Brevet FR2402923A1 — publié le 19790406

La présente invention concerne les assemblages pour réacteur nucléaire, notamment pour réacteurs du genre à neutrons rapides et è refroidissement par circulation d'un métal liquide tel que du sodium On sait que dans un réacteur nucleaire de ce genre, le coeur est habituellement supporté par un sommier rigide, luimême en appui contre le fond ou la vircle d'une cuve, dite cuve principale, qui contient le coeur ainsi qu'un volume convenable de sodium liquide de refroidissement.Cette cuve principale peut contenir également, dans la solution classique dite intégrée, une cuve interne entourant le coeur et a l'exterieur de celle-ci des échangeurs de chaleur et des pompes, permettant de mettre le sodium primaire en circulation continue a travers le coeur où il acquiert les calories dégagées par la réaction de fission avant de les restituer dans les échangeurs, à un fluide secondaire également constitué par du sodium, puis d'être repris a la sortie de ces échangeurs par les pompes de circulation pour être renvoyé sous le sommier en vue d'un nouveau passage dans le coeur. La partie active de celui-ci est constituée par le groupement côte à côte d'assemblages, disposés verticalement, comprenant chacun un boîtier allongé, ouvert son extrémité supérieure, contenant un faisceau d'aiguilles de combustible gaînées, ces boîtiers présentant à leur extrémité inférieure un pied de positionnement engagé dans un alvéole d'une grille appartenant au sommier de support. Le sodium liquide pénetre dans les boîtiers des assemblages par des ouvertures prévues dans les pieds de positionnement et s'écoule de bas en haut à travers ces boîtiers. Dans une disposition également connue, le coeur d'un tel réacteur à neutrons rapides comporte une zone centrale où le combustible nucléaire à 11 intérieur des aiguilles des assemblages, est constitué par de la matière fissile, cette zone centrale étant totalement entourée, latéralement et par le dessus et le dessous, par des "couvertures" de matière fertile.De préférence, la couverture latérale est formée par des assemblages semblables à ceux de la zone centrale, mais dans lesquels les aiguilles ne contiennent que de la matière fertile, tandis que les couvertures supérieure et inférieure sont constituées par la mise en place, dans les faisceaux des aiguilles de la zone centrale, d'une hauteur suffisante de matière fertile, au-dessus et au-dessous de la matière fissile elle--meme. Avantageusement, la zone fissile centrale comporte également des régions contenant localement du matériau fertile, cette disposition permettant d'améliorer le gain de régénération interne du coeur et de ré- duire le temps de doublement du réacteur.Enfin, la zone fissile centrale et la zone fertile qui l'entoure sont elles-memes entourées par des structures dites de protection neutronique, se présentant soit sous la forme d'assemblages dépourvus de matériau nucléaire et généralement réalisés en acier, ces assemblages étant disposés à la périphérie du coeur pour réaliser la protection latérale, soit par des blocs également en acier, prévus aux extrémités des assemblages fissile et fertile, ces protections neutroniques ayant pour rôle de limiter l'activation du sodium secondaire qui traverse les échangeurs de chaleur et de diminuer les dommages sur les divers composants primaires, notamment sur les cuves du réacteur, en confinant les neutrons dans la région centrale du coeur fissile ou fertile. En d'autres termes, un assemblage combustible du coeur, notamment dans la région médiane de celui-ci, comporte à partir de sa région centrale et s'étendant vers le haut, une partie fissile, une partie fertile et enfin vers l'extrémité supérieure de l'assemblage, une partie de protection neutronique. Dans les solutions déjà connues mises en oeuvre dans les réacteurs actuellement en fonctionnement, le boîtier de chaque assemblage de ce genre comprend, en partie haute, l'assemblage étant vertical, une pièce en forme de manchon, faisant partie intégrante et prolongeant la paroi relativement mince du boîtier dans sa région qui entoure le faisceau des aiguilles combustibles, ce manchon présentant notamment une épaisseur plus importante avec axialement un passage pour le débit du sodium de refroidissement circulant dans le boîtier du bas vers le haut.A son extrémité supérieure. le manchon comporte une tète munie intérieurement d'une gorge circulaire pour la préhension du boîtier par un outil approprié lors des manipulations de l'assemblage et dans sa surface externe, une paroi relativement rugueuse avec des trous de passage autorisant, par convection naturelle, la circulation du sodium pour le refroidissement de cette tête en cas d'arrêt accidentel des pompes par exemple. Or, on