Brevet FR2486294A1 — publié le 19820108

La présente invention concerne des sous-assemblages combustibles destinés à des réacteurs nucléaires. Un assemblage combustible pour un réacteur nucléaire peut comporter plusieurs sous-assemblages facilement rempla çables et disposés verticalement en un réseau dans lequel ils sont placés côte à côte. Un exemple d'un sousassemblage combustible nucléaire à utiliser dans un réacteur nucléaire surrégénérateur à neutrons rapides refroidi par un métal liquide est décrit dans le brevet GB-A-2 011 150 et comporte une partie centrale de combustible prolongée aux deux extrémites par une partie de positionnement et une partie de protection contre les neutronsrespectivement. La partie de combustible comprend un faisceau de longues aiguilles de combustible espacées dans une enveloppe tubulaire par une série de grilles cellulaires d'écartement. Chaque grille comporte plusieurs bandes façonnées pour former un complexe de cellules individuelles de configuration hexagonale dans un réseau en nids d' abeilles et chaque cellule est constituée par une bande individuelle de matière. Les cellules sont de construction ajourée, chacun des trois côtés alternés de la cellule présentant une fenêtre ou ouverture, les côtés restants étant continus ou pleins. Chaque côté plein présente un bossage pour constituer un tampon de guidage d'une aiguille de combustible. Les fenêtres diminuent la rigidité de la région comprise entre les extrémités des cellules, en conférant ainsi à la grille une certaine souplesse de manière que, tout en pouvant écarter les aiguilles pendant le fonctionnement du réacteur, elle permette au faisceau d'aiguilles d'être extrait par une force relativement faible, en diminuant ainsi les dommages causés aux aiguilles qui ont été fragilisées par les radiations. Le sous-assemblage combustible décrit a l'avantage de pouvoir être dénudé en coupant l'enveloppe pour séparer les parties extrêmes de la partie de combustible et en enlevant ensemble les aiguilles de combustible de l'enveloppe et de la grille combinées, ce qui facilite grandement le retraitement.Toutefois, il s'est avéré qu'en raison du gonflement du à llirradiation de la région centrale des aiguilles, l'effort nécessaire pour extraire lesdites aiguilles ensemble peut s'navrer trop grand pour permettre d'effectuer entièrement l'extraction sans dommage. La présente invention a pour objet un sous-assemblage combustible pour réacteur nucléaire à partir duquel le faisceau des aiguilles, dont certaines ont été gonflées par irradiation, peut être extrait avec au moins un risque atténué d'endommagement. Selon la présente invention, dans un sous-assemblage combustible pour réacteur nucléaire comprenant plusieurs minces aiguilles de combustible logées dans une enveloppe tubulaire avec une série de grilles cellulaires espacées longitudinalement pour écarter lesdites aiguilles les unes des autres, chaque aiguille étant en contact glissant avec une cellule individuelle de chaque grille, les cellules de plusieurs grilles disposées à une région extrême de la série sont de construction plus faible et par conséquent sont plus sujettes à une déformation que les cellules de la partie restante des grilles.Les cellules qui sont plus sujettes à une déformation confèrent aux grilles de ladite région extrême de la série une plus grande souplesse, de sorte que, après l'irradiation, le sous-assemblage peut être désassemblé en extrayant le faisceau des aiguilles de combustible à partir de l'extrémité de l'enveloppe qui contient les grilles les plus souples. Au cours de l'extraction, lorsque les régions centrales gonflées des aiguilles passent successivement à travers les grilles de plus grande souplesse, l'effort nécessaire pour les extraire est progressivement réduit. L'invention concerne également un sous-assemblage combustible nucléaire comprenant une partie ou région centrale du combustible prolongée aux extrémités opposées par une partie ou région de positionnement et une partie ou région de protection contre les neutronstet dans lequel la partie centrale du combustible comprend plusieurs longues aiguilles de combustible espacées dans une enveloppe tubulaire par une série de grilles d'écartement espacées longitudinalement, chaque aiguille comprenant plusieurs bandes façonnées pour former un complexe de cellules individuelles de configuration hexagonale en un réseau en nids d'abeilles,chaque cellule étant cons tituée par une bande de matière individuelle et présentant trois fenêtres ou ouvertures équidistantes et trois bossages dont chacun est forme entre chaque paire