Brevet FR3095889A1 — publié le 20201113

Description Titre de l'invention : Assemblage de combustible nucléaire pour réacteur à eau pressurisée et coeur de réacteur nucléaire contenant un tel assemblage 0001 j La présente invention concerne un assemblage de combustible nucléaire pour réacteur à eau pressurisée, permettant le multi-recyclage de combustible nucléaire. [0002] Le recyclage des assemblages de combustible nucléaire de réacteur à eau pressurisée irradiés, dont le combustible, avant irradiation, ne contient pas d'oxyde de plutonium mais uniquement de l'oxyde d'uranium, est mis en oeuvre depuis longtemps. De tels assemblages sont en général dénommés assemblages UOX et la matière fissile qu'ils contiennent combustible UOX. Le plutonium recyclé à partir des assemblages UOX irradiés peut être mélangé, sous forme d'oxyde, avec de l'oxyde d'uranium, généralement appelé matière support ou uranium support, pour constituer des assemblages de combustible nucléaire dénommés assemblages MOX (pour Mixed OXide) et la matière fissile qu'ils contiennent combustible MOX. Ces assemblages MOX contiennent, avant irradiation, uniquement du combustible MOX. Ces assemblages MOX sont conçus pour obtenir l'équivalence énergétique par rapport aux assemblages UOX avec lesquels ils cohabitent dans le coeur du réacteur nucléaire. Un exemple d'un tel assemblage MOX est en particulier décrit dans la demande de brevet antérieure FR 2 693 023 Al. Cet assemblage ne donne cependant pas entière satisfaction. En effet, cet assemblage est conçu pour obtenir l'équivalence énergétique dans le cas où le plutonium des crayons MOX provient d'assemblages UOX irradiés, mais ne permet pas d'obtenir de manière satisfaisante l'équivalence énergétique pour du plutonium dit « multi-recyclé », c'est-à-dire issu du recyclage de combustibles MOX irradiés. [0003] Le concept de multi-recyclage, c'est-à-dire de recyclages successifs du combustible issu d'assemblages MOX irradiés, est étudié depuis de nombreuses années et diverses variations de conception des assemblages ont été étudiées à des fins de constitution de coeurs chargés uniquement d'assemblages MOX, appelés coeurs 100% MOX dans la suite. Les résultats de telles études sont notamment décrits dans les articles G. Youinou et al. : Plutonium Multirecycling in Standard PWRs loaded with Evolutionary Fuels, Nuclear Science and Engineering 151(2005) pp.25-45 et A. Vasile : Advanced fuels for plutonium management in pressurized water reactors, Journal of Nuclear Materials 319 (2003) pp.173-179. [0004] Dans le cas de coeurs 100% MOX, tels que ceux décrits dans les articles évoqués ci- dessus, la question de l'équivalence énergétique avec des assemblages UOX n'est pas abordée. 2 [0005] Tl est cependant souhaitable de concevoir des assemblages permettant l'utilisation de combustible multi-recyclé et susceptibles d'être utilisés dans des coeurs mixtes comprenant à la fois du combustible MOX et des assemblages UOX, plutôt que dans des coeurs 100% MOX. [0006] En effet, l'exploitation d'un réacteur à eau pressurisée en configuration coeur 100% MOX est plus délicate que l'exploitation en configuration coeur 100% UOX ou même en configuration coeur mixte, c'est-à-dire coeur contenant à la fois des assemblages UOX et des assemblages MOX équivalents énergétiquement à ces assemblages UOX. En particulier, l'efficacité des absorbants habituellement utilisés (grappes de commande et bore dissous dans l'eau du circuit primaire) est réduite dans le cas d'un coeur 100% MOX. En effet, le spectre neutronique du combustible UOX est plus thermique que celui du combustible MOX, c'est-à-dire qu'il contient une proportion de neutrons thermiques (énergie REVENDICATIONSAssemblage de combustible nucléaire (16) pour réacteur nucléaire (1) à eau pressurisée, l'assemblage (16) comprenant des crayons (24) de combustible nucléaire, des tubes-guides (31) de réception de crayons absorbants (40) d'une grappe de commande (20) et éventuellement un tube d'instrumentation, les crayons (24) étant répartis en deux zones (41,42) [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] - une zone centrale (41), tous les crayons (24) de la zone centrale (41) étant des crayons (24) dont le combustible, avant irradiation, est exclusivement à base d'oxyde mixte d'uranium et de plutonium ; et - une zone périphérique (42) s'étendant le long de faces extérieures de l'assemblage (16), tous les crayons (24) de la zone périphérique (42) contenant, avant irradiation, de l'oxyde d'uranium mais pas d'oxyde de plutonium. Assemblage (16) selon la revendication 1, dans lequel certains au moins des crayons (24) de la zone centrale (41) sont des crayons (24) contenant un poison neutronique. Assemblage (16) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la zone centrale (41) est zonée en ce qui concerne la teneur en plutonium des crayons (24), la teneur en plutonium augmentant de l'extérieur vers l'intérieur de la zone centrale (41). Assemblage (16) selon la revendication 3, dans lequel les crayons (24) de la zone centrale (41) sont répartis en trois groupes de crayons (24), la teneur en plutonium des crayons (24) étant identique au sein du même groupe, et les teneurs en plutonium des crayons (24) de groupes différents étant différentes. Assemblage (16) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel tous les crayons (24) de la zone centrale (41) présentent, avant irradiation, sensiblement la même composition isotopique du plutonium. Assemblage (16) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'uranium des crayons (24) de la zone centrale (41) présente une teneur massique en uranium 235 strictement inférieure à la teneur massique en uranium 235 des crayons (24) de la zone périphérique (42). Assemblage (16) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel certains au moins des crayons (24) de la zone péri- 20 phérique (42) sont des crayons (24) contenant un poison neutronique. [Revendication 8] Assemblage (16) selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, dans lequel l'assemblage (16) ne comprend pas de boîtier extérieur. [Revendication 9] Assemblage (16) selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, dans lequel les crayons (24), les tubes-guides (31) et l'éventuel tube d'instrumentation occupent tous les noeuds d'un réseau régulier. [Revendication 10] Assemblage (16) selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, dans lequel le combustible nucléaire est conditionné sous forme de pastilles (36) pleines contenues dans les crayons (24). [Revendication 11] Coeur (2) de réacteur nucléaire (1) comprenant au moins un assemblage de combustible (16) selon l'une quelconque des revendications précédentes. [Revendication 12] Coeur (2) selon la revendication 11, dans lequel tous les assemblages de combustible (16) sont des assemblages (16) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10. [Revendication 13] Coeur (2) selon la revendication 11, comprenant : - au moins un premier assemblage de combustible (16), le premier assemblage (16) étant un assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, et - au moins un deuxième assemblage de combustible (16), différent du premier assemblage (16). [Revendication 14] Coeur (2) selon la revendication 13, comprenant une pluralité de deuxièmes assemblages (16), tous les crayons de combustible (24) des deuxièmes assemblages (16) contenant, avant irradiation, de l'oxyde d'uranium mais pas d'oxyde de plutonium, le au moins un premier assemblage (16) étant adjacent, sur l'une au moins de ses faces latérales, à un deuxième assemblage (16). [Revendication 15] Coeur (2) selon la revendication 14, dans lequel les crayons (24) des deuxièmes assemblages (16) présentent une teneur en uranium 235 strictement inférieure à la teneur en uranium 235 des crayons (24) de la zone périphérique (42) du ou des premiers assemblages (16).