Brevet FR2505441A1 — publié le 19821112

Dispositif à actionnement automatique destiné à être utilisé dans un champ de radiations, notamment pour commander l'écoulement d'un fluide. La présente invention concerne un dispositif à action- nement automatiaue, spécialement une soupape de commande d'écoulement de fluide utilisée à l'intérieur d'un champ de radiations dans un réacteur nucléaire. Il existent certaines applications dans lesquelles il serait avantageux que l'on puisse prévoir et concevoir, en tant que caractéristique inhérente d'une soupape, un fonction- nement futur spécifique de cette soupape. Des assemblages combustibles dans les réacteurs nuclé- aires, par exemple, présentent des propriétés nucléaires et thermodynamiques qui varient pendant l'exposition de ces assemblages aux neutrons dans le réacteur La teneur en uranium 235 fissile diminue dans l'assemblage combustible pendant l'exposition de cet assemblage à un flux de neutrons tandis que la teneur en plutonium 239 d'un assemblage fertile peut augmenter Dans le cas d'un assemblage combustible, il peut être souhaitable de diminuer progressivement l'écoulement du réfrigérant à travers l'assemblage pour l'adapter à une diminution progressive du taux de fission dans cet assemblage. Dans le cas de l'assemblage fertile, il peut être souhaitable d'augmenter progressivement l'écoulement du réfrigérant à travers l'assemblage fertile pour l'adapter à une augmentation progressive des réactions de fission. On peut commander l'écoulement du réfrigérant à travers un assemblage combustible individuel ou à travers un assemblage fertile individuel à l'aide de soupapes d'entrée ou de sortie (ou d'orifices à dimensions variables) fixées aux assemblages individuels du réacteur L'accès à la soupape dans le réacteur nucléaire pose un problème Les assemblages combus- tibles et les assemblages fertiles dans un réacteur sont nombreux, de sorte qu'un système pour commander un grand nombre de soupapes à partir de l'extérieur du réacteur serait extrê- mement compliqué On a proposé un grand nombre de projets pour munir des assemblages d'orifices à dimensions variables, mais on n'a pas découvert jusqu'à présent de système économiquement viable ou réalisable dans la pratique pour faire varier réel- lement les dimensions d'un orifice. C'est pourquoi, la présente invention a pour objet principal une soupape à actionnement automatique qui se prote particulièrement à une utilisation comme soupape de commande de débit destinée à être utilisée avec des assemblages combustibles et des assemblages fertiles dans un réacteur nucléaire. Compte tenu de cet objet, la présente invention réside dans un dispositif à actionnement automatique qui est destiné à être utilisé dans un champ de radiations et qui comprend un moyen d'actionnement devant être lui- même actionné, ledit moyen étant relié à une tige et un soufflet étant relié à ladite tige pour la déplacer de manière à actionner ainsi ledit moyen d'actionnement, ce dispositif étant caractérisé par le fait qu'une masse de matière de réaction adaptée pour absorber les radiations et produire un gaz de manière à dilater ledit soufflet est disposée à l'intérieur de ce soufflet. La "matière de réaction" est définie ici comme étant une matière contenant des noyaux élémentaires qui absorbent les radiations nucléaires,sonttle siège d'une réaction ou trans- formation nucléaire émettant entant que sous-produit de nouveaux noyaux qui sont ou deviennent une variété de gaz Les composés du bore sont susceptibles d'être des matières de réaction, étant donné que le bore réagit avec les neutrons pour donner de l'hélium Le lithium et le beryllium sont aussi susceptibles d'être des matières répondant à ces conditions. Lorsque le flux de neutrons, à l'endroit o se trouve la soupape, irradie la matière de réaction, la pression du sous-produit gazeux augmente et dilate le soufflet La création d'une pression de plusieurs centaines de kg/cm dans le soufflet est considérée comme étant possible. On peut prévoir la nature et la masse de cette matière de réaction de manière que cette dernière engendre une quantité suffisante de gaz pour ouvrir ou fermer convena- blement la soupape dans la mesure voulue. Cette soupape peut s'ouvrir ou se fermer suivant un plan pré-établi mis au point avant la fermeture et la mise en fonction du réacteur, cela en modifiant la dimension de 1 ' orifice d'un assemblage sans intervention ou corenade d'un opé- rateur. La présente invention apparaîtra plus facilement dans la description donnée ci-après à titre purement illustratif et non limitatif en référence à la figure unique du dessin annexé qui montre schématiquement et en coupe un des modes de réali- sation de la soupape. Le dispositif à actionnement automatique selon la présente invention consiste, dans un premier mode de réalisa- tion, en une soupape qui peut être conçue et agencée de manière à agir en fonction de la "fluence" de radiations, cette fluence étant définie comme étant l'exposition aux radiations accumulée et intégrée dans le temps Le fonctionnement de la soupape peut varier d'une façon continue et linéaire avec la fluence ou bien peut être déclenché de manière à effectuer un action- nement à une certaine valeur de fluence. La figure unique montre schématiquement une