Brevet FR2551580A1 — publié le 19850308

Couverture fertile pour le coeur d'un réacteur nucléaire sous-modéré L'invention concerne la fabrication du coeur d'un réacteur nu cléaire à eau sous pression du type sous-modéré. Le coeur d'un réacteur de ce type comporte des assemblages combustible fissiles émettant un rayonnement neutronique et peut comporter des couvertures fertiles dont le rôle est, outre la production d'énergie par fission, essentiellement d'absorber le rayonnement neutronique en produisant du plutonium et de le réfléchir. Le coeur d'un tel réacteur baigne dans un fluide modérateur tel que de l'eau qui, généralement, sert également de fluide caloporteur. Ce fluide circule en contact avec les éléments combustibles disposés à l'intérieur des assemblages. Par rapport aux réacteurs à eau sous pression de type classique qui ne comportent que des assemblages fissiles, les réacteurs sous-modérés présentent un rapport volume de modérateur/volume du matériau fissile dans le coeur, ou rapport de modération VM/W, très inférieur, si bien que le spectre d'énergie des neutrons est tries différent de ce qu'il est dans les réacteurs nucléaires à eau sous pression de type classique ou réacteurs PWR. Ce spectre est intermédiaire entre celui des réacteurs PWR où les neutrons sont très lents et celui des réacteurs rapides où les neutrons ne sont pas ralentis. Le spectre d'énergie des neutrons dans les réacteurs sous-modérés est dit épithermique.Un tel spectre de neutrons épithermique permet de produire de la matière fissile à partir de la matière fertile qui constitue les couvertures fertiles. Ces couvertures fertiles se trouvent à la périphérie du coeur (couverture radiale du coeur), à la partie supérieure et à la partie inférieure du coeur (couverture axiale du coeur), et éventuellement également au niveau de chaque assemblage combustible, chaque assemblage pouvant possè- der sa propre couverture fertile. La couverture axiale du coeur peut éventuellement être constituée d'une pluralité de couvertures situées aux extrémités de chacun des assemblages combustibles ou même de chaque crayon contenu dans chacun des assemblages. Cette pluralité de couvertures a le même rôle qu'une couverture unique située au-delà des extrémités des assemblages dans la partie supérieure ou la partie inférieure du coeur.Ces couvertures peuvent donc revêtir des formes différentes, pourvu qu'elles constituent une enveloppe entourant complètement les assemblages combustibles formant le coeur. Ainsi la couverture radiale peut être constituée par l'ensemble des assemblages périphériques du coeur, ou encore uniquement par une rangée de crayons de ces assemblages périphériques, la rangée de crayons étant bien sûr située vers l'extérieur du coeur. Cette couverture fertile peut encore revêtir la forme d'une plaque contenant un matériau fertile et située en périphérie du coeur. A titre d'exemple, on peut se reporter à la demande de brevet français n" 81-15261 du 6 Août 1981 au nom de la demanderesse. Dans cette demande de brevet, la couverture fertile radiale du coeur est constituée par les assemblages fertiles 3 de la périphérie du coeur (figure 1). Les couvertures fertiles propres à chaque assemblage sont constituées par les pastilles 24 des parois latérales 15 de chaque assemblage combustible (figure 6) ainsi que des crayons fertiles 31 situés au voisinage des angles d'intersection des parois 15. Cette demande de brevet ne montre pas de couverture axiale du coeur mais une telle couverture pourrait être réalisée en pla çant du matériau fertile dans les fonds 17 et 18 de chaque assemblage com- bustible (figure 3). Outre leur participation à la production d'énergie, par fission, les couvertures fertiles jouent le rale de réflecteur pour les neutrons dont l'énergie est trop élevée pour être absorbée ou pour fissionner et elles absorbent des neutrons en produisant du plutonium. Les neutrons arrivant au contact de ces couvertures sont donc soit absorbés par elles soit réfléchis : ces couvertures jouent bien le rôle d'enveloppes étanches pour le coeur