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Réacteur nucléaire.
.La présent invention concerne des réacteurs nucléaires et, notamment, un réacteur nucléaire comportant un noyau formé de montages combustibles polygonaux allonges, dans lequel des montages combustibles adjacents sont espacés latéralement les uns des autres par des butées de contact prévues sur ces monta- ges, des lames en matière servant à régler la réactivité peuvent- être introduites dans les intervalles séparant les montages com- bustibles, et les butées comprennent des nervures qui s'étendent dans le sens longitudinal des montages combustibles, ces nervures servant également 'à freiner l'écoulement latéral du fluide hors de ces intervalles.
Une construction de réacteur nucléaire suivant l'invention sera décrite ci-après avec référence aux dessins annexés dans les- quels:
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la Fig. 1 est une coupe verticale du noyau du réacteur la Fig. 2 est une vue en plan schématique du noyau; la Fige 3 est une coupe transversale, à plus grande éch@ le et décalée angulairement, du montage combustible supérieur gauche (portant le chiffre III) de la Fig. 2 et montre des parties le montages combustibles adjacents, et la Fig. 4 est une coupe d'un détail de la Fig. 3.
Le réacteur dont la description suit est un réacteur à eau sous pression de construction monobloc. Le réacteur com- prend un noyau nucléaire placé dans la partie inférieure d'une cuve à pression, un échangeur de chaleur dans la partie supérieure de la cuve, des pompes de circulation et un circuit pour faire passer de l'eau naturelle sous pression dans le noyau pour en extraire de la chaleur, puis dans un échangeur de chaleur pour l'amener à abandonner sa chaleur au profit d'un agent de refroi- dissement secondaire contenu dans l'échangeur de chaleur, et un pressuriseur servant à maintenir l'eau à une pression suffisante pour l'empêcher d'entrer en ébullition. Pendant son passage dans le noyau, l'eau sert de modérateur neutronique ainsi que d'agent de refroidissement.
La réactivité du noyau est commandée par une combinaison des effets de la température de l'eau dans le noyau, du'déplacement des lames absorbant les neutrons par rapport au noyau, et de l'épuisement des poisons consumables incorporés dans le noyau. L'utilisation dq poisons consumablcs pour maîtriser les variations de la réactivité est une technique classique - consistant à incorporer de petites quantités de matières absor- bant les neutrons dans le noyau d'un réacteur. Cette matière agit à la façon d'un poison en soustrayant des neutrons du noyau et en diminuant ainsi sa réactivité. Mais la matière s'épuise ou se consume en absorbant des neutrons de sorte que son effet di- minue pendant la vie du noyau.
L'invention tend à faire correspon- dre l'épuisement du poison-consumable dans le noyau avec l'épuise- ment du combustible de sorte que la réactivité totale du noyau reste en substance.inchangée pendant toute là vie utile du noyau;
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cet objectif est difficile à atteindre en pratique.
Le réacteur nucléaire (Figures 1 et 2) a la forme d'un robuste bâti cylindrique contenant 19 montages combustibles allongés de section hexagonale. Le bâti; du noyau comprend une plaque de fond 11, une paroi cylindrique 12 qui se dresse sur la plaque de fond, une bride 13 qui fait saillie vers l'in- térieur depuis l'extrémité supérieure de la paroi, et un cou- vercle 14 boulonné à la bride. Le bâti du noyau est en substance étanche à l'eau, à part des ouvertures circulaires 15 et des fentes 16 ménagées dans le couvercle et la plaque de fond.
L'eau qui est introduite dans le bâti du noyau par les ouver- tures et les fentes ménagées dans la plaque de fond sort par les ouvertures et les fentes ménagées dans le couvercle. Cha- que montage combustible 17 comprend une cellule hexagonale 18 dans laquelle une grille de support inférieure 19 supporte 169 aiguilles 21,dont 151 contiennent du combustible nucléaire sous forme d'oxyde d'uranium et les 18 restantes contiennent du poison consumable sous forme de borure de zirconium dispersé dans du zirconium; chaque aiguille de poison est gainée d'un'al- liage de zirconium et chaque aiguille combustible est gainée d'acier inoxydable. Comme le montrent les dessins, les aiguilles 21 sont espacées les unes des autres,avec leurs axes longitudinaux parallèles.
Cinq grilles d'espacement 22, espac@es le long des aiguilles combustibles,maintiennent les aiguilles espacées les unes des autres ainsi que de la cellule. A l'extrémité inférieure de chaque montage combustible, un embout inférieur comprend un cou- ' vercle 23,avec une tubulure centrale creuse 24 qui porte des anneaux d'étanchéité extérieurs 25, Lorsque chaque montage combustible est placé verticalement dans le bâti du noyau, sa tubulure 24. est enga- gée dans une des ouvertures 15 ménagées dans la plaque de fond.avec laquelleelle forme un joint étanche à l'eau.