de fenetres adjacentes pour constituer des tampons de guidage d'une aiguille de combustible, et dans lequel plusieurs des grilles/ situées dans la région extrême de la série qui se trouve à proximité de la partie de positionnement, comportent des cellules qui sont plus déformables que celles de la partie restante des grilles.Dans un mode de réalisation préféré d'un sous-assemblage combustible nucléaire selon l'invention, les cellules les moins déformables présentent une paire de seconds bossages, les seconds bossages de chaque paire étant disposés de chaque côté des premiers bossages pour former un groupe linéaire s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal des cellules, les seconds bossages présentant une hauteur radiale inférieure à celle des premiers bossages. L'invention concerne également un réacteur nucléaire refroidi par un métal liquide du type dans lequel un assemblage combustible nucléaire est plongé dans un fluide caloporteur, l'assemblage combustible comprenant plusieurs sous-assemblages disposés verticalement bout à bout, chaque sous-assemblage comprenant plusieurs longues aiguilles de combustible espacées dans une enveloppe tubulaire par plusieurs grilles d'écartement, chaque grille comportant plusieurs bandes façonnées pour constituer un complexe de cellules individuelles de configuration hexagonale en un réseau en nids d'abeilles, chaque cellule étant formée par une bande de matière individuelle et présentant trois fenêtres ou ouvertures équidistantes et trois bossages disposés chacun entre chaque paire de fenêtres adjacentes pour constituer des tampons de guidage d'une aiguille de combustible, plusieurs grilles disposées dans la région extrême inférieure de chaque sous-assemblage comportant des cellules plus facilement déformables que celles des grilles restantes. 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 vue fragmentaire de côté, en partie en coupe, d'un sous-assemblage combustible représentatif de section hexagonale, la coupe représentée à gauche étant faite à travers les plats1 tandis que celle représentée à droite passe par les coins la figure 2 est une vue en plan d'une grille d'écartement la figure 3 est une vue en perspective d'une cellule individuelle destinée à une grille d'écartement comme celle représentée généralement sur la figure 2 la figure 4 est une vue en perspective d'une cellule individuelle destinée à une seconde grille d'ecartement comme celle représentée généralement sur la figure 2 ; et la figure 5 est une coupe d'un réacteur nucléaire surrégénérateur à neutrons rapides refroidi par un métal liquide donné à titre d'exemple Le sous-assemblage combustible représenté sur la figure 1 comprend une partie centrale de combustible 1, une partie extrême inférieure de positionnement 2 et une partie extrême supérieure 3 de protection contre les neutrons. La partie de combustible 1 comprend un faisceau de longues aiguilles de combustible espacées 4, qui est entouré d'une enveloppe tubulaire 5. Les aiguilles sont soutenues à leurs extrémités inférieures par une grille 6 et sont écartées entre leurs extrémités par une série de grilles cellulaires 7 en nids d'abeilles.Les grilles 7 sont disposees à intervalles le long de l'enveloppe et sont fixées à cette dernière en mettant les cellules d'angle en prise avec des montants encochés fixés aux angles de l'enveloppe. La partie extrême inférieure de positionnement comprend une broche 8 destinée à s'engager dans un logement d'une structure 27 de support de l'assemblage combustible et comporte des orifices 9 par lesquels le fluide caloporteur peut circuler de l'intérieur de la structure d'un filtre conique 10 constitué d'une toile métallique, des éléments 11 étant prevus pour assurer la circulation du fluide caloporteur entre la broche 8 et le faisceau des aiguilles de combustible 4. Les éléments 11 comprennent plusieurs plaques percées 12 espacées par des disques 13 en toile métallique tissée.La partie supérieure 3 est en acier massif et comprend un élément tubulaire 14 qui présente une lèvre interne 15 destinée à venir en prise avec un dispositif de levage. Les grilles d'écartement 7, comme le montre généralement la figure 2, comprennent chacune un pourtour en forme d'hexagone régulier et comportent 325 cellules individuelles 16 disposées en -nids d'abeilles. Les cellules ont généralement une configuration hexagonale, toutes ayant la forme d'un hexagone régulier, sauf celles de la rangée externe. La cellule située à chaque angle du complexe est destinée à contenir un montant d'angle 17. Chaque cellule élémentaire est formée d'une bande de