sait que de tels assemblages nécessitent un renouvellement dans le coeur, s'effectuant à chaque campagne de chargement de ce dernier, selon l'irradiation subie, Notamment chaque assemblage usé doit être retiré du coeur pour être renvoyé dans une installation dite de-retraitement où le boîtier est séparé du faisceau des aiguilles, ces dernières étant à leur tour ouvertes, notamment pour récupérer le matériau fissile cru'elles contiennent. De ce fait, la partie supérieure de protection neutronique du boîtier est à chaque fois perdue, alors qu'elle pourrait être parfaitemenl réutilisée pour un nouveau temps de séjour à l'intérieur du coeur, le manchon en acier pouvant sans modifications notables, continuer à jouer convenablement le rôle qui lui est dévolu. La présente invention concerne un perfectionnement aux assemblages pour réacteur nucléaire du genre ci-dessus, qui pallie cet inconvénient en permettant en particulier une substitution et une réutilisation aisées de la partie supérieure de l'assemblage constituant la protection neutronique supérieure. A cet effet, l'assemblage considéré, comportant un boîtier parallélépipédique ouvert et allongé, à axe vertical, contenant un faisceau d'aiguilles combustibles parallèles et à son extrémité supérieure un manchon- prolongeant le boîtier, ce manchon présentant vers l'intérieur une épaisseur plus importante que celle du boîtier pour assurer la protection neutronique supérieure de l'assemblage, se caractérise en ce que le manchon est relié à l'extrémité du boîtier par un dispositif de liaison déconnectable, permettant leur séparation. Avantageusement, le dispositif de liaison est conçu de telle sorte que, en cas de grippage, on puisse encore effectuer le démontage du manchon par rapport au boîtier, en détériorant si nécessaire la partie supérieure de ce dernier, sans en revanche abimer le manchon lui-même qui peut, dans ces conditions, être à nouveau réutilisé. De préférence, le démontage du manchon d'avec le boîtier est réalisé dans une cellule "chaude", extérieure au réacteur. Selon une première variante de réalisation, le dis positif de liaison déconnectable entre le manchon et le boîtier comporte un système de verrouillage du genre à baionnette. Selon une autre réalisation, le dispositif de liaison comporte un système d'emboîtement du manchon dans le boîtier par dents en saillie pénétrant dans des creux de même profil et immobilisation extérieure de l'ensemble par une frette annulaire, engagée dans une gorge commune. Dans une autre variante enfin, le dispositif de liaison est constitué par des broches transversales, réunissant le manchon et le boîtier. D'autres caractéristiques d'un assemblage pour réacteur nucléaire selon l'invention apparaîtront également à travers la description qui suit de plusieurs exemples de réali station, donnés àtitre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la Fig.I est une vue schématique extérieure d'un assemblage combustible pour réacteur nucléaire selon l'in- Invention - la Fig. 2 est une vue de détail à plus grande échelle du manchon et de la partie supérieure du boîtier d'assemblage selon la Fig. 1, correspondant à une première variante de réalisation d'un dispositif de liaison déconnectable en ces deux parties - la Fig. 3 est une vue en coupe à plus grande échelle selon la ligne III-III de ia Fig. 2 - les Fig. 4 et 5 illustrent deux variantes de réalisation du dispositif de liaison. Comme on le voit sur les Fig. l et 2, l'assemblage combustible selon l'invention, désigné dans son ensemble par la référence 1, comporte principalement un boîtier 2 présentant en section droite la forme d'un hexagone, ce boîtier allongé à paroi mince étant prolongé à son extrémité inférieure par un pied 2a permettant son positionnement dans un sommier de support (non représenté) et comprenant à son extrémité supérieure un manchon 3 de protection neutronique, réuni au boîtier par un système de liaison déconnectable schématiquement désigne sous la référence 4. Comme on le voit plus en détail sur la vue en coupe de la Fig. 2, le manchon 3 présente à son extrémité supérieure une gorge interne circulaire 5 permettant, de façon connue, la manipulation du boîtier par un outil ou pince (non représentE), et comporte, au voisinage de cette gorge, des trous transversaux 6 permettant la circulation du sodium de refroidissement traversant axialement le boîtier et le manchon pour en assurer le refroidissement par convection naturelle, en cas notamment d'arrêt des pompes.La surface externe de la partie supérieure du manchon 3 comporte une partie rugueuse 7 permettant, comme décrit et revendiqué dans la demande de brevet nu 75 10394 du 3 avril 1975 pour "Assemblage de réacteur nucléaire" au nom du Commissariat à l'Energie