Brevet FR2513796A1 — publié le 19830401

L'invention a pour objet une aiguille com- bustible ou fertile de réacteur nucléaire Elle a également pour objet un procédé de fabrication de ces aiguilles. Les aiguilles combustibles et les aiguil- les fertiles de réacteur nucléaire, en particulier de réacteur nucléaire à neutrons rapides, sont cons- tituées par une gaine métallique à l'intérieur de laquelle sont empilées des pastilles fissiles et/ou fertiles. Il est nécessaire d'assurer le maintien en position de la colonne de pastilles à l'intérieur de la gaine. On connaît à ce jour plusieurs réalisa- tions de dispositifs permettant d'obtenir ce résul- tat. On connaît des dispositifs à ressort dans lesquels un système élastique s'appuyant sur le bou- chon supérieur maintient en place l'empilement de pastilles combustibles dans l'aiguille, au cours de la manutention et du transport Ces systèmes offrent l'inconvénient d'exercer un effort important sur le bouchon, ce qui crée des difficultés sérieuses lors du soudage de ce dernier à la gaine. On connaît également des systèmes dans lesquels on a séparé la fonction d'obturation de la gaine par le bouchon de la fonction de maintien de la colonne de pastilles. Par exemple, on maintient cette colonne à l'aide d'une bague de maintien d'un diamètre légère- ment supérieur à celui de la gaine et possédant une fente longitudinale que l'on vient emmancher à force au niveau voulu à l'intérieur de la gaine Les bre- vets français N O 2 018 665, N O 2 051 797 et N O 1 429 797 décrivent des dispositifs de ce type. 251 796 La fonction de maintien de la colonne de pastilles n'étant plus réservée au bouchon, ce der- nier peut être soudé à la gaine de façon beaucoup plus facile. L'invention a pour objet une aiguille com- bustible ou fertile de réacteur nucléaire et un procédé simple de fabrication de ces aiguilles, ce qui permet d'en réduire les coûts de fabrication. Dans les aiguilles combustibles, la co- lonne de pastilles fissiles est maintenue par des entretoises tubulaires serties à cote fixe sur la gaine. Plus précisément, l'invention concerne une aiguille combustible et une aiguille fertile de réacteur nucléaire du genre de celles qui comporte une gaine, une colonne de pastilles fissiles et/ou fertiles à l'intérieur de la gaine, et des bouchons d'extrémités soudés aux deux extrémités de la gaine. Elle se caractérise en ce que la colonne de pastil- les est maintenue pour les deux types d'aiguilles par deux entretoises tubulaires de faible épais- seur et à bords arrondis placées en butée contre les deux extrémités de la colonne combustible et serties à cote fixe sur la gaine; et pour l'aiguille com- bustible, par un sertissage supplémentaire de posi- tionnement de la colonne fertile - Ces aiguilles supportent sans risque de rupture les contraintes dues aux différentes dilata- tions Toutefois, selon une variante de réalisation, on peut limiter l'effort de traction transmis à la gaine au moyen d'entretoises comportant des échan- crures longitudinales destinées à permettre la déformation des extrémités de ces entretoises sous l'effet de la dilatation de la colonne de pastilles lors de la montée en puissance du réacteur nucléai- re. 3796 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 représente une vue d'ensem- ble en deux parties d'une aiguille combustible de réacteur nucléaire conforme à l'invention, la figure 2 représente une vue d'ensem- ble d'une aiguille fertile de réacteur nucléaire con- forme à l'invention, la figure 3 représente un premier mode de réalisation d'une entretoise utilisée pour blo- quer la colonne de combustible dans une aiguille de l'invention, la figure 4 représente un deuxième mode de réalisation d'une entretoise déformable utilisée dans une aiguille combustible de l'invention. L'aiguille combustible représentée sur la figure 1, désignée par la référence générale 1, est constituée par une gaine métallique 2 à paroi mince dont la longueur est très grande par rapport à son diamètre A l'intérieur de la gaine 2 sont empilées des pastilles de combustible fissile 4 et fertile 6. A ses deux extrémités, la gaine est fermée par un bouchon 8 soudé à la gaine Un fil 10 enroulé en spirale autour de la gaine 2 assure l'espacement des aiguilles combustibles d'un même assemblage. L'aiguille 1 ' représentée sur la figure 2 est une aiguille fertile Comme l'aiguille combusti- ble de la figure 1, elle est constituée par une gai- ne métallique 2 à paroi mince Toutefois, contraire- ment à cette dernière, elle ne contient que des pas- tilles fertiles 6 A ses deux extrémités, elle est fermée par un bouchon soudé à la gaine 2. -13796 Conformément à l'invention, le maintien des pastilles est assuré