ES2534470T3 - Barra de combustible nuclear y procedimiento de fabricación de pastillas de una barra de este tipo - Google Patents

Abstract

Barra (1) de combustible nuclear que se extiende según una dirección longitudinal (XX') que comprende una pluralidad de pastillas (6) de combustible apiladas unas sobre otras y una vaina (2) de material transparente a los neutrones que rodea el apilamiento de pastillas, en la que, en sección transversal a la dirección longitudinal (XX'): - la vaina presenta una forma general elíptica cuya pared (200) interior tiene un eje mayor de longitud 2*a y un eje menor de longitud 2*b, - cada pastilla (6) de combustible nuclear presenta una forma elíptica truncada en los extremos del eje mayor de la vaina, siendo el eje menor de cada pastilla de longitud 2*b' igual a la 2*b del eje menor de la pared interior de la vaina, salvo por el juego de montaje j de las pastillas en la vaina, por toda la longitud grande del eje mayor truncado 2*c, siendo la diferencia de longitud entre la mitad del eje mayor truncado de las pastillas y el semieje mayor de la vaina (c-a) muy superior al juego de montaje j.

Description

Barra de combustible nuclear y procedimiento de fabricación de pastillas de una barra de este tipo

5 Campo técnico

La invención se refiere a un nuevo tipo de barra de combustible nuclear.

Las aplicaciones pretendidas para este nuevo tipo de barra de combustible nuclear son tanto los reactores nucleares de agua a presión (RAP) como los reactores nucleares de neutrones rápidos (RNR) refrigerados por gas (RNR-gas), denominados de 4ª generación.

Por “reactores nucleares”, en el conjunto de la solicitud, se entiende el sentido habitual del término actualmente, a saber, centrales de producción de energía a partir de las reacciones de fisión nucleares usando elementos

15 combustibles en los que se producen las fisiones que liberan la potencia calorífica, extrayéndose esta última de los elementos por intercambio de calor con un fluido caloportador que garantiza su refrigeración.

Por “barra de combustible nuclear”, en el conjunto de la solicitud, se entiende el sentido oficial definido, por ejemplo, en el diccionario de las Ciencias y Técnicas nucleares, a saber un tubo estrecho de pequeño diámetro, cerrado por sus dos extremos, que constituye el núcleo de un reactor nuclear y que contiene material fisible. Así, una “varilla de combustible nuclear” cuyo uso prioriza la denominación es una barra de combustible nuclear en el sentido de la presente invención.

La invención propone así un nuevo diseño de barras de combustible nuclear con comportamiento termomecánico 25 mejorado en situaciones de interacción mecánica entre las pastillas combustibles y la vaina.

Técnica anterior

Existen diferentes tipos de elementos combustibles en función de las condiciones de funcionamiento y de los rendimientos de los reactores. Las centrales denominadas de 3ª generación, los reactores RAP concretamente, usan elementos combustibles de tipo barra de sección transversal circular.

El inventor ha previsto una mejora de un concepto de elemento combustible.

35 Además, en primer lugar ha tratado de determinar los principios de diseño y de comprender los límites de funcionamiento de todos los elementos combustibles conocidos.

Las principales funcionalidades que debe garantizar un elemento combustible son:

-

tener un contenido volumétrico de átomos fisibles compatible con las condiciones de funcionamiento neutrónico y la densidad de potencia volumétrica del volumen reactivo,

-

garantizar la transferencia de calor entre el material combustible y el fluido caloportador,

45 -confinar los productos de fisión sólidos y gaseosos liberados por el combustible durante el funcionamiento del reactor. En efecto, las reacciones de fisión en el seno del combustible generan productos de fisión sólidos y gaseosos que provocan un hinchamiento de la estructura del material que puede ser importante. El fenómeno de hinchamiento, concretamente gaseoso, se activa por la térmica que también induce mecanismos de liberación de los gases de fisión fuera del material combustible. El envainado del elemento combustible debe poder por tanto ajustarse a estas deformaciones y liberaciones gaseosas del combustible sin perder su integridad.

La densidad de las fisiones en el seno del combustible se correlaciona directamente con la potencia volumétrica que hay que evacuar hacia el caloportador a través de la vaina.