A l'extrémité supérieu- re de chaque montage combustible, un embout supérieur comprend un
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couvercle 26 pourvu d'une tubulure centrale creuse 27 qui porte un pas de vis extérieur interrompu. Un écrou 28 comportant un pas de vis intérieur coopérant interrompu, est vissé sur la tubulure 27 lorsque cette tubulure fait saillie à travers une ouverture ménagée dans le couvercle; le serrage de cet écrou attire le montage combustible vers le haut fermement en contact avec le couvercle. L'écrou 28 porte une bague 29 qui peut être déformée dans des évidements ménagés dans la tubulure 27 pour bloquer l'é- crou par rapport à cette tubulure.
Des lames de commande 31 en matière absorbant les neutrons sont suspendues à des barres 32 du mécanisme de commande,,de manière à être axialement mobiles entre les montages combustibles; les lames sont ntroduites par les fentes
16 ménagées dans le couvercle supérieur. Chaque barre 32 porte trois lames 31 qui sont groupées çu réunies pour former un élément de commande en Y (Fig. 2); de même, les fentes 16 sont réunies en groupes de trois pour recevoir les éléments de commande. Ces éléments de commande sont refroidis par une circulation d'eau limitée passant par les fentes 16 ménagées dans le couvercle et la plaque de fond du noyau.
Dans chaque montage combustible, les aiguilles de poison consumable sont placées à la périphérie ; cet agencement a l'avantage que les crêtes du flux neutronique qui se font sentir dans les inter valles de circulation d'eau séparant les montagescombustibles sont dim nuées par la présence du poison voistn. De plus, des aiguilles . de poison consumable choisies servent à supporter les grilles d'es- pacement 22 de manière à les empêcher de se déplacer axialement.
Dans le montage représenté sur la Fig. 3, des aiguilles combustible
21a (représentées non hachurées) sont disposées en triangle avec un écartement de 1,8 cm. A la périphérie du montage combustible, douze aiguilles de poison consumable 21b (représentées mi-hachurées sont libres de coulisser dans des grilles d'espacement comme décrit ci-après, tandis que six aiguilles de poison consumable 21c (entiè- rement hachurées) sont fixées aux grilles.
Les grilles despace-
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ment 22 comprennent chacune une grille formée de lames d'acier inoxydable assemblées pour former des alvéoles hexagonaux 33 traversés par les aiguilles de combustible ou de poison consuma- ble et des bagues d'espacement élastiques 34 sont fixées a la
Grille pour venir en contact avec les aiguilles et pour les centrer dans les alvéoles. A-la périphérie du montage combustible, les lames formant la grille sont fixées à une bande périphérique 20 qui peut être glissée dans la cellule 18 du montage combustible.
Des organes d'espacement périphériques 35 sont fixés à la cellule
18 pour remplacer les bagues d'espacement à la périphérie du montage.
Chaque grille d'espacement est maintenue dans le montage combustible à des endroits axialement espacés,par suite de sa fixa- tion aux six aiguilles de poison consumable 21c. Le procédé con- sistant à fixer ces aiguilles à la grille est représenté en détail sur la Fig. 4. Chaque aiguille 21c pénètre dans un alvéole 33 de la grille et est maintenue par trois bagues 34 (dont une est repré- sentée en traits interrompus). Une virole 35 est soudée à la gaine
36 de l'aiguille 21c et un disque 37 est soudé à une extrémité de la virole. Lorsque la grille est mise en place de manière à porter contre le disque 37, un second disque 38 est glissé sur l'aiguille 21c et est soudé à la virole 35.
Celà étant, l'alvéole
33 de la grille est serré entre deux disques 37,38 montés sur l'ai- guille 21c. La virole 35 et les disques 37, 38 sont en unalliage de zirconium semblable à celui de la gaine 36; aucune soudure à la grille d'acier inoxydable n'est requise. Les aiguilles de pois consumable restantes 21b et les aiguilles combustibles 21a peuvent coulisser axialement dans les grilles d'espacement 22. Néanmoins, toutes les aiguilles du montage combustible sont espacées les unes des autres latéralement par les grilles 22 et les aiguilles.combus- tibles 21a ne sont ainsi jamais soumises à des contraintes excessi- ves.
Afin d'espacer les montages combustibles adjacents latéra lement les uns des autres, des nervures 39 (fig. 3) en alliage de
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zirconium sont soudées à des coins choisis de la cellule hexagonale
18 qui est également en alliage de zirconium. Dans un montage combustible centrale ces nervures sont soudées à un coin sur deux de la cellule mais cette disposition régulière est délibérément modifiée pour les montages combustibles périphériques tels que le montage représenté en entier sur la Fig. 3.Ces nervures servent d' une part de butées d'angle 41 et d'autre part d'éléments de guidage
41a là o il le faut.
