Brevet FR2477754A1 — publié le 19810911

Elément combustible pour réacteur nucléaire, en particulier pour réacteur surrégénérateur ou convertisseur. La présente invention concerne un élément combustible pour réacteur nucléaire, comportant plusieurs barreaux combustibles allongés, parallèles les uns aux autres et de section circulaire, qui s'appuient les uns sur les autres par l'intermédiaire de bandes d'écartement, lesquelles dépassent de la section et s'étendent en forme d'hélice le long desdits barreaux, qui sont réunis par une enveloppe ou gaine extérieure. Un élément combustible du type précédemment décrit est représenté dans le livre "Kerntechnik" (Technique nucléaire), B.G. TEUBNER VERLAGSGESELLSCEAFT, Stuttgart, 1958, page 146, figure 146.2,a. Dans ce cas, l'enveloppe ou gaine extérieure est apparemment un corps très rigide et donc massif, car il est adapté au contour des barreaux cosbustibles qu'il entoure, meme lorsqu'vil s'agit de pièces cintrées concaves. La présente invention a par contre pour objet de mettre au point une structure légère, c'est-à-dire ne comportant que peu de matériaux, mais qui soit néanmoins stable, pour un élément combustible tel que l'on en utilise notamment pour les réacteurs surrégénérateurs ou les réacteurs convertisseurs. I1 est alors souhaitable de réduire l'espacement des barreaux combustibles à une valeur si faible que le mode d'écartement utilisé jusqu'ici pour ces barreaux, à savoir l'emploi de pièces d'écartement, devienne difficilement applicable, d'autant plus qu'il faut maintenir avec une grande précision ce faible espacement. La présente invention permet de resoudre le problème posé par le fait que, dans un élément combustible du type mentionné au début de la présente demande de brevet, l'enveloppe ou gaine comprend plusieurs bandes, dont chacune ne s'étend que sur une petite fraction de la longueur du barreau et qui sont reliées entre elles à l'aide d'au moins une barre d'ossature qui occupe la place d'un barreau combustible. Dans le nouvel élément combustible selon la présente invention, les barreaux s'appuient directement les uns sur les autres et ceci dans une zone bien définie, qui est déter minée par les bandes. I1 suffit que les dimensions du système de support et de la gaine ou enveloppe soient telles que, compte tenu de la déformation possible des barreaux combustibles, les tolérances admissibles ne soient pas dépassées. I1 suffit donc, par exemple, de ne prévoir qu'environ 14 points d'appui le long d'un élément combustible d'environ 2 m de longueur. On fait ainsi des économies notables de matériaux, qui ont une influence favorable sur l'économine neutronique. I1 faut se rappeler que les caissons ou étuis d'élément combustible, que l'on utilise autrement comme enveloppe et qui sont conçus comme un ensemble fermé qui s'étend sur toute la longueur de l'assemblage, doivent être dimensionnés pour la pression différentielle entre l'intérieur et l'extérieur, et donc au moins entre l'entrée et la sortie du fluide réfrigérant. Ceci fait que l'on obtient des épaisseurs de paroi telles que l'espacement des éléments combustibles atteint des valeurs excessives. Avec la présente invention, il est en outre possible d'obtenir un meilleur équilibrage des températures du fluide réfrigérant sur la section du coeur,ainsi que cela peut être souhaitable avec des coeurs hétérogènes contenant des éléments de matière fertile particuliers. L'utilisation de la présente invention peut être envisagée pour des éléments combustibles de différentes sections. Cependant, avec un élément combustible de section polygonale, de préférence hexagonale, il est avantageux que chaque angle soit occupé par une barre d'ossature qui relie, à la manière d'une charnière, des éléments individuels sensiblement plans pour former une bande qui entoure lue pourtour de l'élément combustible. Ceci permet une fabrication et un montage simples. Mais ce mode de construction offre aussi des possibilités de réparation ultérieures, par lesquelles la gaine ou enveloppe de l'élément combustible peut être retirée sans destruction des matériaux. Les éléments d'une bande peuvent avantageusement être tous identiques. En outre, il est avantageux que ces éléments présentent des bossages ou proéminences de support en saillie dans la section de ltélément combustible. Ceci permet d'obtenir un espacement particulièrement précis des barreaux combustibles à immobiliser. La barre d'ossature peut présenter une section uniforme, notamment circulaire, sur toute la longueur de l'élément combustible. Mais elle peut aussi porter des proéminences destinées à bloquer la position des bandes, ce qui permet d'éviter une jonction métallurgique. Vues sur la longueur de l'élément combustible, les bandes peuvent aussi être écartées les unes des autres par des tubes qui sont glissés par-dessus les barres d'ossature et qu'il faut fixer aux extrémités par des assemblages vissés. Parmi les proéminences précédemment mentionnées, il y a lieu de compter aussi les cames d'écartement, que porte la barre d'ossature et qui font saillie au-delà de la section de l'assemblage combustible, ces cames d'écartement permettant à des éléments combustibles voisins de s'appuyer les uns sur les autres. Il est particulièremant avantageux que les bandes soient réalisées avec une tôle d'une épaisseur identique à celle de la bande d'écartement, ceci au moins dans la zone de la barre d'ossature. Cette dernière fait alors office de bande d'écartement sur tout son pourtour. