Brevet FR2472247A1 — publié le 19810626

La présente invention concerne un crayon de matériau consomma- ble destiné au pilotage d'un réacteur nucléaire, et s'applique plus par- ticulièrement, àtitre d'exemple, aux crayons dits "de poison consomma- ble". De façon courante le combustible disposé dans le coeur d'un réacteur nucléaire est contenu dans des gaines allongées habituellement appelées "crayons", eux-memes regroupés parallèlement en des assemblages manipulés en bloc pendant les opérations de chargement ou de déchargement du coeur. Dans ces assemblages, o les crayons sont maintenus par des grilles entretoises, des emplacements vides sont réservés pour recevoir des organes de même forme générale que les crayons combustibles, mais qui peuvent être introduits à la demande dans les assemblages et parmi les crayons combustibles selon les nécessités de la conduite du réacteur. Il s'agit là par exemple de sources neutroniques utilisées au démarrage pour amorcer les réactions nucléaires, ou encore de produits absorbants qui, disposés sélectivement en certains emplacements du coeur, permettent de réduire la réactivité initiale et facilitent le pilotage. Le produit absorbant est le plus souvent du bore dont l'un des isotopes, irradié par des neutrons, se transforme en lithium avec dégage- ment gazeux d'hélium, si bien que la capacité d'absorption diminue progres- sivement. Dans les crayons connus le poison consommable se présente géné- ralement sous forme d'éléments tubulaires en verre boraté, empilés entre une gaine extérieure et un tube interne, réalisés l'un et l'autre en acier inoxydable ou en alliage de zirconium. Les éléments empilés ne remplissent d'ailleurs qu'une partie du volume interne de la gaine, de façon à réser- ver une chambre d'expansion pour les gaz dégagés pendant la réaction. Dans ces crayons de type connu les éléments empilés sont maintenus en position dans la gaine, soit à la partie inférieure en butée sur le bouchon infé- rieur, soit à la partie supérieure en butée sur le bouchon sup&ieur avec ou sans interposition d'une entretoise, au moyen de ressorts à boudin. Mais l'utilisation de ressorts pose des problèmes importants. Lors du montage en fabrication par exemple du ou des tubes de verre bora- té, certains de ceux-ci peuvent se briser, par exemple si l'effort de pression exercé par le ressort est trop important. De même si le tarage du ressort est insuffisant les éléments empilés ne sont pas suffisamment tenus, ce qui présente des risques lors des opérations de manipulation ou en cours de fonctionnement dans le coeur. Enfin, il est difficile d'obte- nir des ressorts satisfaisant aux exigences de comportement sous irradia- tion, et en particulier résistant aux phénomènes de relaxation dans ces - conditions de fonctionnement. L'invention permet d'éviter les inconvénients dus à ltutilisa- tion de ressorts, et permet en outre de mieux adapter la répartition du produit consommable dans le crayon aux nécessités de son action. LMinvention s'applique donc à un crayon de matériau consommable pour le pilotage d'un réacteur nucléaire, constitué par une gaine exté- rieure fermée par un bouchon à chacune de ses deux extrémités, et compor- tant un tube axial interne formant un espace annulaire dans lequel sont disposés les matériaux consommables sous forme de tubes ou de pastilles annulaires; selon l'invention, sur au moins une partie de la longueur du crayon, le matériau consommable est maintenu en place axialement par au moins une butée constituée par une déformation des parois de l'espace an- nulaire,conduisant à une réduction locale de la section de celui-ci. L'invention sera mieux comprise. en se référant à des modes de réalisation particuliers donnés à titre d'exemples et représentés par les dessins annexés. Les figures 1 et 2 montrent, dans un premier mode de réalisation, deux crayons réalisés selon l'invention, respectivement avec le matériau consommable dispac en bout ou dans une partie plus centrale du crayon. Les figures 3 et 4 montrent, dans les mêmes conditions, une va- riante de réalisation. On verra sur les figures 1 et 2 que le crayon est constitué de façon usuelle par une gaine extérieure 1 en acier inoxydable ou en alliage de zirconium, avec un tube entretoise intérieur central 2, également en acier inoxydable ou en alliage de zirconium. Le matériau absorbant consom- mable 3 du type verre boraté ou tout autre matériau susceptible