Brevet FR2461333A1 — publié le 19810130

La présente invention est relative à un assemblage combustible, qui contient une grappe de crayons combustibles, comprenant eux-mêmes des pas- tilles combustibles dans des tubes de gainage, et conformé en une portion inférieure destinée à être engagée dans une ouverture de la grille-support d'as- semblage (fond du coeur du réacteur),et en une pièce supérieure destinée à venir contre une grille du coeur. Une grappe de crayons combustibles est entourée d'un bottier-canal qui commande la circulation de l'eau de refroidissement. Pour une description plus détaillée d'assemblages combustibles suivant la technique anté- rieure, on se reportera notamment au brevet des Etats- Unis d'Amérique n0 3.697.375. Le but de l'invention est de réaliser un flux neutronique plus uniforme sur la section efficace d'une grappe de crayons combustibles, de manière à pouvoir obtenir une répartition de puissance meilleure et une combustion plus uniforme, ce qui permet l'em- ploi d'un combustible ayant essentiellement le même degré d'enrichissement dans tous les crayons combustibles d'une même grappe. L'invention vise aussi à réduire la quantité de matériau utilisée pour les boîtiers-canaux qỉ en- tourent chacun une grappe de crayons combustibles, ce qui réduit la quantité de matière absorbant les neutrons du coeur. L'assemblage combustible suivant l'invention peut s'utiliser dans les coeurs du réacteur existants, ce qui est particulièrement intéressant. L'invention offre en outre la possibilité de réduire le coût du combustible et facilite la gestion et la manipulation des crayons combustibles, puisqu'on ne doit utiliser qu'un seul combustible ayant un seul degré d'enrichis- sement, ou en tout cas des combustibles ayant moins de degrés d'enrichissement qu'auparavant. L'assemblage combustible le-plus courant pour les réacteurs à eau bouillante, que l'on utilise actuellement, comprend une grappe de crayons combusti- bles, constituée par 64 crayons combustibles enfermés dans un boitiercanal de section droite carrée. En raison de la résistance à l'écoulement dans le boîtier- canal, l'eau de refroidissement doit y être envoyée sous pression le long de la grappe de crayons. Il règne une surpression interne, ce qui donne lieu à une contrainte de flexion dans les faces planes des boîtierscanaux. En raison de cette contrainte de flexion à température élevée et d'un rayonnement neu- tronique simultané, il peut se produire une déformation permanente malencontreuse. Afin de pouvoir maintenir cette déformation dans des limites raisonnables, il faut utiliser une tôle métallique épaisse pour cons- tituer le boîtier-canal. Dans un boîtier-canal à 64 crayons combustibles, l'épaisseur de la tôle métalli- que est habituellement de 3 mm environ. Comme la sec- tion droite de la grappe de crayons combustibles est grande, le flux de neutrons varie, parce qu'il dépend de la teneur en vapeur d'eau de l'eau de refroidis- sement, de sorte que le flux de neutrons devient le plus faible au centre de la section droite. - Suivant l'invention, chaque assemblage com- bustible contient un certain nombre de boîtiers-canaux, habituellement quatre de section droite carrée, chacun d'entre eux entourant une grappe de crayons combusti- bles. Ces boitiers-canaux sont reliés par leur extré- mité inférieure à une portion inférieure commune et, par leur extrémité supérieure, à une pièce supérieure commune. Les boitiers-canaux peuvent être assemblés de façon amovible à la portion inférieure et à la pièce supérieure respectivement. Il est ainsi possible de réarranger les bottiers-canaux, en même temps que les grappes de crayons combustibles à l'intérieur de l'as- semblage combustible, ou de faire tourner le bottier- canal avec la grappe de crayons combustibles, tout en conservant la position de ce boîtier-canal dans l'as- semblage combustible. L'assemblage combustible peut également être constitué de manière à ce que les bot- tiers-canaux soient fixés à la portion inférieure et à la pièce supérieure respectivement, mais que les grappes de crayons combustibles puissent être retirées pour permettre un réarrangement dans l'assemblage combustible. Du point de vue de la résistance