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée d'un mode de réalisation pris comme exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel la figure 1 est une vue latérale, partiellement en coupe, d'un élément combustible destiné à un réacteur surconvertisseur refroidi à l'eau légère; les figures 2 et 3 sont des vues en perspective et partielles de la bande prévue par la présente invention, et la figure 4 est une vue d'une section constituée par trois éléments combustibles adjacents, avec leur système de support mutuel. L'élément combustible 1 comprend un bloc de montage inférieur 2 et un bloc de montage supérieur 3, dans lequel les 217 barreaux combustibles, identiques 4 sont insérés de façon à constituer un élément combustible de section hexagonale et symétrique. Ainsi que le montre la figure 4, les barreaux combustibles 4 ont une section circulaire, leur diamètre étant, par exemple, de 9,5 mm. Ils portent, uniformément réparties sur leur pourtour, des bandes d'écartement 6, de 1 mm de large et de 0,5 mm de haut. Ces bandes d'écartement 6, qui peuvent être réalisées d'un seul tenant avec le tube de gainage des barreaux combustibles 4, tube qui n'est pas représente, -mais qui peuvent aussi y être fixées par brasage ou soudage, s'étendent en forme d'hélice sur toute la longueur desdits barreaux.Le pas d'hélice peut, par exemple, être égal à 1/3 de la longueur du barreau. On est ainsi assuré que, lorsque les barreaux combustibles 4 sont correctement alignés, les hélices occupent toujours la même position les unes par rapport aux autres, dans la zone des bandes 8, à l'aide desquelles les barreaux 4 sont assemblés par serrage, ces bandes constituant une enveloppe. Les bandes 8 comprennent des plaques de tôle d'acier 10, sensiblement planes, qui présentent, auxextrémités, des proéminences formant charnière 11 et 12. Les plaques supérieures 10 présentent des saillants obtenus par pression, qui constituent des proéminences ou bossages de support 14 et fournissent une surface d'appui pour les bandes d'écartement 6 des barreaux combustibles 4 extérieurs (voir figure 4). Les angles de la section hexagonale sont occupés par des barres d'ossature 16, qui traversent l'assemblage combustible 1 sur toute sa longueur en prenant la place d'un barreau combustible. Les barres d'ossature 16 peuvent, par exemple, etre en acier et massives. Elles font office d'axes d'articulation pour les plaques qui sont reliées entre elles à la manière de charnières, et l'épaisseur de 0,5 mm des plaques 10 correspond à la hauteur des bandes d'écartement 6. Les barres d'ossature 16 portent, en outre, des cames d'écartement 18, par l'intermédiaire desquelles, ainsi que l'indique la figure 4, des éléments combustibles 1 voisins peuvent s'appuyer les uns sur les autres, de sorte qu'une distance bien définie est à nouveau établie entre les barreaux 4 des éléments combustibles 1 voisins. Les cames ou proéminences d'écartement 18 peuvent etre biseautées pour faciliter l'insertion des éléments combustibles 1 individuels dans l'assemblage du coeur et leur retrait hors de celui-ci, les éléments combustibles 1 glissant les uns sur les autres pendant ces opérations. On constate sur la figure 1 que les barres d'ossature 16 sont vissées dans le bloc de montage inférieur 2 à l'aide d'une goupille filetée 20. A l'autre extrémité, eles sont vissées sur le bloc de montage supérieur 3 à l'aide d'écrous 21 montés sur des goupilles filetées 22. Des tubes d'écartement 23, dont le diamètre, qui est de 0,5 mm, est identique à la hauteur des bandes d'écartement 6, sont situés entre les deux. REVENDICATIONS 1. Elément combustible pour réacteur nucléaire, comportant plusieurs barreaux combustibles allongés, parallèles les uns aux autres et de section circulaire, qui s'appuient les uns sur les autres par l'intermédiaire de bandes d'écartement, lesquelles dépassent de la section et s'étendent en forme d'hélice le long desdits barreaux, qui sont réunis par une enveloppe ou gaine extérieure, caractérisé en ce que l'enveloppe ou gaine comprend plusieurs bandes (8) dont chacune ne s'étend que sur une petite fraction de la longueur du barreau et qui sont reliées entre elles à l'aide d'au moins une barre d'ossature (16) qui occupe la place d'un barreau combustible (4). 2. Eli5rment combustible selon la revendication 1, de section polygonale, de préférence hexagonale, caractérisé en ce que chaque angle est occupé par une barre d'ossature (16) qui relie, à la manière d'une charnière, des éléments individuels (10) sensiblement plans pour former une bande (8) qui entoure le pourtour de l'élément combustible. 3. Elément combustible selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments (10) d'une bande (8) sont tous identiques. 4. Elément combustible selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les éléments (10) présentent des bossages ou proéminences de support (14) en saillie dans la section de l'élément combustible. 5. Elément combustible selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la barre d'ossature (16) porte des proéminences ou cames d'écartement (18), qui font saillie au-delà de la section de l'élément combustible. 6. Elément combustible selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les bandes (8) sont réalisées avec une tôle d'une épaisseur identique à celle de la bande d'écartement (6), ceci au moins dans la zone de la barre d'ossature (16).