matière dont les extrémités se faisant face sont espacées. Chaque cellule présente trois fenêtres 18 équidistantes, comme représenté sur les figures 3 et 4,et entre les fenêtres adjacentes se trouve un bossage allongé 19 constituant un tampon de guidage d'une aiguille de combustible.Les grilles supérieures, désignées par 7a, de la sévie présentent des cellules 16, comme on le voit sur la figure 3, les fenêtres etant généralement rectilignes et ayant une largeur égale au côté de la section hexagonale. Les trois grilles inférieures, désignées par 7b, de la série présentent des cellules 16, comme le montre la figure 4, chaque fenêtre étant plus large qu'un côté de la section hexagonale de la cellule pour définir d'étroites bandes entre les fenêtres, les bandes présentant les bossages 19 qui sont de moins grande longueur. L'étroite bande et les bossages de moins grande longueur ont pour effet de rendre les cellules plus facilement déformables et, par conséquent, rendent les grilles 7b plus souples que les grilles 7a.Les cellules des grilles supérieures 7a présentent sur chaque côté plein deux petits bossages 20 situés chacun au-delà de chaque extrémité de chacun des bossages allongés 19 pour former des groupes lineaires orientes parallèlement à l'axe longitudinal des cellules. Les petits bossages constituent des tampons d'écartement ou butées supplémentaires pour une aiguille de combustible au cas où il se produit un cintrage de ladite aiguille pendant l'irradiation du sous-assemblage combustible. Les côtés bout à bout des cellules sont fixes ensemble par une paire de soudures par points dans les régions extrêmes opposées des côtés. La dimension de la grille en travers des plats est de 134,6 mm, les cellules 16 étant réalisées à partir d'une bande d'acier inoxydable d'une largeur de 25,5 mm et d'une épaisseur de 0,20 mm avec des fenêtres d'une longueur de 12,5 mm. Les bossages 19 des grilles 7b determinent un diamètre de cellule ayant nominalement une valeur de 6,5 mm,tandis que le diamètre de la cellule délimité par les bossages ou tampons 19 des grilles 7a établit un diamètre de cellule de 5,8 mm. Les petits bossages 20 des grilles 7a définissent un diamètre de cellule de 6,1 mi. Lors du montage, le faisceau des aiguilles de combustible est enfile à travers les grilles successives 7, ces dernières étant suffisamment souples pour permettre aux aiguilles de dévier la structure des cellules élémentaires afin de leur permettre de pénétrer dans les cellules successives sans que les aiguilles soient éraflées.Pendant l'irradiation, il se produit un gonflement, en particulier dans les régions centrales des aiguilles, mais le sousassemblage combustible peut être facilement désassemblé en enlevant les parties de protection et de positionnement, puis en découpant l'enveloppe immédiatement au-dessus de la grille 6 et en retirant le faisceau des aiguilles de combustible par l'extrémité inférieure de l'enveloppe découpee, les grilles inférieures étant suffisamment souples pour permettre aux régions gonflées des aiguilles de passer facilement à travers elles Les petits bossages des grilles 7a constituent pour les aiguilles de combustible dans la région centrale des tampons d'écartement ou butées supplémentaires destinées à s'opposer i un cintrage pendant l'irradiation,- ce qui facilite l'extraction du faisceau des aiguilles de combustible hors de l'enveloppe, alors que l'absence des seconds bossages sur les grilles plus souples évite un obstacle supplémentaire au passage des régions centrales gonflées des aiguilles à travers les grilles plus souples. Les parties extrêmes des aiguilles écartées par les grilles plus souples sont moins exposées à l'irradiation, pendant le fonctionnement du réacteur nucléaire, que les parties centrales et par conséquent elles sont moins sujettes à un cintrage. Plusieurs sous-assemblages sont utilisés pour former un assemblage combustible 21, comme celui représenté dans le réacteur illustré sur la figure 5. L'assemblage combustible 21 constituant le coeur du réacteur est plongé dans une masse 22 de sodium liquide utilisé comme fluide caloporteur, contenu dans une enceinte primaire 23. Cette enceinte primaire est suspendue à la voute d'une fosse de confinement 24, et il est prévu plusieurs pompes 25 de circulation du fluide caloporteur et plusieurs échangeurs de chaleur 26, une seule pompe et un seul échangeur étant représentés. L'assemblage combustible 21 monté sur une structure 27 est logé avec les échangeurs de chaleur dans un caisson 28, tandis que les pompes 25, qui refoulent le fluide caloporteur vers la structure 