec des colonnes rigides (lo)' qui sont orientées radialement en direction d'un angle de la grille, les colonnes étant constituées chacune de deux cellules individuelles ou davantage qui sont soudées ensemble. 3. Sous-assemblage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les colonnes rigides (10) des grilles de la seconde série comportent chacune deux cellules individuelles hexagonales (11) et un organe (1-Z) entourant un poteau d'angle, la structure de support du groupe p8riphérique des aiguilles étant réalisée avec une bande de matière (13) pour former des cellules rectilignes (14) dont chacune contient une seule aiguille. 4. Sous-assemblage combustible selon la revendication 2, caractérisé en ce que les colonnes rigides (10) des grilles de la seconde- série comprennent chacune trois cellules individuelles hexagonales (11) et un organe (12) entourant un poteau d'angle, la structure de support du groupe périphérique des aiguilles étant réalisée à partir de plusieurs cellules indi viduelles hexagonales (11), chaque cellule comportant une protubérance (15) sur chacun de deux côtés pour former des tampons destinés à entrer en contact avec une aiguille de combustible, de façon que lorsque le contact est établi, l'aiguille soit poussée par les tampons en direction d'une colonne. 5. Sous-assemblage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les colonnes rigides (10) des grilles (7b) de la seconde série comportent chacune trois cellules individuelles hexagonales (11) et un organe (12) entourant un poteau d'angle, la structure de support du groupe périphérique des aiguilles étant réalisée avec des bandes doubles (16) en zigzag, chaque bande double présentant deux tampons (17) constitués par des protubérances avoisinant des aiguilles de combustible du groupe périphérique. 6. Sous-assemblage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les colonnes rigides (10? des grilles de la seconde série comportent chacune trois cellules individuelles hexagonales (11) et un organe (12) entourant un poteau d'angle, la structure de support du groupe périphérique des aiguilles étant réalisée à partir de bandes rectilignes individuelles (18) qui passent entre les rangées adjacentes d'aiguilles. 7. Sous-assemblage selon la revendication 6, caractérisé en ce que des entretoises (19) sont intercalées entre les bandes adjacentes (18) et entre les aiguilles adjacentes (4) de la même rangée périphérique.