Brevet FR2517870A1 — publié le 19830610

L'invention concerne les équipements internes supérieurs d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. Un réacteur nucléaire à eau sous pression comporte une cuve ren- fermant un coeur constitué par des assemblages combustibles prismatiques disposés côte à côte et reposant verticalement sur une plaque de support du coeur transversale par rapport à la cuve. Au-dessus du coeur est disposée une autre plaque transversale percée d'orifices en face de chacun des assemblages combustibles, appe- lés "plaque supérieure de coeur". Sur la plaque supérieure de coeur, à la verticale de certains as- semblages, sont disposés des tubes dqrguidage des barres de commande. Ces tubes verticaux reposant par leur extrémité inférieure sur la plaque supérieure du coeur permettent le guidage des barres de commande constituées par des grappes de crayons de grande longueur renfermant un maté- riau absorbant fortement les neutrons. Pour la conduite du réacteur, ces barres de commande sont dépla- cées verticalement de façon à pénétrer plus ou moins profondément dans les assemblages combustibles qui sont équipés de tubes-guides se substituant à certains crayons combustibles pour recevoir et guider les crayons absorbants de la barre de commande à l'intérieur des assemblages combustibles. Les tubes de guidage disposés au-dessus de la plaque supérieure de coeur sont fixés à leur partie supérieure sur une plaque de support qui est elle-même reliée à la plaque supérieure de coeur par l'intermédiaire d'en- tretoises alvéolées qui assurent la rigidité de l'ensemble. Les tubes de guidage, leur plaque de support et les entretoises constituant les équipements internes supérieurs du réacteur occupent la par- tie supérieure de la cuve. Les tubes de guidage renferment des dispositifs discontinus et des dispositifs continus permettant le guidage de la barre de commande lors de ses mouvements verticaux pour le pilotage du réacteur ou lors de leur retom- bée en position d'insertion maximum pour l'arrêt d'urgence du réacteur. Les dispositifs de guidage discontinus sont constitués par des pla- ques placées transversalement dans les tubes à des distances régulières dans la partie supérieure de ceux-ci. Les dispositifs de guidage continus sont constitués par des four- reaux de grande longueur comportant des canaux verticaux de guidage de la barre de commande, placés à la partie inférieure des tubes de guidage. Pour la mise en fonctionnement du réacteur nucléaire, on charge à l'intérieur de la cuve de celui-ci, l'ensemble des assemblages combusti- bles constituant le coeur qui viennent reposer sur la plaque support de coeur, chacun des assemblages combustibles est constitué par un faisceau de crayons combustibles dont l'écartement est maintenu par des entretoises, de façon que dans des plans transversaux, les crayons combustibles cons- tituent un réseau régulier. L'eau sous pression venant en contact avec les crayons combusti- bles des assemblages sert à la fois de fluide modérateur et caloporteur. Dans les réacteurs nucléaires à eau sous pression de type clas- sique, le taux de modération dans le coeur du réacteur, c'est-à-dire le rapport du volume du fluide gmodérateur par rapport au volume de matériau combustible, est tel que les neutrons produits soient ralentis fortement. Leur spectre d'énergie est dit "thermique". En diminuant le taux de modération, on peut obtenir un spectre différent dit "épithermique", les neutrons étant beaucoup moins ralentis. Le passage d'un type de fonctionnement à un autre peut être obte- nu en substituant à des assemblages combustibles de type classique des as- semblages permettant d'obtenir un faible taux de modération Pour cela on utilise un matériau combustible enrichi en matière fissile et on adopte une disposition des crayons combustibles permettant de diminuer le volume libre à l'intérieur de l'assemblage Pour cela on a par exemple proposé d'utiliser des entretoises constituées par un simple fil métallique /en hélice autour des crayons combustibles permettant d'obtenir un rapport volumique modéra- teur combustible faible. En disposant dans certaines-parties du coeur, en particulier à la périphérie de celui-ci, des assemblages combustibles renfermant un matérau fertile tel que de l'uranium appauvri en uranium 235, dans un réacteur nuclé- aire fonctionnant avec un spectre de neutrons épithermique, on peut obtenir une certaine production de matériau fissile à partir du matériau fertile. On a donc imaginé des réacteurs nucléaires, appelés "réacteurs sous- modérés", qui permettent d'obtenir un spectre de neutrons épithermique et d'effectuer une certaine régénération de matériau fissile à partir de maté- riau fertile. Cependant, la conception et la construction de tels réacteurs dif- férents des réacteurs à eau sous pression de type classique peuvent entrainer des coûts et des difficultés techniques supplémentaires dans la réalisation d'un programme d'équipements en centrales