Brevet FR2581232A2 — publié le 19861031

FR 2581232 A2 19861031 FR 8506328 A 19850425 COEUR DE REACTEUR NUCLEAIRE A NEUTRONS RAPIDES COMPORTANT UN SEUL TYPE D'ASSEMBLAGES DE COMBUSTIBLE NUCLEAIRE La présente invention se rapporte à un coeur de réacteur nucléaire à neutrons rapides dont les asassemblages de combustible nucléaire sont tous identi que s. Dans la demande de brevet français n" 85 01203 déposée le 29 janvier 1985, on a décrit et revendiqué un coeur de réacteur nucléaire à neutrons rapides dont la zone fissile est constituée d'assemblages identiques à enrichissement unique, des éLé- ments diluants, notamment en acier étant régulièrement repartis Darmi les assemblages de combustible nucléaire dans une partie centrale de la zone fissile, celle-ci étant considérée radialement. Les éléments diluants placés dans la partie centrale radiale de la zone fissile permettent de ré duire la réactivité du coeur. Une bonne distribution de ces éléments permet ainsi d'obtenir une répartition radiale des puissances dans le coeur relativement bien aplatie. De plus, grâce à l'utilisation d'un seul type d'assemblages de combustible nucléaire, il est possible de choisir un enrichissement unique en matière fissile d'environ 16% en volume, pour lequel les puissances dissipées dans les assemblages restent pratiquement stables en cours de cycle. La présente invention concerne un perfectionnement à un coeur de réacteur nucléaire à neutrons rapides ainsi réalisé, permettant d'obtenir également une répartition axiale des puissances relativement bien aplatie tout en préservant les avantages qui viennent d'être mentionnés. A cet effet, le coeur de réacteur nucléaire à neutrons rapides décrit et revendiqué dans la demande de brevet français nO 85 01 203 est caractérisé de plus par le fait que chacun des assembLages constituant la zone fissile comprend, dans une partie cen trale axiale, au moins une zone diluante permettant d'aplatir la distribution axiale de puissance dans cet assemblage. Dans un mode de réalisation préféré de l'in- vention, la partie centrale axiale de chaque assemblage s'étend sur une longueur comprise entre 5X et 15% de la longueur totale de la zone fissile de cet assemblage. Le combustible nucléaire se présente de façon connue sous la forme d'empilements de pastilles placées dans des gaines en acier inoxydable pour former un faisceau d'aiguilles. La zone diluante est alors obtenue en plaçant dans la partie centraLe axiale de chacune de ces aiguilles soit au moins un bloc d'acier, soit au moins une structure d'acier creuse délimitant un évidement. Dans une première variante de réalisation de L'invention, la partie centrale axiale de chaque ai gui île comprend une seule zone diluante placée au centre de la zone fissile de cette aiguille. Dans une deuxième variante de réalisation de l'invention, la partie centrale axiale de chaque aiguille comprend une première zone diluante placée au centre de La zone fissiLe de cette aiguiLLe et deux zones diluantes disposées symétriquement par rapport à cette première zone. Dans une troisième variante de réalisation de l'invention, la partie centrale axiale de chaque aiguille comprend deux zones diluantes disposées symétriquement par rapport au centre de La zone fissile de cette aiguilLe. On décrira maintenant, à titre d'exemples non limitatifs, différentes variantes de réalisation de l'invention en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un assemblage de combustible nu cléaire destiné à être placé dans la zone fissile du coeur d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides, conformément à L'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une aiguille de l'assemblage combustible nu cléaire représenté sur la figure 1, ilLustrant une première variante de réalisation dans laquelle la partie centrale axiale de l'aiguille comprend une seule zone diluante constituée par un bloc d'acier ;; - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une aiguille comparable à ta figure 2, illustrant une deuxième variante de réalisation de l'inven- tion dans laquelle La partie centrale axiale comprend trois zones diluantes constituées chacune par un bloc d'acier ; - la figure 4 est une vue en coupe Longitudinale d'une aiguille comparable aux figures 2 et 3 illustrant une troisième variante de réalisation de L'invention dans laquelle la partie centrale axiale comprend deux zones diluantes constituées chacune par un bloc d'acier ; et - la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'une aiguille comparable aux figures 2 à 4, illustrant une autre variante