Elément combustible de réacteur nucléaire
La présente invention concerne un élément combustible de réacteur nucléaire, dans laquels un faisceau de crayons en matériau combustible est placé à l'intérieur d'une gaine, par exemple de forme prismatique ou cylindrique.
Ces crayons doivent être rigoureusement centrés et immobilisés en rotation à l'intérieur de la gaine; ils doivent de plus conserver un écartement constant quel que soit leur déformation ou leur fluage au cours de leur irradiation dans le coeur du réacteur.
Des entretoises sont donc montées entre les crayons pour maintenir l'écartement désiré mais elles sont le plus souvent de réalisation et de montage complexes et transmettent inégalement aux divers crayons les contraintes dues aux déformations de la gaine de telle sorte que l'élément combustible lui-même a tendance à se déformer.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en utilisant une entretoise qui permet une excellente transmission des efforts et une bonne égalisation des contraintes sur les divers crayons tout en assurant un maintien solide des crayons.
Cette invention a en effet pour objet un élément combustible comprenant une gaine entourant un faisceau de crayons cylindriques équipés de bouchons et maintenus par des entretoises, caractérisé en ce qu'il comporte, autour de chaque crayon, en guise d'entre- toise, une bague triangulaire tangente au bouchon dudit crayon et placée dans un décolletage de celui-ci, chacun des sommets de cette bague étant en contact avec l'un des côtés des bagues adjacentes.
Les points de contact de la bague sur le crayon sont de préférence situés à 1200 les uns des autres, ce qui équilibre parfaitement leur action sur le crayon.
Par ailleurs, si l'on choisit une forme régulière pour ladite bague et si chaque crayon est entouré par une bague identique, on obtiendra une transmission égale des contraintes à chacun d'eux. Cette entretoise est de plus de forme très simple, d'un prix de revient faible et elle peut facilement s'adapter sur divers types de crayons.
Si elle est réalisée en un matériau élastique, elle est aisément mise en place sur le bouchon du crayon lorsque celui-ci est déjà monté à l'intérieur de la gaine et se bloque d'elle-même. Son faible encombrement ne provoque que des pertes de charge peu importantes.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif et représenté sur les dessins annexés:
La fig. 1 est une vue en plan d'une extrémité d'un élément combustible.
La fig. 2 est une vue en coupe, à plus grande échelle, d'une entretoise en place sur un crayon.
Sur ces dessins, l'élément combustible comporte un certain nombre de crayons 1 disposés régulièrement à l'intérieur d'une gaine 2 de section hexagonale. Chacun des crayons est entouré par une entretoise 3 constituée par une bague de forme triangulaire dont les angles sont arrondis et sont en contact chacun avec l'un des côtés 3a des bagues adjacentes, les bagues des crayons périphériques étant elles en contact à la fois avec la gaine 2 et avec lesdites bagues adjacentes.
Comme le montre la fig. 2, les bagues de cet élément combustible ont chacune la forme d'un triangle équilatéral dont Fun des côtés porte en son milieu un pion 4, susceptible de s'emboîter dans un évidement 5 creusé dans le bouchon 6 de l'élément combustible.
Ce bouchon 6 comporte par ailleurs un décolletage 7, ayant une profondeur sensiblement égale à l'épaisseur de la bague 3 et une hauteur au moins égale à celle de cette même bague.
La bague 3 est ainsi en contact en trois points avec le fond du décolletage 7 auquel ses trois côtés sont tangents et elle est entrée sur le bouchon 6 par le pion 4.
Elle a de préférence la forme d'un triangle équilatéral de telle sorte que ses points de contact avec le crayon sont équilibrés à 1200. Une telle entretoise est donc rigoureusement immobilisée à la fois en rotation et longitudinalement par rapport au crayon 1. Par ailleurs les dimensions de la bague et l'écartement des crayons sont choisis de telle sorte qu'aux points de tangence avec le bouchon la face extérieure de la bague, qui est sensiblement dans le prolongement de la surface externe du bouchon 6, est en contact avec le sommet 8 de la bague voisine.
Chacun des sommets 8 des différentes bagues 3 est ainsi en contact avec l'un des côtés 3a des bagues adjacentes, toutes les bagues étant de même dimension, les crayons sont rigoureusement équidistants et régulièrement disposés à l'intérieur de la gaine 2.
Ils sont de plus immobilisés rigoureusement les uns par rapport aux autres dans un plan perpendiculaire à l'axe de la gaine. La forme régulière de la bague lui donne par ailleurs une résistance égale dans les diverses directions et lui permet de transmettre d'une manière régulière les contraintes et les déformations, notamment celles qui sont dues aux déformations de la gaine elle-même.
Les déformations du crayon de combustible ne sont toutefois pas transmises aux éléments adjacents puisque les bagues sont simplement montées aux extrémités desdits crayons.
La réalisation d'une telle bague est extrêmement facile et son prix de revient est par suite faible. Par ailleurs elle peut être rapidement placée sur des crayons quelconques de répartition diverse à l'intérieur de la gaine.