55 Por tanto, debe haber la menor resistencia térmica entre la fuente de calor y el caloportador para limitar la temperatura máxima del combustible y los efectos inducidos por este flujo de calor: gradiente en los materiales y dilataciones diferenciales entre el combustible y la vaina.

La densidad de material fisible en el volumen reactivo depende principalmente de la forma de los elementos que limita su capacidad para disponerse en un volumen dado teniendo en cuenta una tasa de llenado máxima, a la vez que se tiene la permeabilidad necesaria para el caloportador para garantizar la evacuación de la potencia producida por los elementos con una pérdida de carga aceptable.

65 Los elementos combustibles de base que se encuentran de manera clásica en las instalaciones nucleares pueden clasificarse en tres tipos, elemento de tipo placa (de cualquier forma), elemento de tipo cilíndrico esbelto que sigue la

dirección del eje (sección circular o anular de la manera más frecuente) que constituye un elemento de barra, y elemento de tipo esférico, de la manera más frecuente en forma de partícula de pequeño diámetro (tamaño milimétrico).

5 Por otro lado, existen elementos combustibles compuestos elaborados a partir de las partículas esféricas recubiertas en una matriz inerte en las tres formas geométricas anteriores de bola, de placa y elementos compactos de los reactores de alta temperatura (HTR).

Cada uno de estos tres tipos de elementos combustibles combina soluciones diferentes a los problemas planteados y son objeto de compromiso de elección de diseño para su ámbito de funcionamiento. El ámbito de funcionamiento de cada elemento combustible está limitado de hecho por los rendimientos del diseño adoptado.

Así, las placas comprenden vainas que se comportan como cascos de gran esbeltez (relación entre la longitud libre del casco y su grosor).

15 El material de envainado adapta, por su maleabilidad, su geometría a la de la parte central combustible, lo que le permite ajustarse a las deformaciones diferenciales (hinchamiento y dilatación) entre el material combustible y la vaina, de manera transversal y con un nivel muy bajo de tensiones. Esta estructura de placa presenta, no obstante, una pequeña capacidad para contener las deformaciones que le impone el combustible en el sentido del grosor debido a la rigidez muy pequeña de las vainas de manera transversal a su plano. Esta libertad permite que el combustible se deforme de manera anisotrópica, preferiblemente en esta dirección. Por otro lado, esta estructura también es muy inestable en cuanto al pandeo en caso de que se ejercieran esfuerzos de compresión en su plano, de manera global o local (en un punto caliente, por ejemplo), particularmente, en los casos en los que el núcleo combustible no está unido, o débilmente, a las vainas.

25 Se busca el contacto térmico adecuado entre el combustible y la vaina para mantener el combustible en un rango de temperatura suficientemente bajo para que, en todas las situaciones de funcionamiento, no libere sus productos de fisión gaseosos.

Los elementos de placa sólo se usan por tanto para combustibles fríos, es decir en el rango de temperatura en el que el material combustible no libera sus gases y a niveles moderados de potencia volumétrica.

Los parámetros de optimización de las placas se refieren generalmente, para un nivel de potencia volumétrica pretendido, al grosor de la placa y la calidad del contacto combustible/vaina, al control de la corrosión de la vaina y a

35 la no degradación de sus propiedades de ductilidad en funcionamiento.

Además, los principales modos de destrucción de estos elementos están relacionados o bien con una falta de ductilidad del envainado con la deformación impuesta (degradación por corrosión o endurecimiento bajo irradiación),

o bien a un aumento de la resistencia entre el combustible y el caloportador (zona corroída resistiva en la vaina, descohesión combustible/vaina con apertura de un juego por pandeo local de la vaina por ejemplo) que provoca un calentamiento del combustible con liberación de gas de fisión y presurización interna del envainado que conduce a la rotura por inestabilidad con deformación de la vaina.

Los elementos cilíndricos comprenden los cartuchos usados en reactores de grafito/gas, las barras usadas en los 45 reactores de agua a presión (RAP) o las varillas de los reactores de neutrones rápidos (RNR), por ejemplo.

