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Réaoteur. nucléaires générateur* de vapeur.' ' ? x, j, ,, .r
La présente invention concerne des réacteurs nucléaires générateurs de vapeur, du genre comprenant un réseau de tubes à pression générateurs de vapeur contenant du combustible nucléaire et pénétrant dans un dispositif modérateur dont la entière servant de modérateur (par exemple de l'eau lourde) est isolée des tubes
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pretzion (par exemple par une cuve "calandrian).
la présente invention a pour but de procurer un réacteur nucléaire générateur de vapeur de forme perfectionnée.
Suivant l'invention, un réacteur nucléaire générateur de vapeur comprend un réseau de tubes d'Agent de refroidissement contenant du combustible nucléaire, chaque tube d'agent de refroi.
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disteaent étant loge ooaxialexent dans un tube aaauadri,a,' la cuve
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calandra contenant le modérateur et le combustible nucléaire comprenant dans chaque tube à pression, une couronne de corps con- bust1bles entourant un tuba iaperforé coaxial au tube à pression, l'intérieur du tube contenant une colonne en mouvement de modéra- teur liquide dont la vitesse de circulation dans cette atruei'il'fc' est étranglée.
Une forme d'exécution de l'invention sera décrite ci*
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'i.prèsa à titre d'exemples avec référence aux dessins annexas dans lesquels : la fig 1 est une vue de cote .fragmentaire d'un réacteur nucléaire générateur de vapeur;
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la Fig. 2 est une coupe suivant la ligne Il.-Il de la Fig 1; et, les Figs. 3 et 4 sont des graphiques '
Sur les Fige. 1 et 2, un réacteur nucléaire générateur de vapeur comporte un roseau de 400 tubes à pression générateurs de
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vapeur 2 contenant des montages combustibles nucléaires et génie. trant dans un dispositif modérateur formé d'une cuve calandrla 4 contenant de l'eau lourde 10.
L'eau lourde 10 est isolée des tubes à pression 2 par des tubes calandria 11 et par les tubes 2 eux-mêmes, les intervalles annulaires qui séparent les tubes à pres- sion 2 des tubes calandria 11 étant remplis de CO2 gâteux. Les
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montages combustibles 1 ont la forme da faisceaux de barreaux cor- bustibles allongés 5 disposés dans des couronnes A et B entourant un tube imperfré 6 disposé dwis l'axe de chaque tube de pression 2# l'intérieur 9 de chaque tube 6 contenant une colonne en mouvement de modérateur liquide dont la. vitesse de circulation dans le tube 6 est étranglée par un orifice étranglé 3a ménagé dans une plaque 3 obturant l'extrémité inférieure du tube 6.
Chaque faisceau de barreaux 5 est refroidi par de l'eau
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ordinaire introduite dans l'extrémité inférieure du tube 2 tt pas- sant à l'extérieur du tube 6 et une fraction de l'eau ordinaire de refroidissement (qui est également un modérateur neutronique) J)t6nô- tre dans le tube 6 par l'orifice étranglé 3a pour former la colonne
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4a mouvement de modérateur liquide dont la longueur est 14&'eaentt supérieure à la longueur des barreaux combustibles 20 La circula- tion de l'eau ordinaire dans le tube 6 est séparée de le circula" lion de l'agent de refroidissement dans le faisceau d4 barreaux combustibles $ par la paroi imperforse du tube 6. , Les barreaux combustibles 5 comprennent ehAOun une pil<t de pastilles de combustible Ua.2as dans une gaine 13 en alliage de zirconium.
Les extrémités de la saine 13 tant fermées par des bouchons 14 soudés à la gaine. Le tube 6 de chaque montage caaaburw tibia 1 porte, sur ses extrémités supérieur@ et Intérieure, de. plaques d'alliage de zirconium 15 percées d'ouvertures de circulation pour logent de refroidissement 16 et de mortaises 17 maintenant dos embouts 19 prévus aur les extrémités des bouchons des barreaux combustibles 14. Les bouchons 14 sont fixés aux pla- ques 15 par des soudures 19. Les périphéries des plaques 15 sont
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espacées de 010 pouce 2â mm) des parois adjacentes de$ tubes à pression 2.
Les montas.. combustibles 1 sont maintenus a leurs extra mité. les une par rapport aux autres par des saillies 20 coopérant avec des encoches 21 dans les extrémité des tubes 6. Le montage
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dombu.t1bl. inférieur 1 est supporté dans un tube de pression 2 par un anneau de support 22 soudé à la paroi du tube.
L'eau ordinaire de refroidissement introduite dans 1'es
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trémité inférieure du tube 2 est mise en ébullition pour évacuer la chaleur nucléaire produite dans les barreaux combustibles
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5 et le mélange vapeur-oau produit est évacué de l'extrémité supé- rieure du tube 2 pour séparer l'eau Après séparation, la vapeur restante passe dans des tubes à pression situés dans une autre par. tie du réacteur où elle est surchauffée. La colonne d'eau -modérateur à l'intérieur 9 des tubes 6 est maintenu* par la circulation étranglée d'eau ordinaire passant par les orifices étranglés
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3&.