aux deux extrémités par des entretoises tubulaires 12 et par un sertissage sup- plémentaire de positionnement de la colonne fertile, pour l'aiguille combustible Les entretoises 12 sont arrondies à leurs extrémités afin de constituer une surface plane d'appui pour les pastilles combusti- bles Let trous 14 qui subsistent permettent le pas- sage des gaz dégagés par la réaction de fission qui se produit pendant le fonctionnement dur éacteur nu- cléaire Les entretoises 12 sont placées en butée respectivement au-dessus et au-dessous de la colonne de pastilles et elles sont serties sur la gaine 2. Ainsi, les entretoises 12 sont bloquées en transla- tion par rapport à la gaine On assure de cette ma- nière le maintien de la colonne de pastilles fissi- les et/ou fertiles. Etant donné les jeux de montage des pas- tilles, l'aiguille combustible ou fertile réalisée conformément à l'invention supporte sans risques de rupture les contraintes dues aux différentes dilata- tions à la première montée en puissance du réacteur nucléaire En régime permanent, ces aiguilles ont un comportement identique à celui des aiguilles de l'art antérieur dans lesquelles le maintien de la colonne est assuré par un dispositif à ressort. Toutefois, en conditions accidentelles, il est possible de limiter éventuellement le risque de mise en traction de la gaine au moyen d'entretoi- ses 12 telles que celle représentée sur la figure 4. Cette entretoise, représentée en perspective, com- porte un certain nombre d'échancrures 16, pratiquées longitudinalement aux deux extrémités dans la paroi du tube Ces échancrures laissent en relief des lan- guettes 18 qui sont déformables sous l'effet de la poussée résultant de la dilatation de la colonne de pastilles La déformation des languettes 18 limite l'effort transmis à la gaine. L'invention a également pour objet un pro- cédé de fabrication des aiguilles combustibles ou fertiles qui viennent d'être décrites Ce procédé comporte deux variantes selon le type d'aiguille On sait en effet que le coeur d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides est constitué essentiellement d'assemblages combustibles et fertiles contenant respectivement un faisceau d'aiguilles combustibles et un faisceau d'aiguilles fertiles Les aiguilles combustibles comportent dans leur partie centrale une colonne de pastilles fissiles et, au-dessus et au-dessous de cette colonne de pastilles fissiles, une couverture axiale supérieure et une couverture axiale inférieure de pastilles fertiles Les aiguil- les fertiles ne comportent que des pastilles ferti- les La fabrication de ces deux types d'aiguilles combustibles est différente étant donné que les ai- guilles fertiles ne comportent pas de plutonium Ce métal étant très toxique, il est nécessaire de le manipuler dans des boîtes à gants en zones contrô- lées Au contraire, les pastilles fertiles à oxyde d'uranium non enrichi peuvent être manipulées sous hotte ventilée et sous air Il y a donc avantage à séparer les opérations qui doivent être effectuées en zone contrôlée plutonium des opérations qui peu- vent être effectuées en dehors de cette zone. Selon le procédé de l'invention, on réali- se les opérations successives suivantes pour fabri- quer une aiguille combustible à pastilles fissiles et fertiles: On effectue un léger sertissage de la gai- ne à une cote C fixe (voir figure 1) Ce sertissage a pour but de positionner les pastilles fertiles 6. On introduit les pastilles fertiles 6 par l'extrémi- té inférieure On introduit une entretoise 12 infé- rieure au contact de la colonne fertile et on sertit la gaine et l'entretoise à la cote fixe A La lon- gueur de l'entretoise 12 est suffisante pour qu'il soit toujours possible de la sertir sur la gaine, compte tenu des variations de longueur de la colonne fertile provenant des tolérances de fabrication des pastilles Le sertissage de l'entretoise 12 immobi- lise la colonne fertile au jeu de montage près On peut donc introduire le bouchon inférieur 8 et le souder sans difficultés particulières, puisqu'aucun effort n'est exercé sur ce bouchon On contrôle en- suite le cordon de soudure. L'ensemble des opérations qui viennent d'être décrites ne comporte pas de manipulation de plutonium et peut donc être effectué à l'extérieur d'une zone contrôlée plutonium Grâce au sertissage réalisé à la cote C, l'ensemble peut être aisément manipulé et transporté en zone contrôlée plutonium o la fabrication de l'aiguille combustible se pour- suit en boite à gants. En zone contrôlée plutonium, on introduit par la partie supérieure de la gaine 2 les pastilles fissiles 4 On introduit au-dessus de la colonne fissile des pastilles fertiles supérieures 6 puis l'entretoise supérieure 