mécani- que, il peut être bon que les bottiers-canaux aient des coins ayant un grand rayon de courbure. On prévoit alors dans les coins des crayons combustibles d'un diamètre plus petit que les autres de la même grappe. Une autre possibilité d'améliorer l'effet de modération, afin d'obtenir un flux de neutrons et une puissance développée plus uniformes dans la grappe de crayons combustibles, consiste à remplacer un crayon combusti- ble de la partie interne de la grappe par un crayon tubulaire vide permettant la libre circulation de l'eau de refroidissement et de l'eau de modération. Pour em- pêcher les oscillations ou les vibrations, les bottiers- canaux de l'assemblage combustible peuvent être reliés à une membrure de connexion, en un ou en plusieurs en- droits, entre la portion inférieure et la pièce supé- rieure. L'invention sera décrite d'une façon plus détaillée ci-après avec référence aux dessins annexés. La figure 1 est une vue en coupe d'un cer- tain nombre d'assemblages combustibles montés dans un coeur de réacteur. La figure 2 est une vue de côté d'un assem- blage combustible, et la figure 3 est une vue en coupe, à plus grande échelle, d'un bo tier-canal ayant une grappe de crayons combustibles. Entre quatre barres 1 de contrôle cruci- formes est monté un groupe de quatre assemblages 2 combustibles. Chaque assemblage combustible contient quatre bottiers-canaux 2a, 2b, 2c et 2d de section droite carrée. Chaque bottier-canal contient une grappe de crayons combustibles 3. Les bottiers-ca- naux 2a, 2b, 2c et 2d de l'assemblage combustible sont réunies, en leur fond, à une portion 4 inférieure com- mune, qui est reliée à la plaque-support d'assemblage du coeur et répartit l'eau de refroidissement aux quatre bottiers-canaux de l'assemblage. A la partie supérieure, les bottiers-canaux sont reliés à une pièce 5 supérieure commune. Entre la portion 4 in- férieure et la pièce 5 supérieure, les boetiers-ca- naux 2 peuvent être reliés les uns aux autres, en un ou en plusieurs endroits, par des membrures 6 de connexion. Comme illustré à la figure 3, le bottier- canal 2 peut présenter des coins ayant un grand rayon de courbure et les quatre crayons 3a combustibles se trouvant dans les coins sont d'un diamètre plus petit que les autres crayons 3b combustibles. Un crayon combustible peut être remplacé par un tube 7 laissant libre passage. En prévoyant un assemblage combustible à quatre bottiers-canaux 2 comportant une portion 4 inférieure commune et une pièce 5 supérieure commune, il devient possible d'améliorer l'économie en com- bustible tant des réacteurs nouveaux que des réac- teurs déjà en fonctionnement. On peut employer des agencements déjà étudiés pour supporter des assembla- ges combustibles. En raison des intervalles 8 cruciformes existant entre les quatre boîtiers-canaux de l'assem- blage, on obtient de l'eau exempte de vapeur, ce qui en améliore la capacité de modération et donne donc un flux neutronique plus uniforme sur la sec- tion efficace de l'assemblage combustible, ainsi qu'une puissance développée et une combustion plus uniformes. La nécessité d'une variation de l'enri- chissement dans la grappe de crayons combustibles est réduite ou supprimée. Comme les intervalles 9 et 10 existant entre deux assemblages 2 combustibles sont plus grands que ceux 8 entre les bottiers-canaux 2a, 2b, 2c et 2d, le flux de neutrons et donc aussi la puissance développée, est un peu plus grand au voisi- nage des intervalles 9 et 10. En réarrangeant des bottiers-canaux de crayons combustibles ou en inter- changeant des grappes de crayons combustibles entre les bottiers-canaux, de la façon illustrée par les flèches 11 à la figure 1, on peut empocher une combus- tion non uniforme. Comme illustré, on échange les po- sitions des bottiers-canaux 2a et 2c, et celles des bottiers-canaux 2b et 2d. Une autre possibilité de rendre plus égal le flux neutronique, la puissance dé- veloppée et la combustion consiste à remplacer un crayon combustible par un tube vide dans lequel l'eau de refroidissement et l'eau de modération peuvent cir- culer librement. On peut placer au centre de l'assem- blage combustible une barre qui en relie et retient la portion 4 inférieure et