de jouer le même rôle, est disposé dans l'espace annulaire entre les tubes 1 et 2, sous forme d'un tube continu extrudé ou usiné, ou sous forme d'un empile- ment de pastilles annnulaires. Dans la disposition selon la figure 1, le produit 3 est bloqué en translation axiale entre un épaulement 5 du bouchon inférieur 6, et une déformation 7 obtenue par expansion locale du tube interne 2. Sur la figu- re 2 le matériau est bloqué entre deux déformations 8 et 9 du tube 2. Bien entendu ces déformations 7, 8 ou 9, ainsi que la mise en place des bouchons d'extrémité 6 et 10, sont réalisés avant ou après la mise en place du matériau 3, selon le processus utilisé pour le garnissage du crayon. 3 On pourra tout d'abord noter que l'on a ainsi réalisé l'immo- bilisation du matériau 3 dans le crayon sans utiliser de ressorts dont la tenue en service sous irradiation est souvent mal connue. On notera en outre que, dans le cas de la figure 2, on est de- venu mattre de la position axiale du matériau 3 sur la hauteur de crayon, sans encombrer et donc sans limiter par des volumes morts les espaces constituant la ou les chambres d'expansion des gaz dégagés. On pourrait d'ailleurs aussi prévoir, dans la partie basse du tube 2, quelques ori- fices 12 permettant un équilibrage entre les chambres d'expansion 13 et 14 de part et d'autre du matériau 3, par l'intermédiaire du tube interne 2. Le choix de la position axiale du matériau peut être utile pour mieux moduler son action absorbante, et l'on pourrait aussi concevoir de fractionner la masse de ce matériau entre plusieurs zones séparées par des déformations analogues du tube 3, et par des chambres d'expansion in- termédiaires, celles-ci pouvant alors encore être mises en équilibre par quelques orifices dans la paroi du tube 2. On retrouvera sur les figures 3 et 4 une disposition tout-à-fait analogue respectivement aux figures 1 et 2, mais ici le blocage axial du matériau 3 est obtenu pr des déformations locales 15 de la gaine extérieu- re 1, obtenues par exemple par pincement ou par roulage de celle-ci. Bien entendu l'invention n'est pas strictement limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits à titre d'exemples, mais elle couvre également les réalisations qui n'en différeraient que par des détails, par des variantes d'exécution, ou par l'utilisation de moyens équivalents. On pourrait ainsi facilement concevoir que le blocage axial du matériau 3 soit obtenu à la fois par une déformation locale d'expansion du tube intérieur 2 comme sur les figures 1 et 2, et par une déformation de pincement de la gaine extérieure 1 comme sur les figures 3 et 4. L'invention s'appliquerait également de la même façon pour cer- tains types de crayon dans lesquels on a prévu un passage libre par le tube intérieur 2, ceci étant obtenu de façon courante en prévoyant également des canaux axiaux correspondants dans les deux bouchons d'extrémité. 4 2472247 Enfin l'invention n'est pas limitée aux crayons destinés à re- cevoir des matériaux constituant un poison consommable, mais elle s'ap- pliquerait aussi de la même façon pour des crayons destinés à recevoir des sources neutroniques primaires ou secondaires telles qu'on les utili- se lors du démarrage d'un réacteur. 2472247 REVENDICATIONS 1.- Crayon de matériau consommable pour le pilotage dtun réac- teur nucléaire, constitué par une gaine tubulaire externe fermée par un bouchon à chacune de ses deux extrémités, et comportant un tube axial in- terne formant un espace annulaire dans lequel sont disposés les matériaux consommables sous forme de tubes ou de pastilles annulaires, caractérisé par le fait que sur au moins une partie de la longueur du crayon, le matériau consommable est maintenu en place axialement par au moins une butée constituée par une déformation des parois de l'espace an- nulaire, conduisant à une réduction locale de la section de celui-ci. 2.- Crayon selon revendication 1, caractérisé par le fait que la réduction locale de l'espace annulaire est obtenue par expansion locale du tube intérieur. 3.- Crayon selon revendication 1, caractérisé par le fait que la réduction locale de l'espace annulaire est obtenue par écrasement local de la gaine extérieure. 4.- Crayon selon revendication 1, caractérisé par le fait que la réduction locale de la section de l'espace annulaire est obtenue à la fois par expansion locale du tube intérieur et par écrasement local de la gaine extérieure.