CH367903A - Barreau contenant de la matière fissible, pour réacteur nucléaire - Google Patents

Description

  Barreau contenant de la matière fissible, pour réacteur nucléaire<B>-</B>    Le brevet principal a pour objet un barreau con  tenant de la matière fissible, destiné<B>à</B> un réacteur  nucléaire refroidi par un liquide entrant en ébullition  au contact dudit barreau, et présentant un relief em  pêchant la formation      & un    film de vapeur continu  <B>à</B> sa surface.  



  Ainsi, ce barreau peut être muni de protubéran  ces massives, de sorte que la vapeur se forme essen  tiellement<B>à</B> la base des protubérances, et les petites  bulles de vapeur se rassemblent en un volume dans  lequel elles sont     indicemables.    Ces protubérances  présentent une longueur radiale assez grande pour  traverser cette gaine de bulles<B>de</B> vapeur, de telle  sorte que leurs extrémités baignent dans le liquide,     au-          delà    de la zone encombrée par la vapeur. Leur plus  petite épaisseur moyenne doit être du même ordre de  grandeur que leur longueur radiale.  



  Les figures jointes au brevet principal montrent  bien les valeurs relatives de ces dimensions.<B>Il</B> est  précisé, en outre, que dans le cas de barreaux des  tinés<B>à</B> être utilisés sous une pression moyenne (quel  ques dizaines de     kg/em2),    ces dimensions sont de  l'ordre du centimètre.  



  Enfin, la matière qui constitue ces protubérances  doit être un bon conducteur     thernÈque.     



  Les formes décrites<B>à</B> titre d'exemple dans le bre  vet principal sont particulièrement adaptées au cas  des réacteurs<B>à</B> uranium naturel, utilisant Peau lourde  comme modérateur, servant également au transfert de  chaleur.  



  La présente invention vise un perfectionnement  <B>de</B> ce barreau, notamment en vue de son utilisation  dans des réacteurs de puissance utilisant du combus  tible enrichi, et de l'eau légère sous haute pression.  



  L'eau légère, excellent véhicule de la chaleur,  peut être utilisée comme ralentisseur, mais ses carac-         téristiques    neutroniques conduisent<B>à</B> employer du  combustible enrichi et<B>à</B> disposer les éléments actifs  en réseau beaucoup plus serré que dans un réacteur  <B>à</B> eau lourde.    Par ailleurs, de tels réacteurs sont normalement  utilisés pour produire de la vapeur sous une pres  sion très élevée et la vapeur produite occupe un vo  lume relativement faible.

   La définition dimensionnelle  des éléments     dissipatifs,    qui doivent être grands     vis-          à-vis    des bulles de vapeur qui se forment<B>à</B> leur con  tact, conduit<B>à</B> réduire les dimensions individuelles de  ces éléments, tout en conservant une forme massive.  L'augmentation de la puissance spécifique conduit  d'ailleurs<B>à</B> diminuer aussi le diamètre des barreaux  pour limiter leur température interne, et remploi de  matériaux de     gainage    compatible avec les hautes tem  pératures, généralement moins bons conducteurs que  les métaux usuels, conduit aussi<B>à</B> faire évoluer les  formes optimales des protubérances.  



  <B>Il</B> est donc utile de donner de nouveaux exemples  de formes particulièrement adaptées<B>à</B> ce type de  réacteur.  



  Les     fig.   <B>1,</B> 2 et<B>3</B> du dessin annexé représentent  en coupe transversale des réseaux serrés de barreaux  cylindriques<B>1</B> comportant diverses formes de     gai-          nages    pouvant être notamment du type général de la       fig.   <B>1</B> du brevet principal comportant des côtes longi  tudinales massives 2. Celles-ci peuvent êtres conti  nues ou, au contraire, crénelées de façon<B>à</B> présenter  des protubérances alignées restant individuellement  massives. Selon le type d'usinage, les protubérances  pourront être simplement alignées ou apparaître en  quinconce<U>comme</U> sur la     fig.   <B>8</B> du brevet principal.  



  Dans tous les cas, les différences<B>de</B> longueur  des trajets du flux thermique entre la surface cylin  drique du noyau actif<B>1</B> et la surface extérieure du           gainage    2, font apparaître le long du profil de cette  dernière un gradient continu de température entre les  points<B>e</B> chauds<B>  3</B> et les points<B> </B> froids<B> </B> 4.  L'échange thermique avec l'eau s'opère alors selon  un régime<B>à</B> température locale imposée, qui est sta  ble et protège les points les plus chauds contre la  surchauffe locale (caléfaction).  



  On constate que les sommets 4, balayés par la  circulation<B>de</B> liquide, ne reçoivent pas assez de  chaleur pour provoquer l'ébullition. Celle-ci se loca  lise autour des points<B>3</B> et la vapeur<B>5</B> se canalise  dans les intervalles des protubérances, où elle est par  tiellement condensée par le liquide<B>6</B> qui circule en  tre les barreaux.    L'étude de la stabilité du réacteur fait apparaître  un effet     d'autostabilisation    de la puissance en fonc  tion des variations de volume de la vapeur, qui est  favorisé par la bonne régularité de formation de la  vapeur dans les zones séparées par les protubérances  massives.  



  Le     gainage    peut être réalisé de toute façon adé  quate et connue en soi, et adaptée<B>à</B> sa nature, il peut  être métallique ou non métallique, mais on choisira  toujours une matière aussi bonne conductrice que  possible, parmi celles qui sont compatibles avec les  conditions d'emploi: propriétés neutroniques, tenue  <B>à</B> la température,<B>à</B> la pression, au flux de neutrons       etc.     



