Brevet FR2518300A1 — publié le 19830617

L'invention concerne un crayon contenant un matériau consommable pour le pilotage d'un réacteur nucléaire constitué par une gaine tubulaire externe fermée par des bouchons à chacune de ses extrémités renfermant une matière contenant le matérau consommable. Habituellement, le combustible disposé dans le coeur d'un réacteur nkucléaire est contenn dans des gaines allongées appelées "crayons" eux-mêmes regroupés parallèlement en des assemblages manipulés en bloc pendant les opérations de chargement ou de déchargement du coeur. Dans ces assemblages, où les cnayons sont maintenus par des grilles-entretoises, des coplacements vides sont céser@és sour recevoir des éléments de même forme générala aue les cray@us combustioles mais qui peuvent être introduits à la demande dans les assemblages en parmi les crayons combustibles, selon les nécessités de le conduite du réactear.Il s'agit par exemple de sources ne@trodiques atiliséer au démarrage pour amorcer les réactions aucléaices on encere de pr@iuits ansorbants qui, disposés sélectivement en certains emplacements du meut, permectent de réauire la réactivité initiale et fa cilit@ le pil@tage. de raduit abs@@b@@t det le plus souvent du bore sous forme de l'@n de des @o@@osés, par me @ple le carbure de bore B4C. L'un des isotopes @@ tere is-dété par les @e@trons se transforme en lithium avec dégegement ganeu@ d@i@@tium si bien que in capacité d'absorption du matérlau diminue prog@@s@@@ @ent. Généraiement, le satérau consommable se présente sous la forme de pastilles s@@ula'ce@ ou cylind@iqaes ampilées dans l'espace annulaire de deux tebes co-aziaux en acier inoxydable ou en alliage de zirconium ou dans un lube anique en ces @@ltériaux. Une chambre d'expansion pour les gaz issus de la fiesion du matériau consommable doit être prévue dans le volume interne de la gaine lubulaire. les pastilles de matériau absorbant sont maintenues à l'intérieur du tube par des moyens tels que des ressorts ou des entretoises. Il est cependant difficile diobtenir des ressorts ou des entretoises qui aient un comportement satisfaisant sous irradiation. Le but de l'invention est donc de proposer un crayon contenant un matériau consommable pour le pilotage d'un réaqcteur nucléaire, constitué par une gaine tubulaire externe fermée par des bouchons à chacune de ses extré mités renfermant une matière contenant le matériau consommable, qui permette la fixation et le montage du matériau consommable à l'ntéreur de la gaine tubulaire, en evitant les problemes de tenue sous irradiation des éléments internes du crayon et en diminuant la quantité de materiau non consommable par rapport à la quantité de matériau consommable placés à l'intérieur de la gaine du crayon. Dans ce but, la matière contenant le matériau consommable se pré- sente sous la forme d'au moins un fil disposé substantiellement sur toute la longueur de ltespace intérieur du crayon, entre les deux bouchons. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire à titre d'exemples non limitatifs, en se reportant aux figures jointes en annexe, plusieurs modes de téalisation d'un crayon suivant l'invention. La figure 1 représente, dans une vue en coupe par un plan vertical, un premier mode de réalisation d'un crayon de matériau consommable suivant l'invention. La flgure 2 représente, dans une vue en coupe par un plan vertical, un second mode de réalisation d'un crayon de matériau consommable suivant l'invention. La figure 3 représente dans une vue en coupe par un plan de trie un troisième mode de réalisation d'un crayon de matériau consommeble suivant l'invention. Sur la figure 1, on voit la gaine tabulaire 1 d'un crayon contenant an produit abserbant ou poison consommable. lac tube t est fermé à l'une de ses extrémités par Uli bouchon 2 et a' son autre extrémité par un bouchon 3. Les bouchons 2 et 3 sont soudes sur le tube 1 et présentent des formes adaptées pour l'insertion du crayon dans un assemblage combustible d'un réacteur nucleaire a eau sous pression. Une entretoise tubulaire 4 coaxiale au tube I est fixée à l'inté- rieur du crayon, entre les deux bouchons 2 et 3 grace à des surfaces d'ap- pui 6 et 7 prévues à l'extrémité de ces bouchons. Le tube 1 est percé d'euvertures 9 et 10 à chacune de ses extré- mites pour le passage de l'eau de réfrigération à l'intérleur du crayon, lorsque l'assemblage est en service dans le coeur du réacteur nucléaire. De cette façon, on diminue les effets de pression et donc les phénomènes de relaxation et de flambage du crayon. On augmente également l'effet modérateur dans le coeur du réacteur. Des collerettes annulaires 11 et 12 placées à chacune des extrémités de l'entretoise 4 permettent de maintenir celle-ci en position centree à l'intéreur du tube 1. Sur l'entretoise 4 est enroulé en helice un fil 14 en carbure de bore B4C enrobé de nickel, entre les deux extrémités de cette entretoise 4. Lorsqu'un tel crayon renfermant du B4C comma matériau consommable est introduit dans un assemblage combustible disposé dans le coeur d'un reacteur nucleaire en fonctionnement, le bore libéré par le B40 joue le rôle d'élément absorbant les neurtrons