Cette bague 3 est réalisée en un matériau légèrement élastique, de préférence le même que celui de la gaine, par exemple de l'acier inoxydable, un alliage de zirconium ou un matériau réfractaire, de telle sorte qu'elle est facilement mise en place sur les crayons déjà montés dans la gaine 2. Elle peut en effet être légèrement écartée pour glisser autour du bouchon 6 et elle se ressere d'elle-même contre le décolletage 7, le pion 4 pénétrant alors dans l'évidement 5.
La hauteur et l'épaisseur de la bague peuvent varier et être déterminées en fonction de la résistance mécanique nécessaire.
Nuclear reactor fuel element
The present invention relates to a nuclear reactor fuel element, in which a bundle of fuel rods is placed inside a sheath, for example of prismatic or cylindrical shape.
These rods must be strictly centered and immobilized in rotation inside the sheath; they must also maintain a constant spacing regardless of their deformation or their creep during their irradiation in the reactor core.
Spacers are therefore mounted between the rods to maintain the desired spacing, but they are most often of complex production and assembly and unequally transmit to the various rods the stresses due to the deformations of the cladding so that the fuel element itself. even tends to warp.
The object of the present invention is to remedy these drawbacks by using a spacer which allows excellent transmission of forces and good equalization of the stresses on the various rods while ensuring a solid holding of the rods.
The object of this invention is in fact a fuel element comprising a sheath surrounding a bundle of cylindrical rods equipped with plugs and held by spacers, characterized in that it comprises, around each rod, by way of a spacer, a triangular ring tangent to the stopper of said pencil and placed in a turning of the latter, each of the tops of this ring being in contact with one of the sides of the adjacent rings.
The contact points of the ring on the pencil are preferably located 1200 from each other, which perfectly balances their action on the pencil.
Furthermore, if a regular shape is chosen for said ring and if each rod is surrounded by an identical ring, an equal transmission of the stresses to each of them will be obtained. This spacer is moreover of very simple shape, of a low cost price and it can easily be adapted to various types of pencils.
If it is made of an elastic material, it is easily placed on the cap of the pencil when the latter is already mounted inside the sheath and locks itself. Its small size only causes low pressure drops.
The invention will be better understood on reading the following description of an embodiment given by way of non-limiting example and shown in the accompanying drawings:
Fig. 1 is a plan view of one end of a fuel element.
Fig. 2 is a sectional view, on a larger scale, of a spacer in place on a pencil.
In these drawings, the fuel element comprises a certain number of rods 1 arranged regularly inside a sheath 2 of hexagonal section. Each of the rods is surrounded by a spacer 3 constituted by a ring of triangular shape whose angles are rounded and are each in contact with one of the sides 3a of the adjacent rings, the rings of the peripheral rods being in contact both with the sheath 2 and with said adjacent rings.
As shown in fig. 2, the rings of this fuel element each have the shape of an equilateral triangle, one of the sides of which carries a pin 4 in its middle, capable of fitting into a recess 5 made in the plug 6 of the fuel element.
This stopper 6 furthermore comprises a turning 7, having a depth substantially equal to the thickness of the ring 3 and a height at least equal to that of this same ring.
The ring 3 is thus in contact at three points with the bottom of the bar cutting 7 to which its three sides are tangent and it has entered on the stopper 6 through the pin 4.
It preferably has the shape of an equilateral triangle such that its points of contact with the rod are balanced at 1200. Such a spacer is therefore rigorously immobilized both in rotation and longitudinally with respect to the rod 1. Moreover, the spacer dimensions of the ring and the spacing of the rods are chosen so that at the points of tangency with the cap the outer face of the ring, which is substantially in the extension of the outer surface of the cap 6, is in contact with the vertex 8 of the neighboring ring.
Each of the tops 8 of the different rings 3 is thus in contact with one of the sides 3a of the adjacent rings, all the rings being of the same size, the rods are strictly equidistant and regularly arranged inside the sheath 2.
They are moreover rigorously immobilized with respect to each other in a plane perpendicular to the axis of the sheath. The regular shape of the ring also gives it equal resistance in the various directions and enables it to transmit stresses and strains in a regular manner, in particular those which are due to the strains of the sheath itself.
The deformations of the fuel rod are however not transmitted to the adjacent elements since the rings are simply mounted at the ends of said rods.
The production of such a ring is extremely easy and its cost price is consequently low. Moreover, it can be quickly placed on any rods of various distribution inside the sheath.
This ring 3 is made of a slightly elastic material, preferably the same as that of the sheath, for example stainless steel, a zirconium alloy or a refractory material, so that it is easily placed on the pencils already mounted in the sheath 2. It can in fact be slightly moved apart to slide around the stopper 6 and it tightens itself against the bar-cutting 7, the pin 4 then entering the recess 5.
The height and thickness of the ring can vary and be determined according to the mechanical strength required.