nuclkires. D'autre part, il peut être contraignant pour l'exploitant d'avoir l'obligation de faire fonctionner le réacteur constamment en réacteur sous- modéré. Pour ces raisons, on a pensé à construire des réacteurs nucléai- res à eau sous pression qui pourraient fonctionner successivement en réac- teur classique et en réacteur sous-modéré. Le passage d'un type de fonctionnement à un autre pourrait se fai- re au moment d'un rechargement total du réacteur. On a donc pensé à utiliser des assemblages combustibles dont la forme extérieure est identique mais dont la disposition et la composition des crayons combustibles sont différentes, pour constituer la charge du ré- acteur, suivant le type de fonctionnement recherché. Il est cependant nécessaire d'adapter les équipements internes su- périeurs à la charge disposée dans le coeur, puisque ces équipements inter- nes supérieurs comportent des tubes de guidage pour des barres-de commande associées à certains des assemblages du coeur Ces barres de commande sont en effet différentes dans le cas du fonctionnement en réacteur sous-modéré et dans le cas du fonctionnement en réacteur classique. On n'avait donc pas la possibilité pratique de passer d'un fonc- tionnement en réacteur classique à un fonctionnement en réacteur sousmodé- ré. Le but de l'invention est donc de proposer des équipements inter- nes supérieurs d'un réacteur nucléaire à eau sous pression comportant une cuve renfermant un coeur constitué soit par un premier ensemble d'assembla- ges combustibles prismatique, soit par un second ensemble comportant des as- semblages différents de ceux du premier ensemble enoe qui concerne la répar- tition et la composition des crayons combustibles mais de même longueur et même section droite disposés c 8 te à c 8 te et verticalement, le premier ensem- ble d'assemblages produisant un spectre thermique de neutrons dans le réac- teur en fonctionnement et le second ensemble, un spectre épithermique, le coeur étant placé sous une plaque supérieure de coeur transversale par rap- port à la cuve portant un ensemble de tubes de guidage de barres de comman- de reposant verticalement sur la plaque supérieure de coeur, à la verticale de certains assemblages, et fixés par leurs extrémités supérieures sur une plaque de support reliée à la plaque supérieure de coeur par des entretoises, les tubes de guidage et leur support constituant les équipements internes 251787 O supérieurs du réacteur cependant que des dispositifs de guidage disconti- nus constitués par des plaques perforées et des dispositifs de guidage con- tinus constitués par des fourreaux perforés de grande longueur sont dispo- sés à ltintérieur des tubes de guidage, ces équipements internes permet- tant le passage dtun fonctionnement avec un spectre thermique des neutrons à un fonctionnement avec un spectre épithermique, par simple changement de la charge du coeur. Dans ce but,-les plaques et les fourreaux comportent, pour cha- cun des tubes de guidage, un premier jeu de perforations pour le guidage des barres de commande associées aux assemblages du premier ensemble et un second jeu de perforations pour le guidage des barres de commande asso- ciées aux assemblages du second ensemble. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décri- re à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation des équipements internes supérieurs d'un ré- acteur nucléaire à eau sous pression dont le coeur renferme des assemblages combustibles à section hexagonale. La figure 1 représente une vue en coupe par un plan vertical de la cuve d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. La figure 2 représente une vue en élévation des équipements inter- nes supérieurs de ce réacteur. La figure 3 représente, dans sa partie droite, l'emplacement des perforations dans une plaque de guidage et dans sa partie gauche, ltemplace- ment des perforations dans des fourreaux de guidage, superposés à la section droite d'un assemblage hexagonal comportant dix-huit tubes-guides. Sur la figure 1, on voit la cuve 1 dtun réacteur nucléaire à eau sous pression à l'intérieur de laquelle est disposé le coeur 2 du réacteur constitué par un ensemble dtassemblages 3 disposés verticalement et reposant sur la plaque irgrieure de coeur 4 par ltintermédiaire de leur embout infé- rieur. Au-dessus du coeur 2 est disposée la plaque supérieure de coeur 6 percée d'ouvertures au niveau de chacun des assemblages sur laquelle reposent les tubes-guides 8 placés à la verticale de certains des assemblages de coeur. Au dessus du couvercle hémisphérique 10 de la cuve sont placés des mécanismes de déplacement 11 des barres de commande 12 qui sont reliées à l'extrémité inférieure de tiges de commande 14, sur lesquelles s'exerce ltaction des mécanismes 11. Les barres de commande 12 peuvent se déplacer à l'intérieur des as- semblages 3, à l'intérieur de tubes-guides remplaçant dans le réseau de ces assemblages certains crayons combustibles. Sur la figure 2, on voit l'ensemble des équipements