12 au contact de la colonne fertile On sertit la gaine et l'entretoise à la cote fixe B La hauteur de l'entretoise 12 permet de prendre en compte les tolérances sur la hauteur de la colonne de pastilles, de telle sorte que le ser- tissage peut être réalisé entre deux cotes extrêmes Bl et B 2 pour l'entretoise 12 tout en conservant la cote fixe C de sertissage pour l'aiguille. On introduit le bouchon supérieur 8 On le soude et on contrôle la réalisation de la soudure. Le procédé de l'invention s'applique éga- lement à la fabrication d'aiguilles fertiles Dans ce cas, l'aiguille ne comporte qu'un seul type de pastilles et il n'est plus nécessaire de sertir la gaine à la cote fixe c De plus, l'ensemble des opé- rations peut utre réalisé hors d'une zone contrôlée plutonium La réalisation est donc facilitée La première partie de la fabrication peut être effec- tuée hors enceinte et sous air Le montage peut com- mencer indifféremment par le bas ou le haut de l'ai- guille Ces opérations sont les suivantes: On introduit une entretoise 12, on sertit cette entretoise et la gaine à une cote fixe A ou B. On introduit la bouchon supérieur ou inférieur selon le côté o l'on a introduit et sertie l'entretoise. On soude le bouchon et on contrôle la soudure de ce bouchon On introduit les pastilles fertiles, puis une deuxième entretoise au contact de la colonne de combustible fertile, et on sertit cette entretoise à cote fixe. La fin de la fabrication s'effectue en at- mosphère contrôlée hélium. On pose le deuxième bouchon 8, on le soude et on contrôle la soudure de ce deuxième bouchon. REVENDICATIONS 1 Aiguille combustible et aiguille fer- tile de réacteur nucléaire du genre de celles qui comportent une gaine ( 2), une colonne de pastilles fissiles et/ou fertiles ( 4, 6), à l'intérieur de la gaine ( 2), et des bouchons d'extrémités ( 8) soudés aux deux extrémités de la gaine ( 2), caractérisée en ce que la colonne de pastilles est maintenue par deux entretoises tubulaires ( 12) de faible épaisseur et à bords arrondis placées en butée contre les deux extrémités de la colonne combustible ( 4, 6) et ser- ties à cote fixe sur la gaine ( 2). 2 Aiguille combustible selon la revendi- cation 1, caractérisée en ce que la colonne de pas- tilles fissiles et fertiles est maintenue en outre par un sertissage supplémentaire de positionnement de la colonne de pastilles fertiles. 3 Aiguille combustible selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les entretoises ( 12) présentent aux deux extrémités des échancrures ( 16) longitudinales pratiquées dans la paroi de l'entretoise et destinées à permettre la déformation des extrémités de ces entretoises sous l'effet de la dilatation dela colonne combustible ( 4, 6) résultant de l'irradiation de la colonne de pastilles dans le coeur du réacteur nucléaire. 4 Procédé de fabrication d'une aiguille combustible de réacteur nucléaire selon l'une quel- conque des revendications 1 à-3, caractérisé en ce que: on effectue un sertissage léger de la gaine de la cote fixe (C), on introduit des pastilles fertiles ( 6) par l'ex- trémité inférieure de la gaine ( 2), on introduit l'entretoise inférieure ( 12) au con- tact de la colonne fertile ( 6), on sertit la gaine ( 2 > et l'entretoise ( 12) à la cote fixe (A), on introduit le bouchon inférieur ( 8), on soude le bouchon inférieur ( 8), on contrôle la soudure, l'ensemble des opérations qui précèdent étant effec- tué hors zone contrôlée plutonium, et en ce que: on introduit la colonne fissile ( 2), on introduit les pastilles fertiles supérieu- res ( 6), on introduit l'entretoise supérieure ( 12 > au con- tact de la colonne fertile ( 6), on sertit la gaine ( 2) et l'entretoise ( 12) à la cote fixe (B), on pose le bouchon supérieur ( 8), on soude le bouchon supérieur ( 8), on contrôle la-soudure, l'ensemble des opérations de cette deuxième phase étant effectué en zone contrôlée plutonium. Procédé de réalisation d'une aiguille combustible fertile de réacteur nucléaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caracté- risé en ce que: on introduit une entretoise ( 12), on sertit cette entretoise à la gaine ( 2) à une cote fixe, on introduit un bouchon ( 8) du côté de l'entretoi- se sertie, on soude un premier bouchon ( 8) et on contrôle la soudure de ce bouchon, on introduit des pastilles fertiles ( 6), On introduit la deuxième entretoise ( 12), on sertit cette entretoise, l'ensemble des opérations qui précèdent étant effec- tué sous hotte ventilée et sous air, et en ce que: on pose le deuxième bouchon, on soude le deuxième bouchon, on contrôle la soudure de ce deuxième bouchon, l'ensemble de ces opérations étant effectué en en- ceinte à atmosphère contrôlée hélium.