  Conformément<B>à</B> l'invention, la matière fissible  est au moins en majeure partie enrobée par une  matière bonne conductrice de la chaleur et absor  bant peu les neutrons,<B>à</B>     Pexclusion    d'un     métal-élé-          ment    ou d'un alliage.  



  Cette matière     enrobante    peut être     concrétée    par  frittage.     Loxyde    de béryllium fritté, en particulier,  est une matière céramique, dont la     conductibilité     thermique est comparable<B>à</B> celle du laiton et qui,  du point de vue neutronique, présente toutes les ca  ractéristiques     d7un    bon modérateur.     Lemploi        d#une     telle matière est compatible avec un barreau métal  lique, mais il est particulièrement intéressant,     lors-          qu7on.    utilise une matière fissible sous forme céra  mique, par exemple des pastilles d'oxyde d'uranium  plus ou moins enrichi.  



  Selon une variante préférée de l'invention, on  peut constituer des éléments de barreau comportant  un noyau en oxyde d'un métal fissible tel que l'oxyde       d7uranium.    ou un mélange de tels oxydes, entouré       d7éléments    massifs en oxyde de béryllium, le tout  étant fritté en une seule pièce. Les deux oxydes  peuvent être nettement distincts dans la masse, mais  on peut aussi trouver avantageux de constituer des  éléments dans lesquels les deux oxydes se mélangent  dans une zone de transition plus ou moins étendue  <B>à</B> l'intérieur même des éléments     dissipatifs.     



  Un certain nombre      & éléments    ayant les caracté  ristiques décrites ci-dessus peuvent être empilés dans    une gaine de métal inattaquable par le liquide bouil  lant, par exemple une gaine mince d'aluminium, de  magnésium ou de zirconium, ou d'un alliage conte  nant un de ces métaux, appliqués par pression exté  rieure, en contact intime avec la surface externe des  éléments frittés et constituant une enveloppe étanche.  



  <B>A</B> titre d'autre exemple, le graphite<B>à</B> haute den  sité dont les propriétés thermiques, neutroniques et  mécaniques sont convenables, peut être utilisé avec  avantage pour constituer l'enrobage comportant ces  protubérances. Une telle robe, qui est étanche, peut  être utilisée au contact de l'eau sous pression, mais  on peut trouver préférable de la protéger par une  couche mince d'un métal plus résistant<B>à</B> l'action de  l'eau sous pression. Cette gaine métallique, qui doit  être en bon contact     thern-ùque    avec les éléments  massifs, peut être plaquée par pression extérieure, ou  obtenue par tout procédé connu     telqu'un    dépôt élec  trolytique, auquel la bonne     conductibilité    électrique  du graphite se prête particulièrement bien.

    



  Des essais effectués ont permis d'analyser le  transfert thermique dans des éléments     dissipatifs   <B>dé-</B>  crits.<B>Il</B> est apparu que l'efficacité de ces éléments  massifs est due<B>à</B> l'existence d'un gradient continu de  température entre leur base chaude et leur extrémité  maintenue froide par le contact avec le liquide qui  ne reçoit pas assez de chaleur en ce point pour être  amené<B>à</B> ébullition<B>à</B> leur contact. Ce gradient continu  de température impose, en chaque point, un transfert  thermique stable, même dans la zone<B>de</B> température  qui dépasse le point critique.

   Une grande quantité  de chaleur peut aussi être dissipée avec sécurité dans  une zone de température, jusqu'ici réputée instable,  et le phénomène de<B>e</B> surchauffe<B> </B> est empêché par  raison de continuité, dans ces éléments massifs dont  l'extrémité ne     peint    pas dépasser notablement la  température du liquide.

Claims (1)

1. <B>REVENDICATION</B> Barreau contenant de la matière fissible pour réacteur nucléaire selon la revendication du brevet principal, caractérisé en ce que la matière fissible est, au moins en majeure partie, enrobée par une matière bonne conductrice de la chaleur et absorbant peu les neutrons,<B>à</B> l'exclusion d'un métal-élément ou d'un alliage. SOUS-REVENDICATIONS <B>1.</B> Barreau selon la revendication, caractérisé en ce que ladite matière enrobante est sous forme de protubérances massives. 2. Barreau selon la revendication, caractérisé en ce que ladite matière enrobante est de l'oxyde de béryllium fritté.

   <B>3.</B> Barreau selon la sous-revendication 2, carac térisé en ce que la matière fissible est un oxyde d'un métal fissible, et en ce que ledit oxyde est fritté d'une pièce avec l'oxyde<B>de</B> béryllium. 4. Barreau selon les sous-revendications <B>1</B> et<B>3.</B> <B>5.</B> Barreau selon la sous-revendication 4, carac térisé en ce qu'il est constitué par un empilage de blocs comprenant un c#ur en oxyde de métal fissible et des protubérances en oxyde de béryllium, ledit empilage étant placé dans une gaine de métal.

   <B>6.</B> Barreau selon la sous-revendication <B>5,</B> caracté risé en ceque ledit métal est l'aluminium, le magné sium, le zirconium ou un alliage contenant l'un de ces métaux. <B>7.</B> Barreau selon la revendication, caractérisé en ce que ladite matière enrobante est du graphite<B>à</B> haute densité. <B>8.</B> Barreau selon les sous-revendications <B>1</B> et<B>7.</B> <B>9.</B> Barreau selon la sous-revendication <B>7,</B> carac térisé en ce que le graphite est revêtu d7un métal.

   <B>10.</B> Barreau selon la sous-revendication <B>9,</B> carac térisé en ce que ledit métal est l'aluminium, le ma gnésium, le zirconium ou un alliage contenant run de ces métaux.