En estos elementos cilíndricos existe por construcción un juego radial entre el combustible en forma de pastillas y la vaina en el interior de la cual se apilan, juego que permite ajustarse a las deformaciones diferenciales entre el material combustible y la vaina: este juego puede compensar, como mínimo, las dilataciones diferenciales durante la primera subida de potencia del elemento y la parte del hinchamiento del combustible no resorbible por sí mismo mediante fluencia y redensificación en sus cavidades internas, es decir las cavidades constituidas por el orificio central y por sus porosidades. Además, el material combustible debe funcionar a una temperatura que le permita activar estos mecanismos de ajuste ante sus deformaciones.

55 En contrapartida, libera una parte de sus gases de fisión.

Un segundo volumen de expansión está dispuesto en la vaina, en el extremo del apilamiento de las pastillas de combustible con el fin de limitar la presión interna en el elemento.

Los principales parámetros de optimización de estos elementos cilíndricos son el juego radial inicial entre el combustible y la vaina, es decir el juego radial en el montaje, la calidad del fluido que garantiza la conexión térmica entre el combustible y la vaina (junta gaseosa o junta metálica fundida), la densidad de llenado efectiva del combustible en la sección de la vaina que se define a la vez por el juego radial, las porosidades, los huecos tales como el orificio central y/o los vaciados lenticulares (o “dishings” en inglés) en extremos longitudinales de pastilla, la

65 rigidez de la vaina (grosor) y las propiedades mecánicas (límite de resistencia y ductilidad) y leyes de comportamiento (hinchamiento y fluencia) de los materiales de vaina y combustible.

El juego radial de pastilla/vaina lleno de gas y el grosor de la vaina constituyen una resistencia térmica radial que condiciona la transferencia de calor entre el caloportador y las pastillas combustibles.

5 La resistencia térmica es variable en funcionamiento ya que hay una evolución del juego radial y una degradación de la conductividad debido a la liberación de los gases de fisión. Esta variación de resistencia térmica complica el control de la temperatura máxima del combustible que ha de alcanzarse, que viene dictada por el hecho de que, en todas las situaciones de funcionamiento, el material combustible no debe alcanzar su límite de fusión. Además, el funcionamiento en “recinto a presión” de este tipo de elemento implica la uso de material que pueda garantizar la resistencia mecánica del elemento sin riesgo de rotura violenta (instantánea y/o diferida) a presión. Para ello, la sección circular, que presenta la mejor resistencia a la presión, es la adoptada con más frecuencia: así, en situación de interacción mecánica entre el combustible y la vaina, ésta opone una rigidez de contracción importante por su puesta en tracción circunferencial, el combustible se encuentra entonces bloqueado en sus dos direcciones radiales, sólo su dirección axial está parcialmente libre, dependiendo esta libertad parcial del nivel de adhesión entre las

15 pastillas y la vaina.

Esta presión circunferencial ejercida por la vaina sobre el combustible activa sus mecanismos de reordenación sobre sí mismo, es decir la redensificación sobre sí mismo.

La elección del material de vaina es por tanto primordial ya que debe tener a la vez una resistencia a la rotura suficiente en el rango de temperatura de funcionamiento pretendido, una ductilidad en plasticidad y en fluencia térmica y una tenacidad suficiente, normalmente superior a 20 MPa. √m en un intervalo de temperatura correspondiente a todo el rango de funcionamiento de los elementos de combustible. Las condiciones límite de funcionamiento de estos elementos (temperaturas y potencia volumétrica) se fijan por tanto mediante la elección del

25 envainado (límite de resistencia instantánea y en fluencia en función de la temperatura) y la del material combustible (temperatura de fusión).

El principal modo de destrucción residual asociado con este tipo de elementos es la interacción mecánica combustible/vaina instantánea que supera la capacidad de deformación de la vaina, por ejemplo en situaciones de aumento de potencia del reactor a un nivel superior al del funcionamiento anterior o en un régimen de funcionamiento en el que la temperatura del combustible no activa o activa poco sus mecanismos de autoajuste ante sus propias deformaciones.