La circulation étranglée est suffisante pour eapecher toute ébullition dans la colonne et ainsi pour maintenir l'eau de la
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colonne en substance à la meae densité (Ot7j z/=3) que la densité de l'eau de refroidissement qui pénètre dans le tube 2 (La densité
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de logent de refroidi sèment qui passe sur les barreaux combusti- blet 5 diminua à mesure qu'il mont., de sort* qu'en W1 point ettui à mi-distance le long du tube 2j cette densité est de 0,4 &/0=3).
Voici d'autres détails de cette forme d'exécution de l'invention :
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<tb> Pastilles <SEP> combustibles <SEP> 12 <SEP> 0,43 <SEP> pouce <SEP> de <SEP> diamètre <SEP> et <SEP> de <SEP> longueur <SEP> (10,9 <SEP> mm)
<tb>
<tb> Enrichissement <SEP> 1,9 <SEP> Co
<tb> Diamètre <SEP> extérieur <SEP> de <SEP> la
<tb>
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couronne A ',0' pouces (7,75 ea)
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<tb> Diamètre <SEP> extérieur <SEP> de <SEP> la
<tb>
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couronne B 4,5 pouces (11" eu) Gaine de barreau combustible z.3 Tube en alliage do 11roon1um de as pouce (1,27 cm) de diamètre extérieur sur 0,033 pouce (0084 ma)
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<tb> d'épaisseur <SEP> de <SEP> paroi <SEP> sur <SEP> 22 <SEP> pouces
<tb> (56 <SEP> ci)
<SEP> de <SEP> longueur
<tb>
<tb> Tube <SEP> 6 <SEP> Tube <SEP> en <SEP> alliage <SEP> de <SEP> zironi <SEP> de
<tb> 2,2 <SEP> pouces <SEP> (5,4 <SEP> om) <SEP> de <SEP> diamètre
<tb> extérieur <SEP> fur <SEP> 0,0625 <SEP> pouce
<tb> (0,63 <SEP> mm) <SEP> d'épaisseur <SEP> de <SEP> paroi-
<tb>
<tb> Tube <SEP> à <SEP> presion <SEP> 2 <SEP> tube <SEP> en <SEP> alliage <SEP> de <SEP> zirooium <SEP> de
<tb>
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6#08 pouces '1,4 cm) de diamètre extérieur et de 0,31 pouce z9 mm)
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<tb> d'épaisseur <SEP> de <SEP> paroi
<tb>
<tb> Poids <SEP> total <SEP> du <SEP> combustible <SEP> dans
<tb> le <SEP> tube <SEP> à <SEP> pression <SEP> 2 <SEP> 154 <SEP> kg
<tb>
<tb> Longueur <SEP> du <SEP> tube <SEP> à <SEP> pression <SEP> ' <SEP>
<tb> (au-dessus <SEP> du <SEP> noyau) <SEP> 12 <SEP> pieds <SEP> (3,6 <SEP> m)
<tb>
<tb> Chaleur <SEP> produite <SEP> par <SEP> les <SEP> tubes
<tb> à <SEP> pression <SEP> 2,56 <SEP> M.W
<tb>
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Tube calandrla 11 tube en Jlum1n1um de 6j$3 pouces (17 3 02) de .i.aasirt intérieur et de 6$128 pouce (3p25 m#} d'épais-
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<tb> seur <SEP> de <SEP> paroi
<tb>
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Cuve càlandrît 4 24 pieds (7,2 m) de diamètre inté-
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<tb> rieur <SEP> et <SEP> 16 <SEP> pieds <SEP> 6 <SEP> pouces <SEP> de <SEP> pro-
<tb>
<tb>
<tb> fondeur <SEP> (4.95 <SEP> m)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> d'entrât <SEP> de <SEP> .l'eau <SEP>
<tb>
<tb> de <SEP> refroidissement <SEP> ordinaire <SEP> 282 c
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> de <SEP> sortie <SEP> de <SEP> la
<tb>
<tb>
<tb> vapeur <SEP> 283*C
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Qualité <SEP> de <SEP> la <SEP> vapeur <SEP> de <SEP> sortie <SEP> 13% <SEP> en <SEP> poids
<tb>
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Pression nominale de l'agent 992 Ilvres/ppuce oarr4 de refroidissement (6904 kg/oigi Pression d'admisilon de l'agent 1003 livr /poua< oarrrf de retroidlostâent (70 k</ca2) Pression de sortie de logent 982 livres/pouce aarri de refroidissement (b8' x&/QM4) ,m r
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Sur la Fis* 3# la courbe n représente la répartition du flux neutronique (thermique)
radial d'un montage ooobust4ble 1 à mi-distance le long d'un tube à pression 2 et la courbe ±J représente la répartition du flux radial d'un montai' ooabust4ble connu (voir pat exemple le brevet anglais n', 8"'1. a,a) dan le m&ae #111.u, le montage combustible connu étant essentiellement ' semblable au montage combustible 1 sauf que le tube 6 et la colcnn'
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d'eau ordinaire modératrice y contenue sont remplacés par sept
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barreaux combustible# auppl'menta1r.. 5 espacés de telle façon qu'
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une section transversale des tubes de pression 2 est uniformément
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occupée pur des barreaux combustibles 5.
