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Eléments combustibles pour réacteurs nucléaires.
La présente invention se rapporte à la fabrication d'élé- ments combustibles pour réacteurs nucléaires et en particulier à la fabrication d'éléments ;ombustibles pour réacteurs nucléaires du type à dispersion qui comprennent une gangue d'un matérieu céra- mique non fissile fritté (tel que l'oxyde de béryllium) contenant une dispersion de particules d'un matériau combustible fissile céramique tritté (tel que le bioxyde d'uranium).
Ces éléments combustibles peuvent être obtenus sous la forme de barreaux par extrusion et frittage ultérieur d'un mélange
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plastique du matériau de gangue en poudre. Les particules du maté- riau combustible fissile sont ajoutées au mélange et mélangées avec celui-ci avant l'extrusion.
. De tels produits extrudés frittés comprennent des parti- cules du matériau combustible fissile à nu à la surface du barreau et ne conviennent pas directement pour être utilisés tels quels dans un réacteur nucléaire comme éléments combustible parce que,les produits de fission formés dans les particules de matériau combusti- ble fissile à la surface du barreau pendant l'irradiation dans un réacteur nucléaire, peuvent s'échapper dans l'agent de refroidisse- ment du réacteur et le contaminer.
Pour pouvoir être utilisés comme éléments combustibles dans un réacteur nucléaire, ces barreaux doivent dès lors être munis d'un revêtement d'un matériau céramique non fissile sur leurs surfaces longitudinales et leurs faces d'about. Les barreaux peuvent être munis d'un tel revêtement sur leurs surfaces longitu- dinalès par co-extrusion du barreau et d'un matériau de revêtement mais en pareil cas, les faces d'abcut des barreaux obtenus ne seront pas revêtues.
Suivant l'invention, un procédé pour appliquer un revê- tement céramique sur les faces d'extrémité non revêtues d'un bar- reau d'élément combustible pour réacteur nucléaire du type à disper- sion qui comprend une gangue d'un matériau céramique non fissile fritté contenant en dispersion des particules d'un matériau céra- mique fissile fritté et comporte un revêtement d'un matériau céra- mique non fissile fritté sur sa surface longitudinale est caracté- risé en ce qu'on presse à chaud un embout en matériau céramique fritte en forme de plaque, cet embout étant constitué du même maté- riau céramique que le matériau de gangue du barreau d'élément combustible en contact avec chacune des faces d'about non revêtues du barreau,
un disque de poudre pressée à froid non frittée du même matériau céramique que l'embout et le matériau de gangue du
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barreau et contenant un fondant étant interposé entre les embouts et les faces d'about du barreau. ,
Un fondant approprié comprend une composition de verre telle qu'un mélange de poudres de dioxyde de silicium, d'oxyde d'aluminium et d'oxyde de magnésium.
On obtient une amélioration du scellement en éliminant les particules de matériau fissile des faces d'atout du barreau par décapage dans de l'acide. L'amélioration du scellement est obtenue par la pénétration du matériau de l'embout dans les trous initiale- ment occupés par le matériau fissile et par élimination du matériau fissile d'une région vulnérable à l'oxydation.
Un procédé conforme à l'invention sera décrit ci-après à titre d'exemple avec référence aux dessins annexés, dans lesquels; la Fig. 1 est une vue en élévation en coupe longitudina- le d'un barreau d'élément combustible pour réacteur nucléaire du type à dispersion ; et la Fig. 2 est une vue en élévation en coupe longitudinale d'un appareil destiné à l'exécution du procédé de l'invention.
Sur la Fig. 1 du dessin, un barreau d'élément combustible pour réacteur nuc éaire du type à dispersion 1 comprend, par exem- ple, une gangue d'oxyde de béryllium fritté 2 contenant en disper- sion des particules 3 de bioxyde d'uranium fritté.
Un tel barreau de combustible peut être obtenu par ex- trusion et frittage ultérieur d'un mélange plastique de poudre d'oxyde de béryllium mélangée avec de l'eau pour assurer la plasti- cité, un liant organique pour donner de la résistance au barreau extrudé vert et un librifiant tel que la glycérol pour faciliter le passage du produit extrudé au travers de la filière d'extrusion.
Les particules de bioxyde d'uranium 3 sont ajoutées et mélangées au mélange avant l'extrusion. Le barreau 1 est muni d'un revêtement 4 d'oxyde de béryllium ne comprenant pas de combustible, par co- extrusion de la gangue comprenant du combustible et d'un matériau
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de revêtement, mais en pareil cas, les faces d'about 5 du bar- reau 1 ne seront pas revêtues. Afin de sceller les faces d'extré- mité 5 du barreau 1, un embout en béryllium fritté 6 est pressé à chaud en contact avec chacune des faces d'about 5 du barreau 1.
Un disque d'oxyde de béryllium pressé à froid non fritté 7 conte- nant un fondant tel qu'une composition de verre fait d'un mélange de poudres de dioxyde de silicium, d'oxyde d'aluminium et d'oxyde de magnésium est interposé entre chaque embout 6 et la face d'about 5 correspondante du barreau 1.