c'est-à-dire de poison coneommable. Sur la figure 2, on voit un crayon renfermant un matériau con sommable dont les éléments identiques à ceux du crayon représenté à la figure 1 comportent les mêmes repères. Ge crayon de poison consommable comporte cependant une entretoise plaue 15 différente de l'entretoise cylindrique 4 du crayon de poison consommable représenté à la figure 1. Gette catretoise 15 est percée de trous 16 au voisinage de ses extrèmités et des fils 17 en B4C enrobé de aickel sont bobinés dans le sens axiel entre les trous 16 placés à chacune des extrémités de l'entretoise. Sur la figure 3, a été représenté un crayon de poison consommable ldentique aux crayons représentés aux figures 1 et 2 avec des éléments correspondants portant les mêmes repères, de emeyon ne comportant cependant pas d'entretoise à sa partie contrale. Sur l'entrémita de fhamm des bonchons du crayon ont été sudés des pions d'acerodhage de pon is fixation d'un fil spiralé 21 sur toute la longueut de l'aspace tnterne du cube 1, entre les deux bouchons. Le fil 21 est également en B4C enrobé de nickeel. On voit que les principaux avantages du crayon de matériau consommable suivant l'invention sont d'éviter les problèmes difficiles de tenue sous irradiation de pièces telles que des entretoises ou des ressorts. Tous les matériaux atilisés résistent en effet aux phénomènes de relaxation dans les conditions de fonctisnncment, c'est-à-dire à haute température et sous irradiation. D'autre part, l'espace interne de la gaine tubulaire peut conte nir une forte proportion de matériau consommable par rapport au matériau absorbant les neutrons et non consommable nécessaire comme élément de structure du crayon. I1 est bien évident que l'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont e' été décrits mais qu'elle en comporte au contraire toutes les variantes. C'est ainsi qu'on peut utiliser une gaine tubulaire en alliage de z de zirconium ne renfermant pas d'éléments susceptibles de jouer le rôle de poison consommable ou au contraire en zirconium faiblement hafnié ctest-a- dire de zirconium renfermant une petite proportion de hafnium, participant à l'effet de poison consommable. De la meme façon, l'entretoise peut être constituée par un matériau ne renfermant pas d'éléments consommables, par exemple un alliage de zirconium ou au contraire par un matériau renfermant un poison consommable tel que du zirconium faiblement hafnié. Du -poison consommable peut également être déposé, sous forme d'un revêtement extérieur, sur l'entretoise pour augmenter la quantité de matériau consommable placé à l'intérieur du crayon. On peut par exemple utiliser une entretoise en alliage de zirconium revêtu de bore ou de carbure de bore, éventuellement enrobé de nickel. On peut également imaginer d'autres matériaux pour la constitution de la gaine tubulaire du crayon ou pour la constitution de 11 entretoise. Le crayon peut aussi bien contenir un matériau consommable du type absorbant les neutrons, que des sources neutroniques utilisées pour le démarrage du réacteur nucléaire, à partir du moment ou la matière contenant le matériau consommable, poison ou source neutronique, se présente sous forme de fils. REVENDICATIONS 1.- Crayon contenant un matériau consommable pour le pilotage d'un réacteur nucléaire, constitué par une gaine tubulaire externe (1) fermée par des bouchons (2, 3) à chacune de ses extrémités renfermant une matière contenant le matérau consommable, caractérisé par le fait que la matière contenant le matériau consommable se présente sous la forme d'au moins un fil 14) disposé substantiellement sur toute la longueur de ltespace intérieur du crayon, entre les deux bou- chons (2, 3). 2.- Crayon suivant la fevendication 1, caractérsé par le fait que la fil est enroulé sur une entretoise métallique (4) disposée à l'intérieur de la gaine tubulaire (1), entre les deux bouchons (2, 3) du c@ayon. 3.- Crayon suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que l'antreteise (4) est tubulaire et placée de façon laxiele par rapport à la gaine tubulaire (1) du crayon et que le fil (14) est @ntoulé en hélice sur @ette entretoise. 4.- Crayon suivant la cevendication 2, caractèrisé par le fait que @'entretoise (15) est réalisé sous la forme d'une plaque plane allongée percée de trous (16) à chacune de ses extrémités et que le il (17) est beb@@ dans la direstion longitudinale de l'entretoise (15). 5.- Crayon svivant le revendication 1, caracterisé par le fait que le fil (21) constitue un enroulement spiralé fixé à chacune de ses extrémités aur les bouchons fermant la gaine tubulaire 1u 6.- Crayon suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4 et 5, caractérisé par le fait que le fil (14, 17, 21) est en carbure de bore B4C enrobé de nickel. 7.- Crayon suivant l'une quelconque des revendications 2, 3, 4 et 5, caractérisé par le fait que l'entretoise (4, 15) comporte un revêtement renfermant du matériau consoumable. 8.- Crayon suivant l'une quelconque des revendications 2, 3, 4 et 5, caractérisé par le fait que l'entretoise (4, 15) est en un alliage métal- lique comportant un constituant qui est un matériau consommable.