Les butées 41 de montages combustibles adja- cents viennent mutuellement en contact lorsque les montages sont in- troduits dans le noyau et assistent l'action de maintien des' embouts d'extrémité du montage combustible. Le contact mutuel des butées d' angle sert également à empêcher les montages combustibles de tourner dans le noyau et à déterminer et maintenir les dimensions des intervalles remplis d'eau 42 entre les montages combustibles adja- cents, malgré t@@te tendance qu'auraient les montages à se déformer pendant le fonctionnement du réacteur. Les lames 31 des éléments de commande en Y peuvent coulisser dans certains de ces intervalles 42.
L'alignement de ces lames est assisté par des garnitures 43 en alliage de zirconium qui ont la forme de rivets fixés dans des lattes d'acier inoxydable 44 rapportées aux lames. Ces garnitures 43 portent contre les éléments de guidage 41a qui sont formés . par des prolongements des nervures là où il le faut. Par suite de l'identité des matières des garnitures et des éléments de guidage, la corrosion à la ligne de contact ou de coopération entre les garnitures et les éléments de guidage est ramenée à un niveau tolérable.
Une autre fonction des nervures est de freiner l'écoule- ment latéral du fluide hors des intervalles 42 et en particulier un écoulement latéral pénétrant dans le réflecteur périphérique 45 du noyau (Fig. 2) à partir des intervalles périphériques 42 qui ne contiennent pas de lames de commande. Le réflecteur 45 et tous les intervalles sont remplis d'eau de refroidissement pendent que le réacteur fonctionne mais une circulation d'eau
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excessive dans ces intervalles représente un gaspillage de l'éner- gie de pompage de l'agent de refroidissement.
Les fentes 16 ménagées dans la plaque de fond sont dimensionnées de manière à provoquer une circulation d'agent de refroidissement dans les intervalles qui est suffisante pour refroidir les lames de commande y contenues.
Aucune fente ou ouverture dans la plaque de fond n'est prévue en dessous des intervalles qui ne contiennent pas de lame de com- mande ou en dessous du réflecteur 45, de sorte que la circulation dans ces intervalles est fortement diminuée. Afin de maintenir ce schéma de circulation dans les intervalles dans le réflecteur, les butées 41 sont façonnées de manière que leur contact mutuel freine la circulation latérale,de l'agent de refroidissement entre les intervalles et en particulier la circulation latérale allant des intervalles périphériques 42 dans le réflecteur 45 du noyau, qui procurerait autrement une dérivation permettant à l'agent de refroidissement de contourner le noyau.
Les butées 41 s'étendent sur toute la longueur des cellules 18 des montages combustibles et chaque butée 41 comporte deux surfaces de butée d'angle extérieures qui sont respectivement parallèles aux deux côtés de la cellule 18 formant le coin auquel la nervure particulière 39 est fixée. Pour des intervalles non périphériques 42, trois butées 41 (une sur cha- cun de trois coins adjacents de trois cellules adjacentes) viennent en contact à leurs surfaces de butée pour former une branche de l'intervalle en Y 42, cette branche contenant une lame 31 de l'é- .lément de commande en Y.
Pour les intervalles périphériques 42, - tels que ceux représentés en haut à droite sur la Fig. 3, deux butées 41 (une sur chacun de deux coins adjacents de deux cellules adjacentes) viennent en contact à leurs surfaces de butée pour dé- limiter l'extrémité extérieure de l'intervalle 42 qui ne contient pas, de lame de commande 31.
En considérant une des nervures 39, on peut voir qu'elle comporte deux prolongements angulaires formant des bandes de guidage 41a qui sont chacune parallèles à un des deux cotés formant le coin
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de-la cellule auquel la nervure est fixée. Les bandes de gui- dage s'étendent avantageusement sur toute la longueur des cellules
18. L'effet d'étanchéité obtenu par le contact des surfaces de contact de butées adjacentes 41 est suffisant pour limiter effica. cement la circulation latérale de l'agent de refroidissement et l'absence de tout assemblage positif des montages entre eux assure qu'un montage puisse être retiré du noyau, s'il le faut, sans déranger les montages restants du noyau.
Les butées 41 sont placées tout autour de la périphérie du noyau pour freiner la circulation latérale de l'agent de refroidissement du noyau vers le réflecteur 45 et les nervures 39 sont réunies directement à la surface extérieure des cellules 18 des montages combustibles plutôt qu'aux parois de récipients formant des chambres destinées aux montages combustibles. On obtient ainsi une construction de noyau perfectionnée qui permet de gagner de la place et à laquelle suffit une construction de support moins importante pour le noyau en matière absorbant les neutrons.