de réalisation de L'in- vention dans laquelle la partie centrale axiale de l'aiguille comprend une seule zone diluante constituée par un évidement délimité par une structure d'acier creuse. Sur la figure 1, on a représenté un assem blage de combustible nucléaire 20 comprenant de façon connue un boîtier externe 50, généralement de section hexagonale, une tête 52 permettant la préhension et la manutention de l'assemblage à l'aide d'un outil tel qu'un grappin ou un ringard, et un pied 54 par lequel L'assemblage est supporté verticalement et alimenté en métal liquide, lorsqu'il est mis en place dans le coeur du réacteur. A l'intérieur du boîtier 50 est placé un faisceau d'aiguilles de combustible nucléaire 52 entre lesquelles circule le métal liquide servant à prélever la chaleur dégagée par la réaction nucléaire, pour La transférer jusqu'aux échangeurs de chaleur intermédiaires entre le circuit primaire et le circuit secondaire du réacteur.Différentes variantes de réalisation des aiguilles 52 vont maintenant être décrites en se référant aux figures 2 à 5. L'aiguille de combustible nucléaire 52 représentée sur la figure 2 comprend de façon connue une gaine 30, un bouchon 32 de fermeture supérieure, et un bouchon 34 de fermeture inférieure. A l'intérieur de la gaine 30 est placé le combustible nucléaire 36, constitué par exemple par un empilement de pastilles formées par un oxyde mixte d'uranium et de plutonium. Ce combustible 36 détermine la zone fissile de l'assemblage. Conformément à l'invention, au moins une zone diluante 38 est placée dans la zone fissile cons tituée par le combustible 36. Cette zone diluante 38 est située dans la partie centrale de la zone fissile, cette dernière étant considérée dans le sens de l'axe longitudinal de l'aiguille. Pour cette raison, la partie centrale dans laquelle est située la zone 38 sera appelée par la suite "partie centrale axiale" de l'aiguille. Par rapport à la longueur totale axiale de cette zone fissile, désignée par la référence L sur la figure 2, la partie centrale axiale dans laquelle se trouve la zone diluante 38 s'étend sur une longueur I comprise de préférence entre 5% et 15% de la longueur L. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2 , l'aiguille 52 comprend une seule zone diluante 38, de telle sorte que la longueur l de la partie centrale axiale de l'aiguille correspond à la longueur de cette zone 38. Sur la figure 2, la zone diluante 38 est constituée par un bloc d'acier. De façon connue, la zone fissile constituée par le combustible 36 est placée entre deux zones fertiles (non représentées) constituant la couverture axiale supérieure et la couverture axiale inférieure du coeur. Ce matériau fertile peut être constitué par des pastilles de dioxyde d'uranium placées dans les aiguilles au-dessus et en-dessous de la zone fertile. La figure 3 représente une deuxième variante d'une aiguille 52 réalisée conformément à L'invention. L'aiguille de combustible nucléaire 52 représentée sur la figure 3 présente pour l'essentiel des caractéristiques identiques à celles de l'aiguille 52 décrite précédemment en se référant à la figure 2. La variante de réalisation de la figure 3 se distingue uniquement de la variante de réalisation de la figure 2 par le fait que la partie centrale axiale de L'aiguille comprend trois zones diluantes en acier 38a, 38b et 38c. La partie 38a est placée au centre de la zone fissile formée par le combustible nucléaire 36 et s'étend sur une longueur inférieure à la longueur I de La zone 38 dans la variante de la figure 2. Les zones diluantes 38b et 38c sont placées de part et d'autre de la zone centrale 38a et de façon symétrique par rapport à celle-ci. Leur longueur est en outre très inférieure à celle de la zone centrale 38a. Comme dans la variante de réalisation de la figure 2, la longueur I' de la partie centrale axiale de l'aiguille 52 de la figure 2 dans laquelle se trouvent les zones diluantes 38a, 38b et 38c est comprise de préférence entre 5X et 15% de La longueur totale L de La zone fissile de cette aiguille. La variante de réalisation de la figure 4 ne se distingue de la variante de la figure 3 que par le fait que la partie centrale axiale de l'aiguille 52 comprend deux zones diluantes en acier 38'b et 38'c placées de façon symétrique par rapport au centre de la zone fissile formée par le combustible nucléaire 36. Dans les variantes de réalisation des figure 3 et 4, le fractionnement de la zone diluante permet, par un choix judicieux de la longueur et de la position des trois zones diluantes élémentaires 38a, 38b, 38c, ou 