Finalmente, los elementos esféricos, tales como los que comprenden las partículas usadas en reactores de alta

35 temperatura (o “High Temperature Reactor” en inglés, de abreviatura HTR), se depositan sucesivamente diferentes capas de recubrimiento sobre un núcleo fisible que debe estar centrado. Para garantizar esto, se crean huecos en forma de porosidades en el seno del núcleo fisible y en una capa intermedia, denominada “buffer”, de porosidad muy alta y que garantiza la continuidad inicial entre el núcleo fisible y las capas de envainado.

El ajuste ante las deformaciones diferenciales entre el combustible y la vaina, es decir la capa de revestimiento, se realiza mediante relleno de los huecos: en funcionamiento, la densificación progresiva del buffer bajo el flujo de neutrones libera un juego radial que permite impedir la fuerte interacción mecánica entre el núcleo fisible y las capas de envainado. Además, los volúmenes libres internos en el envainado retienen los gases de fisión liberados por el material fisible: la forma esférica de la vaina está por tanto bien adaptada para resistir la presión interna que se

45 establece.

Los parámetros de optimización de las partículas elementales son esencialmente en la elección de los materiales (naturaleza, estructura, propiedades y leyes de comportamiento bajo flujo neutrónico y en temperatura) y del grosor de las diferentes capas.

Estos elementos combustibles esféricos sólo se usan en reactores de flujo térmico y refrigerados por gas que funcionan a alta temperatura (HTR).

Su principal modo de destrucción residual corresponde a la fuerte interacción entre el núcleo fisible y las capas de

55 envainado (puestas en tracción con la deformación impuesta por la vaina) que es susceptible de provocar la rotura de la vaina de confinamiento: desde este punto de vista, la forma esférica del envainado es la más desfavorable ya que no deja libre ninguna dirección de deformación del material combustible (más allá de su densificación máxima) para relajar los esfuerzos de interacción (presurización hidrostática del volumen interno de la vaina).

Además, este tipo de elemento combustible esférico se usa en materiales compuestos de formas diversas que diluyen las partículas con una fracción volumétrica muy pequeña, del orden de algunos %, del material fisible en el volumen reactivo del reactor, en una matriz que garantiza la transferencia de calor hacia el caloportador. Además, por diseño, se repele el riesgo de rotura de la vaina respecto a las combustiones nucleares (o “burnup” en inglés) de gran tasa.

65 Así, en vista de lo anterior, el inventor consideró que cada uno de los tres tipos de elementos combustibles tiene

ventajas propias que pueden resumirse tal como sigue:

-

las placas presentan una buena calidad de transferencia de calor y de ajuste en situación de interacción mecánica entre las pastillas de combustible y la vaina, 5 -los elementos cilíndricos (barras) y esféricos presentan una buena resistencia a la presión de los productos de fisión gaseosos.

En cambio, en vista de lo anterior, también puede considerarse que el elemento de tipo cilíndrico (barra) existente 10 actualmente tiene como inconveniente principal que presenta un comportamiento termomecánico en situación de interacción mecánica entre las pastillas de combustible y la vaina susceptible de no poderse controlar.

El inventor se ha fijado por tanto como objetivo principal mejorar el comportamiento termomecánico de los elementos combustibles de tipo barra en situación de interacción mecánica entre las pastillas de combustible y la vaina, usados 15 actualmente en reactores de 2ª y 3ª generación.

Estos nuevos elementos también podrán usarse para los reactores de neutrones rápidos de gas de 4ª generación.

Un objetivo más general de la invención es proponer un elemento combustible de tipo barra que combine las 20 ventajas propias de los diferentes tipos de elementos combustibles existentes tales como las mencionadas anteriormente y que le permitan responder al siguiente pliego de condiciones:

1/ alcanzar fracciones volumétricas de combustible iguales a las de las barras de sección circular existentes,

25 2/ garantizar un transferencia de calor óptima de las pastillas combustibles hacia el caloportador durante toda su vida aproximándose a una térmica de placa (intercambio preferiblemente según 2 caras opuestas),

3/ evitar el riesgo de rotura de vaina controlando la interacción mecánica entre las pastillas de combustible y la vaina.

30 Otro objetivo de la invención es proponer un elemento combustible de tipo barra cuyo procedimiento de fabricación no sea con rotura completa con la herramienta industrial empleada para fabricar los elementos combustibles actuales de tipo barra de sección circular.