L* examen de la ?it* 3 entre que la courbe n indique une variation moindre du flux neu-
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tronique dans la partie du montage remplie de combustible que la
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courbe U et une augmentation notable de la valeur du flux moyen.
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La variation radiale substantielle du flux neutronique
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dans le montage COC1bu.tj,bl' connu (come indiqué par la courbe z)
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est le résultat de la forte capacité d'absorption de neutrons de
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lur&nius combustdbleo Cosme le combustible supplémentaire (c'est- à-dire les sept barreaux combustibles rioplaçant l'eau ordinaire
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contenue dans le tube 6 du montage combustible connu) est protégé
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par les barreaux coabustîbleà 5 des couronne..A,
Bop là plupart des neutrons rapides produits dans les barreaux combustibles sup- plé#enta1res par une fission nucléaire et qui pénètrent ultérieure.. ment dans l'eau lourde servant de modérateur dans la cuve oaland1'1a 4 pour retourner dans le tube à pression 2 co=e neutfone ther-' aîques,, sont absorbés pendant le retour par les barreau combusti-
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blet adjacents au modérateur.
La courbe de répartition du flux neutronique Amélioré
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n du montage combustible 1 résulte cependant du te:çuoead%1t du
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combustible supplémentaire par une colonne de modérateur neutro- nique de sorte que les neutrons rapide produits dans les couronne* de barreaux combustibles $ entourant la colonne passent non seule- ment à l'extérieur dans l'eau lourde modératrice 10 contenue dans la cuve 4 mais également à l'intérieur dans l'eau ordinaire contenue dans la tube 6 pour revenir sous toron. de neutrons thermiques dans les barreaux combustibles relativement non protégés 5.
La Fig 4 est une transformation du graphique de distri-- bution du flux neutronique radial de la Fig.3 en un graphique de répartition de puissance radiale. La courbe P1 représente la répar. tition de puissance radiale du montage combustible 1 et la courbe P2 la répartition de puissance radiale du aontage combustible connu.
On peut voir que les courbes P1,P2 indiquent une différence substantielle dans la répartition de puissance radiale avec une variation moindre de la répartition de puissance réalisée par le montage combustible 1
La puissance de sortie totale du montage combustible 1 est légèrement inférieure (3%) à celle du montage combustible connu.
Cette diminution de la puissance totale est facilement dépassé par des besoins de combustible fortement réduit. (18%) de la* que d'eau lourde modératrice (25%)L'invention procure également un écartemetn plus serré des tubes à pression (103 pouces ou 26 cm compares aux 10,75 pouces ou 27,3 cm nécessaires pour le montage combustible connu).
Des variantes de l'invention comprennent l'admission d'eau lourde dans les tubes 6. Cela ne pose aucun problème si les barreaux combustibles 5 doivent être refroidis par de l'eau lourde également mais, si on conserve l'eau ordinaire comme agent de re froidissement l'eau lourde peut être introduite dans les tubes 6 indépendamment de l'agent de refroidissement du réacteur* Par exemple, le tube 6 du montage combustible inférieur 1 peut s'ajuste? sur une lance alimentée d'eau lourde débité* par une enduite pla cée coaxialemetn dans le tube à pression 2,,
des dispositifs appro priés étant prévus à l'extrémité inférieure du tube à pression
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pour Maintenir la circula tiens d'eau oX''\1M:1t..t d'eau lourde , iil3flr - ' - . , . r ', " , , . ,. 1 j . \ lt, (t t Y.a. .'r.
XEtENI3IC.'UN6. , ,; ' t. ', t r ! { ' - 1.- facteur nucléaire générateur de vaptur, caraot'r:1'. en C4 qu'il comprend un résetu de tubes d'Agent de refroidissement contenant du combustible nucléaire, chaque tube d'aient de retro!- d:.l18ement étant lOS' coax1slement dans un tube aa,rnndriai là cuve calandr1A contenant du modérateur, le combustible nucléaire compre" n6nt une couronne d'éléments combustibles dans chaque tube à pre,.. eionj) la couronne encerclant un tube 1mpertor6 coaxial su tube à
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pression, l'intérieur de ce tube coaxial contenant une colonne en Mouvement de liquide modérateur dont 14 vitesse de circulation dans le tube est étranglée..
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2.- hé,ateur nucléaire suivant la revendication 1, c.ar.adtér1s' en ce que l'agent de refroidissement est de l'eau ordi. naire ou de l'eau lourde et la colonne de modérateur liquide en
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mouvement est de l'eau ordinaire ou de l'eau lourde.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.