internes su- périeurs du réacteur représenté à la figure 1, comportant les tubes de gui- dage 8 reposant sur la plaque supérieure de coeur 6. L'extrémité supérieure des tubes de guidage 8 est reliée à une plaque support 15 parallèle à la plaque 6. Les plaques 6 et 15 sont reliées entre elles par des entretoises 16 tubulaires et percées d'ouvertures 17 pour la circulation du fluide de refroidissement constitué par l'eau sous pression remplissant la cuve Grâ- ce à ces entretoises 16, les équipements internes supérieurs forment un en- semble rigide solidaire de la plaque supérieure de coeur. A l'intérieur de chacun des tubes de guidage 8 et sur toute leur partie supérieure, sont placés des dispositifs de guidage discontinus cons- titués par des plaques perforées 20 régulièrement espacées suivant la lon- gueur du tube. La partie inférieure 21 des tubes de guidage constitue un disposi- tif de guidage continu des barres de commande dont les perforations sont dans le prolongement des perforations des dispositifs discontinus 20 La partie 21 des tubes de guidage est constituée par une enveloppe tubulaire à l'intérieur de laquelle sont fixés des fourreaux occupant toute la hauteur de la zone 21 et comportant des canaux verticaux de guidage de la barre de commande. Les barres de commande 12 sont constituées chacune par une grappe de crayons absorbants reliés à leur partie supérieure par un croisillon lui- màme relié à la partie inférieure de la tige de commande 14. En se reportant à la figure 3, on voit la section droite hexago- nale d'un boîtier prismatique 25 d'un assemblage combustible renfermant des crayons combustibles 26 fissiles ou fertiles séparés par des entretoises constituées par un fil métallique enroulé autour de-chacun des crayons De cette façon on obtient un rapport de modération faible et un spectre de neu- trons épithermique dans le coeur du réacteur constitué par des assemblages du type représenté à la figure 3. Pour la réalisation de l'assemblage combustible sous-modéré, on a disposé à l'intérieur du boitier, les crayons combustibles 26 suivant onze couches successives en partant du centre de l'assemblage, la première couche étant constituée par un crayon disposé suivant l'axe de cet assemblage. On a réalisé d'autre part des assemblages combustibles conduisant et à un rapport de modération supérieur/à un spectre thermique des neutrons dans le coeur du réacteur constitué par ces assemblages, en utilisant le même boitier dans lequel on a disposé neuf couches successives de crayons renfermant un matériau fertile moins enrichi que celui des crayons 26 et d'un diamètre légèrement supérieur. Le réseau de ces crayons étant plus dense, la longueur de ces crayons doit être plus faible pour l'obtention d'une puissance donnée à par- tir du coeur du réacteur constitué par ces assemblages, si on les compare aux assemblages conduisant à l'obtention d'un spectre thermique des neu- trons. Pour pouvoir substituer les assemblages d'un type aux assemblages de l'autre type, il est nécessaire que ces assemblages aient même section et même longueur On dispose donc à l'extrémité inférieure des assemblages comportant des crayons combustibles plus courts, un embout comportant un prolongateur réalisant en même temps la canalisation de l'eau sous pression à l'intérieur de l'assemblage. On voit sur la figure 3 qu'à certains crayons combustibles 26 ont été substitués des tubes-guides 28 permettant l'introduction dans l'assem- blage des crayons absorbants de la grappe constituant la barre de commande. Pour l'ensemble d'un assemblage on utilise dix-huit tubes-guides. On a représenté sur la partie droite de la figure 3, en surimpres- sion au-dessus de la section transversale de l'assemblage, le profil et les perforations des cartes de guidage 20 qu'il faut disposer dans la partie su- périeure des tubes de guidage 8 On a représenté dans la partie gauche de la figure les sections transversales des fourreaux de guidage correspondants disposés dans la partie 21 des tubes de guidage 8 Ces cartes et fourreaux de guidage comportent des perforations 30 dans le prolongement des tubes- guides 28 de l'assemblage pour réacteurs sous-modérés et des perforations 31-en des positions décalées par rapport aux perforations 30 Ces perfora- tions 31 d'un diamètre un peu plus grand que les perforations 30 servent au guidage des barres de commande associées aux assemblages pour le réacteur dans sa configuration avec spectre de neutrons thermique. I" 4 'est pas possible dutiliser des barres de commande semblables pour les assemblages de l'un et de l'autre type En effet, les réseaux de crayons combustibles dans l'un et l'autre cas sont décalés, les diamètres dustubes-guides ne sont pas égaux et dans le cas de l'assemblage pour ré- acteur sous-modéré, il est nécessaire déloigner le plus possible les tubes- guides du bord de l'assemblage En effet, dans ce cas, les tubes-guides qui sont remplis d'eau lorsque les barres de commande n'y sont pas engagées introduisent