38'b et 38'c d'obtenir une répartition axiale des puissances aussi aplatie que possible. Une extrapolation de cette observation conduit à penser que le fractionnement de la zone di Luante en quatre zones élémentaires ou plus permet d'obtenir un aplatissement de la répartition axiale des puissances encore amélioré. Cela est bien exact, mais le faible gain en aplatissement des puissances qui en résulte est alors largement contrebalancé par la complexité de réalisation de l'aiguille. Dans la variante de réalisation représentée sur la figure 5, l'aiguille 52 est également réalisée pour l'essentiel de façon identique à l'aiguille décrite précédemment en se référant à la figure 2. Elle se distingue essentiellement de cette dernière par le fait qu'elle comprend une zone unique diluante 38' qui n'est plus formée ici par un bloc d'acier mais par un évidement délimité par une structure d'acier creuse 42. Bien entendu, la variante de réalisation de la figure S peut être combinée avec celles des-figures 3 et 4. En d'autres termes, dans les variantes de réalisation des figures 3 et 4, on peut remplacer chacun des blocs d'acier constituant les zones diluantes 38a, 38b et 38c, ou 38'b et 38'c par des évidements délimités par des structures d'acier creuses. L'invention qui vient d'être décrite en se référant aux figures 1 à 5 se combine avec l'invention décrite et revendiquée dans la demande de brevet français nO 85 01203. En d'autres termes, tous les assemblages de combustible nucléaire 20 constituant la zone fissile du coeur sont identiques et présentent un enrichissement unique. En plus de l'aplatissement radiaL des puissances obtenu grâce aux éléments diluants réguliére- ment répartis parmi les assemblages dans la partie centrale radiale de la zone fissile, la présence d'au moins une zone diluante 38 dans la partie centrale axiale de chacun des assemblages permet d'aplatir axialement les puissances, sans augmenter la longueur des assemblages. Il est à noter que cette dernière caractéristique permet en outre de réduire le coût du cycle de retraitement de 15 à 20x. REVENDICATIONS 1. Coeur de réacteur nucléaire à neutrons rapides comprenant une zone fissile constituée d'assembLages de combustible nucléaire (20) parmi lesquels sont régulièrement répartis des trous de passage pour des barres de pilotage et d'arret réalisées en un matériau absorbant les neutrons, lesdits assemblages étant juxtaposés et disposés selon un réseau régulier, caractérisé en ce que - la zone fissile est constituée d'assemblages (20) identiques à enrichissement unique, - des éléments diluants sont régulièrement répartis parmi les assemblages (20) dans une partie centrale radiale de ladite zone fissile, afin de réduire la réactivité dans cette partie centrale radiale, - chacun des assemblages (20) constituant la zone fis sile comprend, dans une partie centrale axiale, au moins une zone diluante (38, 38a, 38b, 38c;; 38tub, 38'c; 38') permettant d'aplatir la distribution axiale de puissance dans cet assemblage. 2. Coeur de réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que La partie centrale axiale de chaque assemblage s'étend sur une longueur (l) comprise entre 5% et 15X de ta longueur totale (L) de la zone fissile (36) de cet assemblage. 3. Coeur de réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, les assemblages comprenant un faisceau d'aiguilles, chacune des zones diluantes (38, 38a, 38b, 38c; 38'b, 38' c) comprend au moins un- blocc d'acier placé dans chaque aiguille (52). 4. Coeur de réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, les assemblages comprenant un faisceau d'aiguilles, cha cune des zones diluantes (38') comprend au moins un évidement (38') délimité dans chaque aiguille (52) par une structure d'acier creuse (42). 5. Coeur de réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la partie centrale axiale de chaque assemblage comprend une seule zone diluante (38, 38') placée au centre de La zone fissile (36) de cet assembLage. 6. Coeur de réacteur selon L'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que La partie centrale axiale de chaque assemblage comprend une première zone diluante (38a) placée au centre de la zone fissile de cet assemblage et deux zones diluantes (38b, 38c) disposées symétriquement par rapport à Ladite première zone de dilution des neutrons. 7. Coeur de réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la partie centrale axiale de chaque assemblage comprend deux zones diluantes (38'b, 38'c) disposées symétriquement par rapport au centre de la zone fissile de cet assemblage.