35 Exposición de la invención

Para ello, la invención tiene como objeto una barra de combustible nuclear que se extiende según una dirección longitudinal que comprende una pluralidad de pastillas de combustible apiladas unas sobre otras y una vaina de material transparente a los neutrones que rodea el apilamiento de pastillas, en la que, en sección transversal a la

40 dirección longitudinal:

-

la vaina presenta una forma elíptica cuya pared interior tiene un eje mayor de longitud 2*a y un eje menor de longitud 2*b,

45 -cada pastilla de combustible nuclear presenta una forma general elíptica truncada en los extremos del eje mayor de la vaina, siendo el eje menor de cada pastilla de longitud 2*b’ igual a la 2*b del eje menor de la pared interior de vaina salvo por el juego de montaje j de las pastillas en la vaina, siendo la diferencia de longitud entre la mitad del eje mayor truncado de las pastillas y el semieje mayor de la vaina (c-a) muy superior al juego de montaje.

50 Por “muy” superior al juego de montaje, debe entenderse en el marco de la invención un valor superior a un juego de montaje y que permite disponer volúmenes de vacío que permiten que se hinche el combustible sin interacción circunferencial con la vaina, tal como se explica a continuación.

55 Para lograr la solución según la invención, el inventor trató de identificar los fenómenos mecánicos que se producen en caso de interacción mecánica pastillas/vaina no controlada, es decir en situaciones de interacción mecánica instantánea que supera la capacidad de deformación de la vaina.

Estas situaciones pueden tener lugar, por ejemplo, durante el aumento de potencia del reactor a un nivel superior al

60 del funcionamiento anterior o en un régimen de funcionamiento en el que la temperatura del combustible no activa o activa poco sus mecanismos de reordenamiento sobre sí mismo, es decir de autoajuste ante sus propias deformaciones.

En estas situaciones, una barra de combustible de sección circular existente actualmente presenta una interacción 65 mecánica muy fuerte entre pastillas y vaina. En efecto, las pastillas macizas de sección circular presentan en estas

situaciones un gradiente térmico decreciente de su centro hacia su corona periférica: dicho de otro modo, la corona periférica fría de la pastilla le impone una rigidez radial que constituye de algún modo una rigidez circunferencial de contracción. Por otro lado, al no ajustarse la pastilla más que un poco por sí misma, se impide cualquier flexibilidad radial. Así, en estas situaciones, la vaina presenta una rigidez circunferencial de contracción, denominada en

5 membrana impuesta por la mayor parte de las deformaciones radiales de la pastilla combustible. Dicho de otro modo, se produce en esta dirección radial de interacción, una contracción circunferencial. La pastilla sólo conserva entonces una dirección de relajación posible, la dirección axial o longitudinal, lo que permite localmente en los extremos de cada pastilla, una fluencia hacia los vaciados lenticulares (o “dishings” en inglés) dispuestos para ello.

Además, el inventor llegó a la conclusión de que para mejorar el comportamiento termomecánico de una barra de combustible en situación de interacción mecánica pastillas/vaina muy fuerte, había que poner en práctica los siguientes elementos de solución:

� disminuir la rigidez de la vaina pasando de su modo de contracción circunferencial que actúa en el caso de

15 una sección circular a un modo de ovalización de la vaina. Así, hay que hacer que la interacción mecánica radial de pastillas/vaina sea no axisimétrica. Hay que definir por tanto una sección inicialmente ovalada con un contacto mecánico posible entre pastillas y vaina solamente en la dirección de un diámetro pequeño y prever un espacio de separación, es decir de expansión de combustible, entre pastillas y vaina en la dirección de un diámetro grande,

� disminuir también la rigidez de la corona periférica fría de la pastilla proporcionándole forma ovalada que permite localizar las superficies de interacción únicamente de manera ortogonal al diámetro pequeño solicitando la pastilla según un modo de ovalización,

25 � realizar un gradiente térmico de pastilla no axisimétrico, que se aproxime a un gradiente térmico de una placa refrigerada en ambas caras. Un gradiente térmico no axisimétrico del combustible permite romper la rigidez circunferencial de la corona periférica fría de una pastilla de sección circular existente actualmente al disponer partes más calientes en los extremos del eje mayor de la pastilla ovalada. Este efecto térmico contribuye a la reducción de la rigidez de ovalización que la pastilla va a presentar según su eje menor,