la pièce 5 supérieure. Dans l'agencement d'assemblage combustible, dans lequel les quatre bottiers-canaux sont reliés les uns aux autres, l'assemblage combustible peut comprendre une barre 12 cruciforme d'absorption temporaire ou des plaques dis- tinctes d'absorption, avec un élément d'absorption pouvant être consommé, qui peut être enlevé après un certain temps, lors d'un échange de crayons combus- tibles ou d'une recharge en combustible. La portion in- férieure de l'assemblage combustible devrait être conformée en croix 13 de subdivision descendant dans l'ouverture à étranglement de la portion 4 inférieure et dans l'orifice du bas du coeur ou les traversant. La portion inférieure 4 est ainsi subdivisée en qua- tre canaux à étranglement, ce qui assure l'égalité et la stabilité du volume d'eau passant dans les quatre boîtiers-canaux, même si la résistance à l'é- coulement y devait être différente. En subdivisant un bottier-canal d'assem- blage combustible en quatre parties plus petites, on en augmente la surface. Toutefois, comme les di- mensions sont plus petites, les contraintes de flexion sont réduites au point que l'épaisseur des tôles mé- talliques peut être diminuée de plus de 50%. La quan- tité de matière à utiliser pour les boîtiers-canaux est donc diminuée considérablement et il en est donc de même de-l'absorption indésirable de neutrons. En même temps, on obtient un espace plus grand pour un volume d'eau exempte de vapeur et une répartition plus uniforme de cette eau. REVENDICATIONS 1) Assemblage combustible (2), comprenant une grappe de crayons (3) combustibles et conformé en une portion (4) inférieure, destinée à être engagée dans une ouverture de la grille-support d'assemblage (fond du coeur de réacteur), et en une pièce (5) supé- rieure, destinée à venir contre une grille de coeur du coeur, caractérisé en ce qu'il contient plusieurs bottiers-canaux (2a à 2d) entoura nt chacun une grappe de crayons combustibles, les bottiers-canaux étant reliés, par leur extrémité inférieure, à la portion (4) inférieure commune et par leur extrémité supérieure à la pièce(5) supérieure commune. 2) Assemblage combustible suivant la revendi- cation 1, caractérisé en ce que les boitiers-canaux (2a, 2b, 2c, 2d) sont reliées de façon amovible à la portion (4) inférieure et à la pièce (5) supérieure, de manière à pouvoir réarranger ces bottiers-canaux (2a, 2b, 2c, 2d) avec leur grappe de crayons combus- tibles ou à pouvoir, par rotation autour de leur axe longitudinal, leur donner une position nouvelle. 3) Assemblage combustible suivant la revendi- cation 1 ou 2, caractérisé en ce que la grappe de crayons combustibles d'un bottier-canal (2a, 2b, 2c, 2d) est agencée sous la forme d'un ensemble pouvant être retiré librement, que l'on peut remplacer ou disposer en un nouvel endroit dans les bottiers-canaux (2a, 2b, 2c, 2d) de l'assemblage (2) combustible. 4) Assemblage combustible suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les boitiers-canaux (2a, 2b, 2c, 2d), habituelle- ment au nombre de quatre, ont une section droite carrée à coins arrondis, et les crayons (3a) combusti- bles prévus aux coins de ces bottiers-canaux ont un diamètre plus petit que les autres crayons (3b) com- bustibles. ) Assemblage combustible suivant la reven- dication 4, caractérisé en ce que, parmiles cra- yons combustibles (3a,-3b), on prévoit un tube (7) de gainage vide permettant une libre circulation de l'eau de refroidissement et de l'eau de modéra- tion. 6) Assemblage combustible suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, entre les bottiers-canaux (2a, 2b, 2c, 2d) de l'assemblage, il y a des membrures (6) de connexion qui maintiennent les bottiers-canaux et empêchent les oscillations. 7) Assemblage combustible suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, dans l'espace compris entre les quatre boîtiers- canaux (2a, 2b, 2c, 2d) d'un assemblage (2) combus- tible, il y a une barre d'absorption amovible ayant un élément d'absorption pouvant être consommée. 8) Assemblage combustible suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la portion (4) inférieure comprend une croix (13), qui subdivise la portion inférieure en quatre canaux parallèles.