des zones o le-rapport de modération augmente considérable- ment, ce qui risque d'introduire des pics de puissance dont on veut éviter la présence sur les bords de l'assemblage. Les tubes-guides 28 sont donc disposés plus près du centre de l'assemblage que les tubes-guides correspondant aux perforations 31. Chacune des cartes de guidage 32 comporte donc trente-six per- forations constituant deux jeux différents qui sont utilisés pour le gui- dage discontinu de l'un ou de l'autre type de barres de commande. De la même façon, les fourreaux de guidage tels que 33 compor- tent chacun deux jeux de deux perforations et les fourreaux de guidage 34 un seul jeu. L'ensemble des six fourreaux 33 et des six fourreaux 34 pour cha- cun des tubes de guidage comporte donc trente six canaux de guidage consti- tuant un premier ensemble 35 dans l'alignement des perforations 30 et un second ensemble 36 dans l'alignement des perforations 31. De manière avantageuse, des fourreaux de guidage 34 seront réali- sés selon ce qui est décrit dans la demande de brevet français 81-21270 de la demanderesse. Chaque carte de guidage comporte un évidement 40 à sa partie cen- trale pour permettre le passage de la grappe assurant la liaison des crayons absorbants. De cette manière on peut utiliser les mêmes tubes de guidage et les mêmes équipements internes supérieurs en cas de l'utilisation de l'un et l'au- tre type d'assemblages correspondant à un type de fonctionnement ou à un au- tre du réacteur nucléaire. Pour le passage du réacteur d'un mode de fonctionnement à un autre les équipements internes supérieurs n'ont pas à être modifiés et seule la charge du coeur du réacteur, c'est-à-dire les assemblages combustibles et leurs barres de commande doivent être changés. On voit donc qu'un des avantages de l'invention est de simplifier la conception et la construction des réacteurs sous-modérés puisqu'il suffit de modifier de façon peu importante les équipements internes supérieurs des réacteurs classiques. Un autre avantage est dé permettre un passage très facile d'un ty- pe de fonctionnement à un autre, par simple changement de la charge du ré- acteur. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient d'ê- tre décrit; elle en comporte au contraire toutes les variantes. C'est ainsi qu'on peut envisager des cartes et des fourreaux de guidage adaptés à d'autres structures d'assemblages combustibles que celle qui a été décrite o l'assemblage combustible a une section hexagonale, qu'on peut imaginer l'application de l'invention dans le cas d'un nombre de tubes-guides différent dans chacun des assemblages et qu'on peut envisa- ger une répartition différente de ces tubes-guides. L'invention s'applique à un réacteur nucléaire à eau sous pres- sion quel que soit le nombre de boucles du circuit primaire de ce réac- teur. REVENDICATIONS 1. Equipements internes supérieurs d'un réacteur nucléaire à eau sous pression comportant une cuve ( 1) renfermant un coeur ( 2) consti- tué soit par un premier ensemble d'assemblages combustibles ( 3) prisma- tiques, soit par un second ensemble comportant des assemblages différents de ceux du premier ensemble en ce qui concerne la répartition et la compo- sition des crayons combustibles mais de même longueur et de méme section droite disposés côte à côte et verticalement, le premier ensemble d'assem- blages ( 3) produisant un-spectre thermique des neutrons dans le réacteur en fonctionnement et le second ensemble, un spectre épithermique, le coeur étant placé sous une plaque supérieure de coeur ( 6) transversale par rap- port à la cuve ( 1) portant un ensemble de tubes de guidage ( 8) de barres de commande reposant verticalement sur la plaque supérieure de coeur ( 6) à la verticale de certains assemblages ( 3) et fixés par leur extrémité su- périeure sur une plaque de support ( 15) reliée à la plaque supérieure de coeur ( 6) par des entretoises ( 16), les tubes de guidage ( 8) et leurs sup- ports constituant les équipements internes supérieurs du réacteur cepen- dant que des dispositifs de guidage discontinus ( 20) constitués par des plaques perforées et des dispositifs de guidage continus ( 21) constitués par des fourreaux perforés ( 33, 34) de grande longueur sont -disposés à l'intérieur des tubes de guidage ( 8), caractérisés par le fait que les plaques ( 20) et les fourreaux ( 33, 34) com- portent, pour chacun des tubes de guidage ( 8) un premier jeu de perforations ( 31, 36) pour le guidage des barres de commande associées aux assemblages du premier ensemble et un second jeu de perforations ( 30, 35) pour le guida- ge des barres de commande associées aux assemblages du second ensemble. 2. Equipements internes supérieurs suivant la revendication 1, dans le cas d'assemblages combustibles -à section hexagonale, caractérisés par le fait que chacune des plaques de guidage ( 20) comporte deux jeux différents ( 30, 31) de dix-huit perforations décalés l'un par rap- port à l'autre dans la direction du centre de l'assemblage.