Atomique, de faciliter la détection par ultra-sons, de la position de chaque boîtier à llinterieur du coeur. Le manchon 3 comporte sur la majeure partie de sa hauteur un corps 8 d'épaisseur notablement supérieure à celle du boîtier 2 dans la région de celui-ci qui entoure les aiguilles combustibles 9 schématiquement représentées sur la Fig. 2.Le corps 8 délimite axialement un passage 10 pour le sodium de refroidissement et se termine à son extrémité inférieure par un prolongement cylindrique 11 engagé dans un logement 12 de même profil prévu dans un embout 13 formant la partie superieure du boîtier 2, de manière à autoriser leur emboîtement mutuel, le manchon assurant extérieurement la continuité du boîtier. La liaison entre le manchon 3 et le boîtier 2 est réalisée dans l'exemple de réalisation considéré, au moyen de broches transversales 14, avantageusement au nombre de deux, comme illustré plus spécialement sur la vue en coupe de la Fig. 3, permettant un démontage aisé de l'assemblage. Dans une-variante de réalisation illustrée sur la Fig. 4, la liaison entre le manchon 3 et le boîtier 2 par les pièces 11 et 13 est réalisée par un système a balonnette dont les dents et les creux, respectivement 15 et 16, prévus sur l'une et l'autre de ces deux pièces, sont représentés sur le dessin, les dents 15 après coulissement dans les creux 16 étant immobilisées dans une gorge 17 par rotation relative du manchon 3, le biocage final pouvant être assuré par une vis latérale 18.Enfin, dans une autre variante illustrée sur la Fig. 5, la liaison entre le manchon 3 et le boîtier 2 s'effectue en prévoyant sur l'un et sur l'autre de ces deux éléments dans leurs parties coopérant l'une avec l'autre, des dents en saillies 19 et des logements en creux 20 de même profil, engagés mutuellement ensemble, les deux parties étant maintenues en position par une frette annulaire extérieure 21 montée dans une gorge transversale commune 22. En fonctionnement de l'assemblage dans le coeur, le manchon est solidaire de la partie supérieure du boîtier et assure la protection neutronique Lorsque l'assemblage doit être retiré du coeur, notamment pour être envoyé à une installation de retraitement, les dispositions de l'invention permettent alors, dans une cellule chaude (non représentée) extérieure au réacteur, de séparer ce manchon du boîtier lui-même, ce dernier étant définitivement démantelé pour la récupération des aiguilles tandis que le manchon peut être récupéré et monté sur un assemblage neuf pour un nouveau séjour dans le coeur. Une telle conception d'assemblage de réacteur nucléaire présente de nombreux avantages parmi lesquels il convient de souligner une diminution du poids des déchets irradiés à stocker apres retraitement, une réduction de la longueur de l'assemblage démonté et par conséquent une diminution de la hauteur des châteaux ou enceintes de transport de ces assemblages et enfin une possibilité de réutilisation du manchon supérieur, entraînant une économie sur le prix de revient des assemblages et sur le coùt de chaque campagne de rechargement. En outre, le profil particulier choisi pour la surface interne de l'embout 13, tel que representé sur la Fig. 2, présente l'avantage d'offrir, à l'aide des doigts dtune pince classique de préhension, une grande facilité de manutention pour transporter un assemblage, après démontage de son manchon de la cellule chaude à l'installation de retraitement ou pour transporter un assemblage neuf dans la cellule chaude où un manchon est monté sur cet assemblage avant son chargement dans le coeur du réacteur. REVENDICATI26S 1. Assemblage pour reacteur nucléaire, comportant un boîtier parallélépipédique-ouvert et allongé, à axe vertical, contenant un faisceau d'aiguilles combustibles parallèles et à son extrémité supérieure un manchon prolongeant le boîtier, ce manchon présentant vers l'intérieur une épaisseur plus importante que celle du boîtier pour assurer la protection neutronique supérieure de l'assemblage, caractérisé en ce que le manchon est relié à l'extrémité du boîtier par un dispositif de liaison déconnecta ble, permettant leur séparation 2. Assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de liaison est constitué par au moins deux broches transversales, réunissant le manchon et le boîtier. 3. Assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de liaison comporte un système d'emboite- ment du manchon dans le boîtier par dents en saillie pénétrant dans des creux de même profil et immobilisation extérieure de l'ensemble par une frette annulaire engagée dans une gorge commune. 4. Assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de liaison déconnectableentre le manchon et le boitier comporte un système de verrouillage du genre à baîonnette.