tout entier ou, éventuellement, en plus, pour chaque assemblage. Ces couvertures présentent en outre le grand avantage de produire du plutonium qui pourra être utilisé dans d'autres réacteurs par exemple des réacteurs sous-modérés dits économiseurs dont le coeur est composé d'un mélange fissile, uranium naturel-plutonium. On a donc intérêt à produire bien sQr la plus grande quantité de plutonium possible. Jusqu'à présent les couvertures fertiles ont été réalisées en bioxyde d'uranium appauvri. De telles couvertures permettent d'obtenir une assez grande quantité de plutonium ; par exemple dans un réacteur sous-modéré dont le rapport de modération VM/VU est égal à 0,31 une-couverture radiale fertile constituée de bioxyde d'uranium peut produire une quantité de plutonium égale à environ 400 Kg de plutonium. On aurait tout intérêt à augmenter encore cette quantité de plutonium produit et c'est pourquoi l'invention a pour objet des couvertures fertiles pour le coeur d'un réacteur nucléaire sous-modéré susceptible de pro duire une quantité de plutonium supérieure aux quantités de plutonium produites jusqu'à présent dans les réacteurs sous-modérés. Plus particulièrement, l'invention concerne une couverture fertile pour le coeur d'un réacteur nucléaire sous-modéré comportant des assemblages combustibles fissiles émettant un rayonnement neutronique et des couvertures fertiles destinées essentiellement à absorber le rayonnement neutronique en produisant du plutonium ou à le réfléchir. Selon l'invention, cette couverture fertile est réalisée en un alliage binaire constitué d'uranium dans une proportion en poids comprise entre 85 et 95 % et de l'un des éléments des colonnes Va et VIa de la classification périodique des éléments, dans une proportion en poids comprise entre 5 et 15 %. De préférence, ces proportions sont respectivement de 90 Z et 10 %. Dans un premier mode de réalisation de la couverture fertile selon l'invention, celle -ci est réalisée en un alliage binaire d'uranium et de molybdène. Dans un deuxième mode de réalisation de la couverture fertile selon l'invention, que l'on préfère au premier mode, celle-ci est réalisée en un alliage binaire d'uranium et de vanadium. Des couvertures fertiles réalisées en de telles alliages permettent d'obtenir une production de plutonium améliorée. Par exemple un alliage d'uranium-molybdène avec une proportion de molybdène de 10 Z en poids a permis d'obtenir un gain en quantité de plutonium produit de l'ordre de 20 Z par rapport à la quantité de plutonium produit par un réacteur sous-modéré analogue dont les couvertures fertiles étaient réalisées en bioxyde d'uranium. Par exemple, pour un réacteur sousmodéré avec un rapport de modération VM/W de 0,31, une couverture radiale en alliage d'uranium et de molybdène a permis d'obtenir une quantité de plutonium fissile de 476 Kg de plutonium. Un alliage d'uranium et de vanadium permet d'obtenir des résultats encore meilleurs. Par exemple, pour le même réacteur sous-modéré de rapport de modération VM/W égal à 0,31, la couverture radiale a pu fournir jusqu'à 600 Kg de plutonium. Des résultats semblables ont également été obtenus pour les couvertures fertiles axiales. REVENDICATIONS 1.- Couverture fertile pour le coeur d'un réacteur nucléaire sousmodéré comportant des assemblages combustibles fissiles émettant un rayonnement neutronique et des couvertures fertiles destinées essentiellement à absorber le rayonnement neutronique en produisant du plutonium ou à le réfléchir, caractérisée par le fait qu'elle est réalisée en un alliage binaire constitué d'uranium dans une proportion en poids comprise entre 85 et 95 x et de l'un des éléments des colonnes Va et VIa de la classification périodique des éléments, dans une proportion en poids comprise entre 5 et 15 Z. 2.- Couverture fertile selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle est réalisée en un alliage binaire d'uranium et de molybdène. 3.- Couverture fertile selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle est réalisée en un alliage binaire d'uranium et de vanadium.