Brevet FR2603416A1 — publié le 19880304

Assemblaae combustible Pour réacteur nucléaire p réseau évolutif. La présente invention concerne les assemblages combustibles nucléaires du type comportant deux embouts d'extrémité et des premiers et deuxièmes crayons combustibles disposés sensiblement verticalement, espacés et maintenus aux noeuds d'au moins un réseau régulier par des grilles réparties dans le sens longitudinal de l'assemblage et présentant toutes des dimensions externes sensiblement identiques. L'invention trouve une application particulièrement importante, bien que non exclusive, dans le cas des réacteurs refroidis et modérés à l'eau légère et notamment des réacteurs à eau sous pression dits PWR. Dans de nombreux réacteurs nucléaires PWR, la répartition des crayons dans les assemblages se fait selon un réseau 17 x 17 avec un pas carré. Une répartition des crayons plus dense, par exemple 18 x 18 ou 19 x 19, sans pour autant modifier structurellement les grappes de contrôle et parties internes supérieures du réacteur permettrait de réduire la puissance linéique ou surfacique dégagée par chaque crayon à puissance totale dégagée égale. Les risques d'ébullition nuclée sont alors moindres. D'autres résultats intéressants sont également obtenus (par exemple durcissement du spectre, lorsqu'on réduit l'écartement entre les cray-ons sans changer leur diamètre). On connait déjà des assemblages combustibles nucléaires du type ci-dessus défini ayant une densité locale de répartition des crayons accrue tout en restant compatible avec un coeur prévu initialement pour une plus faible densité. Le document FR-A-2 416 529 montre un assemblage combustible nucléaire composite comprenant un faisceau supérieur et un faisceau inférieur de crayons de combustible espacés axialement l'un de l'autre d'une distance prédéterminée. Les crayons de chaque faisceau sont disposés suivant un réseau régulier et maintenus par des grilles espacées longitudinalement. Le faisceau inférieur comporte moins de crayons de combustibles que le faisceau supérieur, mais de plus grand diamètre. Les dimensions externes des grilles sont sensiblement identiques. Ce type d'assemblage combustible présente plusieurs inconvénients - sa fabrication et son montage sont compliqués. Leur automatisation est difficile, entre autre du fait des différences de diamètre des crayons. - La zone de fixation entre le faisceau inférieur de l'assemblage et le faisceau supérieur est un point de fragilisation La présente invention vise à fournir un assemblage combustible nucléaire répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il comporte des crayons répartis de façon localement plus dense que dans les assemblages avec lesquels il est compatible dans un même coeur, tout en évitant les inconvénients mentionnés ci-dessus. Dans ce but, l'invention propose notamment un assemblage combustible nucléaire du type ci-dessus défini, caractérisé en ce que - les premiers crayons ont une première longueur, s'étendent sensiblement sur toute la hauteur de l'assemblage et sont maintenus par les grilles dans la partie basse de l'assemblage à certains noeuds d'un premier réseau régulier et, dans la partie haute, aux noeuds d'un deuxième réseau régulier, les noeuds du deuxième réseau étant plus espacés que les noeuds du premier réseau, certains des premiers crayons étant cintrés sur une portion de leur longueur, - les deuxièmes crayons ont une deuxième longueur, plus petite que ia première longueur, s'étendent uniquement dans la partie basse de l'assemblage et sont maintenus à certains des noeuds du premier réseau régulier. L'utilisation de l'Uranium des crayons est également optimisée. En effet, dans les assemblages connus de l'art antérieur, on observe que les crayons s'épuisent moins vite en éléments fissiles dans leur partie haute, le réfrigérant étant plus froid en bas du crayon (sur-modération) qu'en haut du crayon (sousmodération). Dans un assemblage selon l'invention, la lame d'eau entre deux crayons étant plus épaisse en partie haute des crayons qu'en partie basse, ces phénomènes de sur-modération et de sous-modération dus P la température vont être naturellement compensés. L'invention propose également un assemblage combustible dont les deuxièmes crayons s'étendent sur une distance comprise entre la moitié et les deux tiers de la longueur des premiers crayons. Dans un mode de réalisation avantageux, les deuxièmes crayons sont identiques aux premiers crayons, sauf en ce qui concerne leur longueur. De façon générale, les premiers et deuxièmes crayons auront sensiblement le même diantre. