Brevet FR2533742A1 — publié le 19840330

Procédé pour envelopper par un fil des barreaux de combustible nucléaire La présente invention concerne un procédé pour envelopper dans un fil des barreaux combustibles pour des réacteurs nucléaires De nombreuses dispositions de réacteurs nucléaires, notamment des réacteurs rapi- des, utilisent un fil qui est enroulé en hélice autour des barreaux combustibles individuels Ce fil sert à maintenir un espace entre les barreaux, permettant ain- si au caloporteur du réacteur de circuler dans la matri- ce de barreaux. Dans une réalisation courante de réacteur rapi- de, le coeur du réacteur qui contient la matigre com- bustible produisant de la chaleur paf une réaction nu- cléaire; est constitué par un certain nombre d'éléments combustibles Ces éléments sont positionnés en une ma- trice compacte qui augmente au maximum le rendement nu- cléaire et thermique Les éléments sont généralement très longs par rapport à leur section et ils sont norma- lement positionnés avec leur axe vertical Le caloporteur- qui peut être un métal liquide comme du sodium, circule par les éléments combustibles pour enlever la chaleur résultant de la réaction nucléaire Cette chaleur est développée dans les barreaux combustibles qui constituent Les éléments combustibles, Ces barreaux sont généralement enfermés dans une gaine qui sert à contenir les barreaux combustibles et à diriger le courant de caloporteur. Les barreaux combustibles contiennent les ma- tières fissibles ou combustibles qui sont nécessaires pour que la réaction de fission nucléaire se produise-et donc pour que le réacteur fonctionne Ces barreaux sont de longs tubes à parois minces qui sont fermés herméti- quement aux deux extrémités et contiennent le combustible. Les barreaux peuvent aussicontenir des constituants in- ternes non combustibles pour positionner le combustible et pour recueillir les produits de fission T'es extrémi- tés des barreaux sont réalisées pour supporter le barreau dans l'élément Etant donné qu'une chaleur extrême est dével oppée pendant la réaction de fission, il est impéra- tif que cette chaleur soit éliminée par le caloporteur, rapidement et efficacement Cette chaleur doit 8 tre trans- férée du combustible par la gaine, vers le caloporteur. Des barreaux voisins doivent tre positionnés de manière as que du caloporteur puisse circuler entre eux et éliminer cette chaleur Desfils enroulés en hélice autour des bar- reaux établissent cet espace entre ces barreaux mais ne perturbent pas l'opération essentielle d'élimination de chaleur. Tes procédés antérieurs pour effectuer cet en- roula'e d'un fil ont tous des inconvénients spécifiques qui sont éliminés par l'inventiqn décrite ci-après Ces procédés antérieurs mettent tous en oeuvre la mragme techni- que de base Cette technique consiste à 1) fixer le fil à une extrémité du barreau (en général par une combinaison de techniques mécaniques et de soudage),2) avec le fil maintenu en tension, faire tourner le barreau pour obtenir le pas désiré, et 3) fixer le fil à l'extrémité opposée du barreau Tes inconvénients de ces procédés antérieurs sont: 1) le barreau combustible fléchi et s'incurve lorsque le fil est enroulé sur lui En fonction de la réa- lisation du barreau, cet effet de flexion et de courbure peut entraîner des contraintes mécaniques dans le combus- tible et la -aine Ces contraintes peuvent avoir des effets inconnus pendant l'utilisation ultérieure des barreaux, lors du fonctionnement du réacteur. 2) une opération manuelle est nécessaire, ce dont il résulte une exposition du personnel à un rayonnement ionisant en raison de la proximité du barreau combustible pendant la fixation du fil sua le barreau, L'utilisation prévue de combustible avec des taux d'exposition de rayon- nement plus élevés, peut entraîner une augmentation consi- dérable de l'importance de ce problème. Un objet essentiel de l'invention est donc de proposer un procédé d'enroulement dtun fit d'écartement pour le caloporteur autour de barreaux combustibles, pourvant 9 tre bien adapté à des opérations automatisées, et pouvant Atre commandé à distance, sans entraîner de contraintes indésirables dans les barreaux. Compte tenu de cet objet, l'invention concerne donc un procédé de montage d'un fil dtenveloppement autour d'un barreau combustible de réacteur nucléaire, selon le- quel le fil est formé préalablement en une hélice, carac- térisé en ce que le barreau combustible est placé à l'in- térieur