Le pressage à chaud de l'embout 6 pour sceller les faces d'extrémité 5 du barreau 1 est exécuté enutilisant l'appareil re- présenté sur la Fig. 2. L'appareil de la Fig. 2 comprend un four tubulaire entouré de molybdène comportant un tube de doublageen alumine 9. Le four 8 est supporté par un bloc de base 10 comportant une cavité 11 qui reçoit l'extrémité inférieure du tube de doublage 9. L'extrémité inférieure du tube de doublage 9 est scellée dans un élément annulaire 12 par un anneau en caoutchouc au silicone 13.
Une plaque 14 fixée sur l'élément annulaire 12 par des boulons 15 et des écrous à oreilles 16 est scellée sur l'élément annulaire 12 par un anneau en caoutchouc au silicone 17 et comporte un bossage central 18 qui fait saillie au travers de l'élément annulaire 12 dans l'extrémité inférieure du tube de doublage . e barreau de combustible 1 est placé dans un manchon 19 en alumine, d'une manière lâche, éntre des plateaux supérieur et inferieur 20 et 21 en alumine.
Le plateau inférieur 21 est prévu dans l'extrémité supérieure d'un tube en alumine 22 qui est monté sur la face d'extrémité supérieure du bossage 18 de la plaque 14. Le plateau supérieur 20 est disposé dans l'extrémité inférieure d'un tube en alumine 23 qui fait saillie verticalement vers le haut au travers du tube de doublage 9 et est pourvu d'un tube de prolongement 24 en acier inoxydable qui fait saillie hors de l'extrémité supérieure du tube de doublage 9. L'ex- trémité supérieure du tube de prolongement en acier inoxydable 24 a
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une forme conique fermée et un scellement à soufflet tubulaire flexi- ble 25 réunit le tube de prolongement en acier inoxydable 24 et l'extrémité supérieure du tube de doublage 9.
Le barreau de com- bustible est introduit entre les plateaux 20 et 21par un système à levier comprenant un bras de levier 26 qui pivote sur un support 27 et porte un poids 28. Une conduite d'entrée de gaz 29 est prévue à l'extrémité supérieure du tube de prolongement en acier inoxydable 24 et une conduite de sortie de gaz 30 est prévue au travers du bossage central 18 de la plaque 14.
Lorsqu'on utilise l'appareil de la Fig. 2 pour appliquer un embout sur un barreau dé combustible 1 tel que représenté sur la Fig. 1, la barreau de combustible 1 et les embouts 6 sont tout d'abord ,:-:parés par meulage des faces d'about 5 du barreau 1 et des faces d'about correspondantes des embouts 6. Le barreau de combustible 1 est alors décapé dans de l'acide nitrique à 50 volu- mes % pour éliminer les particules de bioxyde d'uranium 3 des - @ faces d'about 5 du barreau 1, en laissant vides des cavités 31 qui étaient précédemment occupées par des particules de bioxyde d'uranium 3.
Les disques 7 sont préparés par pressage à froid d'un mélange de poudre d'oxyde de béryllium contenant 25% en poids d'un fondant formé d'une'bouillie aqueuse peu épaisse ayant comme composition 62% en poids de bioxyde de silicium, 20% en poids d'oxyde d'aluminium et 18% en poids d'oxyde de magnésium. Des disques du même diamètre que celui du barreau 1 et de 0,040 pouce (1 mm) d'épaisseur sont utilisés. Le barreau 1, les embouts 6 et les disques 7 sont assemblés et placés dans le manchon en alumine 19, les faces qui entrent en contact avec les embouts 6, dès disques 7 et du barreau 1 ayant préalablement été revêtues d'une mince suspension d'oxyde de béryllium dans l'eau. L'appareil est assemblé, avec le manchon 19 aligné verticalement entre les plateaux en alu- mine 20 et 21.
On s'assure que la longueur du barreau 1 plus les embouts 6, est supérieure à la longueur du manchon en alumine 19 .
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afin que les embouts soient poussés contre les faces d'about 5 du barreau 1 entre les plateaux 20 et 21.
Le pressage à chaud est effectué à 1450 C dans de l'hy- drogène pendant 1 heure à une pession d'environ 2000 livres/pouce carré (140 kg/cm2), de l'hydrogène étant admis dans l'appareil par la conduite d'entrée de gaz 29 et retiré par la conduite de sortie de gaz 30. Après enlèvement du barreau de combustible de l'appareil, les embouts 6 sont meulés au même diamètre que le corps du barreau 1.
Des essais effectuas sur des barreaux de combustible munis d'embouts par le procédé de l'invention montrent qu'une intégrité élevée de scellement est réalisée. On n'observe aucune rupture du scellement après des essais de cyclage thermique inten- sifs à partir de la température ambiante jusqu'à 600 C, à raison. de 100 C par heure, et pendant un chauffage continu à 800 C dans de l'air pendant 4 jours. En découpant des barreaux de combustible munis d'embouts par le procédé de l'invention, on a constaté qu'un bon joint est formé entre l'embout 6 et le matérieu de gangue (oxyde de béryllium) des barreaux et qu'une pénétration complète et un remplissage des cavités 31 dans les faces d'about du barreau de combustible se produisent.
REVENDICATIONS.
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