27, sont disposées à l'extérieur du caisson.Le coeur ou assemblage combustible 21 comprend plusieurs des sousassemblages combustibles décrits qui s'élèvent au-dessus de la structure 27 en étant disposés côte à côte et à peu de distance les uns des autres. Des barres de commande 29 et des instruments 30 traversent la voute de la fosse contenant le caisson du coeur. Au cours du fonctionnement d'un réacteur nucléaire, le fluide caloporteur est mis en circulation par les pompes 25 vers l'assemblage combustible par l'intermédiaire de la structure 27 qui distribue le fluide caloporteur à travers l'assemblage combustible. L'écoulement s'effectue de bas en haut à travers les sous-assemblages combustibles dans les enveloppes tubulaires 5 et le fluide caloporteur passe en relation d'échange de chaleur avec lesdites aiguilles de combustible. Par suite, à partir de la région supérieure du caisson 28, le fluide caloporteur est ramené dans la région externe de la masse en passant par les échangeurs de chaleur 26. REVENDICATIONS 1. Sous-assemblage combustible pour réacteur nucléaire comprenant plusieurs minces aiguilles de combustible logées dans une enveloppe tubulaire avec une série de grilles cellulaires espacées longitudinalement et destinées à écarter les aiguilles, chaque aiguille venant en contact glissant avec une cellule individuelle de chaque grille, sous-assemblage caractérisé en ce que les cellules de plusieurs grilles (7b) situées dans une région extrême de la série,sont de construction plus faible et par conséquent plus souple que les cellules (16) du reste des grilles (7). 2. Sous-assembage combustible selon la revendication 1 et comportant une partie centrale de combustible (1) prolongée à ses extrémités opposées par une partie de positionnement (2) et une partie (3) de protection contre les neutrons, la partie centrale de combustible (1) comprenant plusieurs longues aiguilles de combustible (4) espacées dans une enveloppe tubulaire (5) par plusieurs grilles d'écartement (7) espacées longitudinalement, chaque grille comprenant plusieurs bandes façonnées pour constituer un complexe de cellules élémentaires de forme hexagonale disposées en nids d'abeilles, chaque cellule étant formée par une bande de matière distincte et présentant trois fenêtres ou ouvertures equidistantes (18)et trois bossages (19) intercalés chacun entre chaque paire de fenêtres adjacentes pour constituer des tampons de guidage d'une aiguille de combustible, sous-assemblage caractérisé en ce que plusieurs des grilles (7b) situées dans la région extrême de la série qui est à proximité de la partie de positionnement (2) comportent les cellules (16) qui sont plus souples que celles du reste des grilles (7). 3. Sous-assemblage combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cellules (16) les moins souples présentent deux seconds bossages (20) ces seconds bossages de chaque paire étant disposés de chaque côté des premiers bossages (19) pour former un groupe linéaire orienté parallèlement à l'axe longitudinal des cellules (16), les seconds bossages (20) ayant une longueur radiale inférieure à celle des premiers bossages (19). 4. Réacteur nucléaire refroidi par un métal liquide du type dans lequel un assemblage combustible nucléaire est plongé dans un fluide caloporteur, l'assemblage combustible comprenant plusieurs sous-assemblages combustibles s'élevant côte à cote, chaque sous-assemblage comprenant plusieurs longues aiguilles de combustible espacées dans une enveloppe tubulaire par une série de grilles d'écartement, chaque grille comprenant plusieurs bandes façonnées pour constituer un complexe de cellules élémentaires de forte hexagonale disposées en nids d'abeilles, chaque cellule étant formée par une bande de matière distincte et pr-sentant trois fenêtres ou ouvertures équidistantes et trois bossages disposés entre chaque paire de fenêtres adjacentes pour constituer des tampons de guidage d'une aiguille de combustible, réacteur caractérisé en ce que les cellules (16) de plusieurs grilles (7b) disposées dans la region extrême inférieure (3) de chaque sous-assemblage comprennent des cellules plus souples que celles des grilles restantes (7a). 5. Réacteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que chacune des cellules (16), qui sont moins souples, présentent de seconds bossages (20) situés chacun de chaque coté de chacun des premiers bossages (19) pour former des groupes linéaires de bossages orientés parallèlement à l'axe longitudinal de la cellule, les seconds bossages (20) ayant une hauteur radiale inférieure à celle des premiers bossages (19).