de l'hélice de fil, cet hélice étant étendue axia- lement, entraînant ainsi une contraction radiale'de cette hélice jusqu'à ce qu'elle soit en contact avec le barreau combustible, pratiquement suivant des longueurs contigus du fil et du barreau, et les extrémités du fil étant fi- xées aux extrémités opposéesdu barreau combustible. De préférence, le fil est soudé sur les bouchons d'extrémité du barreau combustible. Dtautres caractéristiques et avantages de lin- vention apparaîtront au cours de la description qui va sui- vre d'un exemple de réalisation et en se référant au dessin annexé sur lequel: La Figure 1 est une coupe partielle en élévation d'un élément combustible de réacteur nucléaire, utilisant des barreaux combustibles enveloppés d'un fil, et la Figure 2 représente schématiquement un fil en hélice avant son montage sur un barreau combustible. Sur la Figure 1, la référence numérique 1 désigne la chemise extérieuxed'un élément combustible Cette chemi- se enferme un faisceau de barreaux combustibles 2 paral- lèle Les barreaux combustibles 2 sont fermés par des capu- chons 3 d'extrémité supérieure et des capuchons 4 d'extrémi- té inférieure En générai, les barreaux 2 de l'élément com- bustible sont placés en un réseau hexagonal uniformeo Ltécartement entre les barreaux 2 dans la chemise 1 est obtenu par un élément d'écartement ou un fil 5 qui est enroulé en hélice de pas allongé sur la surface exté- rieure de chaque barreauonmbustibte 2 Le fil 5 s'étend sur toute la lonjueur du barreau comb>ustible 2 Le fil est fixé ri-idemnent aux extrémités du barreau combus- tible 2 par soudage, tmais i L peut être fixe en variante par sertissage ou autre moyen Diverses modifications de t'élément d'écartement petvrent comprendre le remplace- ment du fil 5 par un tube, par un fil à l'intérieur d'un tube ou toute autre configuration produisant l'écartement VO Ul u. io Le procédé spécifique selon l'invention est le suivant. 1 Le fi L 5 est enroulé préalablement en une hélice 7 (voir Figure 2). 2 Le barreau combustible 2 est centré sur l'hélice 7 et le fil 5 est fixé à l'un des capuchons d'extrémité 3 ou 4 Différents moyens de fixation des fils sur le barreau sont connus dans la technique anté- rieure, y compris des fixations mécaniques et le soudage. L'utilisation d'une soudure sous gaz inerte ou d'une o 20 soudure par résistance est proposée pour faciliter l'auto- matisation de l'ensemble du dispositif. 3 Avec le barreau 2 maintenu fixe, une tension axiale (voir flèche 6 sur la Fig 2) est appliquée au fil 6 pour contracter radialement l'hélice 7 dans la direc- tion de la flèche 8 de la Figure 2 et l'amener en contact intime avec la gaine du barreau La géométrie du barreau et de l'hélice de fil entratne un contact pratiquement simultané sur toute la longueur du barreau comme le montre la Fig 1. 4 Le fil 5 est ensuite fixé sur l'extrémité opposée du barreau combustible 2. Une caractéristique essentielle de l'invention est que le procédé décrit peut être utilisé pour enveipp- per des barreaux de tout diamètre et avec tout pas hêli- coldal du fil sans modification importante de la machine d'enroulement (dans tes limites évidentes de dimensions de la machine) Ce La peut se faire simplement en modifiant Le diamètre et le pas du fil enroulé préalablement. Des réglages mineurs de la position des soudures à l'une ou aux deux extrémités peuvent être nécessaires pour d'adaptaticnà des diamètres différents de barreaux ou des pas différents du-fil Ce procédé convient pour une commande à distance automatisée, en réduisant la néces- sité de manipulation des barreaux par du personnel, ce qui réduit le risque des problèmes d'exposition au rayon- nement. REVENDICATION S 1 Procédé de montage d'ul fil enroulé ( 5) au- tour d'un barreau cor mbustible ( 2) de réacteu: nucléaire, selon lequel le fil ( 5) est forme prealabienmexit en une hélice ( 7), procédé caractérisé ern ce que le barreau corn- bustible ( 2) est placé à l'intérieur de l'hélice de fil ( 7), ladite hélice de fil ( 7) étant allongée axialement entraînant une contraction radiale de ladite hélice ( 7) jusqu'à ce qu'elle soit en contact avec ledit barreau com- bustible ( 2) pratiquement suivant des longueurs conitinues dudit fil et dudit barreau ( 2), et les extrémités dudit fil ( 5) sont fixées sur les extrémités opposées dudit barreau combustible ( 2). 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit fil ( 5) est soudé sur ledit barreau com- bustible ( 2).