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels - la Figure 1 est une vue schématique en élévation d'un assemblage pour réacteur nucléaire à eau sous pression, selon l'invention, - la Figure 2 est une vue à grande échelle d'une fraction de l'assemblage combustible de la Figure 1, - la Figure 3 représente deux demi-coupes schématiques de l'assemblage, une demi-coupe supérieure suivant A-A de la figure 2 et une demi-coupe inférieure suivant B-B de la Figure 2, - la Figure 4 représente, en demi-coupe, une variante de la coupe B-B de la Figure 2. La figure 1 montre de façon schématique un assemblage combustible pour réacteur nucléaire à eau sous pression selon l'invention, refroidi par un réfrigérant circulant de bas en haut. Il comporte un embout supérieur 1, un embout inférieur 2 et des grilles 3 de maintien et d'espacement de premiers crayons 4 et de deuxièmes crayons 5. Les premiers crayons 4 s 'étendent sensiblement sur toute la hauteur de l'assemblage. Certains sont légèrement cintrés afin de rattraper le décalage dans le pas des réseaux entre partie haute et partie basse. Ce cintrage a été représenté de façon exagérée sur la figure 1. Les deuxièmes crayons 5 s'étendent uniquement dans la partie basse de l'assemblage. La figure 2 montre une fraction d'un assemblage à pas carré 19 x 19 en partie basse et 17 x 17 en partie haute. Les premiers crayons 4 passent donc d'une répartition aux noeuds du réseau 19 x 19, à une répartition 17 x 17. Ils sont représentés schématiquement par des ronds blancs sur les figures 3 et 4. Les deuxièmes crayons 5 sont répartis à certains des noeuds du réseau 19 x 19. Ils sont représentés par des ronds hachurés sur les figures 3 et 4. Le décalage de certains (référencés 7) des premiers crayons 4 apparait clairement en comparant les deux demi-coupes de la figure 3. D'autres premiers crayons, situés en périphérie de l'assemblage ou sur l'axe 8, restent verticaux, sans cintrage. Les deuxièmes crayons 5 peuvent être répartis de différentes façons. La figure 4 montre par exemple une répartition permettant un écoulement moins perturbé dans la zone de raccordement entre partie basse et partie haute de l'assemblage. L'assemblage comporte des tubes-guides (9, 10) de réception de barres de contrôle. Certains (9) sont cintrés sur une portion de leur longueur et d'autres (10) ne le sont pas. Ce cintrage permet un amortissement supplémentaire de la chute des barres de contrôle prévues pour coulisser dans ces tubes. L'invention ne se limite nullement aux modes de réalisation qui ont été décrits, mais en couvre toutes les variantes notamment celles où - pour passer du premier réseau régulier en partie basse de l'assemblage au deuxième réseau régulier en partie haute de l'assemblage, les premiers crayons sont maintenus par des grilles intermédiaires dont les noeuds constituent un réseau régulier différent des premier et deuxième réseau. - les deuxièmes crayons ne sont pas des crayons contenant du matériau combustible, à forte teneur en isotopes fissiles (uranium enrichi par exemple), mais des crayons "fertiles' dont le bilan neutronique est négatif en fonctionnement (contenant de l'uranium appauvri et/ou du thorium par exemple), des crayons de variation de spectre contenant ou non un matériau absorbant les neutrons, ou encore des crayons contenant de l'eau; - les deuxièmes crayons sont plus courts que la moitié de l'assemblage, - Le pas du réseau est différent du pas carré, - les réseaux réguliers comprennent un nombre de cellules plus faibles ou plus importants que ceux mentionnés, par exemple 15 x 15 ou 20 x 20. - les deuxièmes crayons sont répartis, régulièrement ou non, P des emplacements du premier réseau différent de ceux donnés à titre d'exemple. - les deuxièmes crayons ne sont pas tous identiques dans un meme assemblage. REVENDICATIONS 1. Assemblage combustible nucléaire comportant deux embouts d'extrémité (1, 2), des premiers crayons combustibles (4) et des deuxièmes crayons combustibles (5) disposés sensiblement verticalement, espacés et maintenus au noeuds d'au moins un réseau régulier par des grilles (3) réparties dans le sens longitudinal de l'assemblage et présentant toutes des dimensions externes sensiblement identiques, caractérisé en ce que:: - les premiers crayons (4) ont une première longueur, s'étendent sensiblement sur toute la hauteur de l'assemblage et sont maintenus par les grilles (3) dans la partie basse de l'assemblage à certains noeuds d'un premier réseau régulier et, dans la partie haute, aux noeuds d'un deuxième réseau régulier, les noeuds du deuxième réseau étant plus espacés que les noeuds du premier réseau, certains des premiers crayons étant cintrés sur une portion de leur longueur, - les deuxièmes crayons sont d'une deuxième longueur, plus petite que la première longueur, s'étendent uniquement dans la partie basse de l'assemblage à partir de l'embout d'extrémité inférieure (2) et sont maintenus dans ladite partie basse à certains des noeuds du premier réseau régulier. 2. Assemblage combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deuxièmes crayons s'étendent sur une distance comprise entre la moitié et les deux tiers de la longueur des premiers crayons (4). 3. Assemblage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les deuxièmes crayons (5) sont identiques aux premiers crayons (4), sauf en ce qui concerne leur longueur. 4. Assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les noeuds du premier réseau régulier sont répartis selon un premier pas carré de dix-neuf noeuds sur dix-neuf noeuds, (19 x 19) et les noeuds du deuxième réseau régulier sont répartis selon un deuxième pas carré de dix-sept noeuds sur dix-sept noeuds (17 x 17). 5. Assemblage selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comporte des tubes-guides (9, 10) de réception de barres de contrôle disposés à certains noeuds des réseaux des premiers crayons, certains des tubes guides étant cintrés sur une portion de leur longueur.