applica- tion dans laquelle la dilatation d'un soufflet 1 amène une tige 2 de soupape à soulever l'obturateur 3 de son siège 4 en surmontant la force du ressort 5 et en ouvrant la soupape pour permettre un écoulement à travers cette dernière La soupape complète peut être disposée à l'entrée d'un assemblage fertile (non représenté) Une matière 6 de réaction est dis- posée à l'intérieur du soufflet et se présente, dans ce cas, sous la forme d'une poudre La matière 6 de réaction peut être du carbure de bore ou toute autre matière qui absorbe les radiations nucléaires et émet un gaz Le carbure de bore absorbe le rayonnement de neutrons et émet du gaz hélium Au fur et à mesure que la poudre 6 absorbe les neutrons et émet du gaz hélium, ce gaz s'accumule dans un volume 7 dont il augmente la pression en dilatant le soufflet 1 et en ouvrant la soupape. Avant l'installation de la soupape, on met au point le plan de fonctionnement futur de la soupape On va supposer que l'on désire que la soupape reste fermée jusqu'à ce qu'elle ait été soumise à une fluence de neutrons équivalente à 7 200 M Wf J/t (Megawatt Jour/tc 4 nc) mesurée dans le combustible du réacteur et s'ouvrant ensuite d'une façon continue, son ouverture étant totale à 10 800 MWJ/t On place dans le soufflet une quantité de poudre de carbure de bore suffisante pour que la tension du ressort 5 soit juste égalée par la pression du gaz à 7 200 MIIWJ/t et que le soufflet soit dilaté complètement à 10 800 MWJ/t En plus de prévoir la quantité initiale de poudre ainsi que la tension du ressort, on peut ajuster la pression initiale et la place de dilatation du soufflet. La pression dans le soufflet varie également avec la température ambiante du fluide L'augmentation de la pression dans le soufflet par suite des réactions avec le 3 neutron 5 peut dépasser considérablement les variations de pression dues auxchangementsde température auxquels on peut s'attendre dans de nombreuses applications,de sorte que l'effet de la température n'empêche pas un fonctionnement correct de la soupape Dans certains cas, on peut envisager qu'un change-. ment de température influence favorablement la soupape: une soupape qui est ordinairement ouverte à 30 % s'ouvre un peu plus en laissant passer, pendant un incident mettant en jeu des températures de fluide plus élevées, une quantité plus grande de réfrigérant par suite de la température et de la pression plus élevée du gaz dans le soufflet 1. On peut mentionner de nombreuses variantes dans la conception La soupape peut comporter des fentes ou des trous dans son siège 4 ou dans son obturateur 3, de sorte qu'un arrêt absolu de l'écoulement ne soit pas possible Le dispo- sitif lui-même peut être agencé de manière à servir de déclen- cheur à l'actionnerent d'un autre dispositif de soupape Par exemple, la tige 2 pourrait être un dispositif de blocage d'une tige de soupape sollicitée par un ressort, cette soupape étant libérée de manière a s'ouvrir ou à se fermer lors du déclen- chement de la libération de la tige par suite du déplacement du soufflet actionné par le gaz En outre, la tige 2 peut comporter des cliquets qui l'empêchent de revenir dans une position ou la soupape est fermée dans le cas d'une fuite ou -2505441 d'une rupture du soufflet 1. La matière de réaction peut se présenter sous de nombreuses formes physiques, à savoir: une poudre, une pastille, ou même un liquide. On remarquera que la fluence de neutror utilisée pour actionner la soupape est précisément le paramètre qui modifie l'état de la masse nucléaire des assemblages combustibles et des assemblages fertiles, cet état déterminant le débit sou- haitable du réfrigérant La soupape convient donc pour être utilisée comme un orifice d'assemblage dans un réacteur. REVENDICATIONS 1 Dispositif à actionnement automatique destiné à être utilisé dans un champ de radiations, ce dispositif comprenant un moyen d'actionnement destiné à être actionné, ledit moyen étant relié à une tige et un soufflet étant relié à ladite tige pour la déplacer de manière à actionner ainsi ledit moyen d'actionnement, caractérisé par le fait qu'une masse de matière de réaction ( 6) adaptée pour absorber les radiations et produire un gaz qui dilate ledit soufflet ( 1) est disposée à l'intérieur dudit soufflet ( 1). 2 Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif précité est une soupape associée à un assemblage combustible de réacteur nucléaire, de manière à commander l'écoulement du réfrigérant à travers cet assemblage en réglant ainsi l'orifice de cet assemblage. 3 Dispositif suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la radiation est une radiation de neutrons et que la matière de réaction comprend le bore, le lithium ou le beryllium. 4 Dispositif suivant l'une quelconque des revendi- cations 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que la masse de la matière de réaction se présente sous la forme physique d'une poudre. Dispositif suivant l'une quelconque des revendi- cations 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que la masse de la matière de réaction se présente sous la forme physique d'au moins une pastille. 6 Dispositif suivant l'une quelconque des revendi- cations 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que la masse de la matière de réaction est un liquide.