� realizar un volumen de vacío aumentado en la sección transversal que permita que el combustible que se hincha y se dilata se reordene sobre sí mismo mediante fluencia en su propia sección sin generar otra tensión o interacción pastillas/vaina. Para permitir esta reordenación por fluencia, es necesario que estos huecos estén adyacentes a las partes más calientes de la pastilla y que los esfuerzos de reacción ejercidos

35 sobre la pastilla en el transcurso de una interacción pastillas/vaina actúen sobre estas partes más calientes,

� conservar el equilibrio mecánico de la sección transversal de la barra sometida a la presión externa del caloportador. En una interacción mecánica pastillas/vaina muy fuerte, la rigidez de ovalización resultante debe permitir mantener en equilibrio estable la geometría de la sección transversal.

Además, para mejorar el comportamiento termomecánico de una barra de combustible en las situaciones de interacción mecánica entre las pastillas de combustible y la vaina, el inventor propone en primer lugar conferirle una sección transversal de forma elíptica.

45 A continuación, el inventor trató de comprender los demás fenómenos encontrados en los elementos de combustible nuclear en funcionamiento normal de los reactores en los que se usan.

En los reactores actuales, como los reactores de agua a presión, los elementos combustibles de tipo barra están constituidos por pastillas de combustible de forma cilíndrica circular apiladas individualmente unas sobre otras y envainadas por un tubo de longitud superior a la del apilamiento para separar en los extremos de la columna volúmenes de expansión necesarios para limitar la presurización progresiva del apilamiento de las pastillas de combustible por el efecto de la liberación de los gases de fisión.

La transferencia de calor entre las pastillas de combustible y el caloportador se realiza radialmente a través de una

55 resistencia térmica constituida por el juego radial en el montaje entre pastillas y vaina, que se llena de gas al comienzo de su vida, y por el grosor de la vaina.

El control de esta resistencia térmica durante toda la vida del elemento permite garantizar que se respetan límites de temperatura aceptables en el combustible. Además, el inventor ha considerado que deben ponerse en práctica los siguientes elementos de solución en el diseño de nuevas barras de combustible:

�

una transferencia de calor a través de un junta radial gaseosa calibrada al comienzo de su vida,

�

volúmenes libres dispuestos en la dirección transversal a la de la transferencia de calor.

65 Los elementos combustibles habituales de tipo placa pueden ajustarse, por la “maleabilidad” de su envainado, a las

deformaciones impuestas por el combustible, a un nivel muy bajo de tensiones en el envainado, al tiempo que garantizan la transferencia de calor en la dirección de la deformación. Además, el inventor ha considerado que debe ponerse en práctica una gran esbeltez de los elementos de combustible, es decir una relación entre la anchura y el grosor elevada, con el fin de permitirles ajustarse, en el sentido del grosor, a un nivel muy bajo de tensiones en la

5 vaina, a las deformaciones impuestas por el combustible.

En consecuencia, el inventor llegó a la conclusión de que la barra de combustible de sección elíptica según la invención debe poner en práctica ventajosamente los tres elementos de solución mencionados anteriormente, es decir con:

� una sección transversal de forma elíptica de eje mayor de longitud 2*a y de eje menor de longitud 2*b con un coeficiente de esbeltez de la sección a/b,

� una forma de la pastilla también elíptica que dispone un juego radial en el montaje entre pastillas y vaina 15 calibrado análogo al existente en las barras convencionales de sección transversal circular,

� la presencia de volúmenes libres en los extremos del eje mayor de la pastilla obtenida mediante truncamientos de dicho eje.

El inventor ha llegado así a la solución según la invención, a saber pastillas de sección transversal elíptica truncada según su eje mayor apiladas individualmente unas sobre otras en una vaina de sección elíptica con un juego radial dispuesto en el montaje a lo largo de la parte no truncada de las pastillas y vasos de expansión de los gases de fisión en los extremos truncados.

25 Con esta nueva sección transversal de la barra, se obtiene la mejora pretendida de comportamiento termomecánico en situación de interacción mecánica muy fuerte entre pastillas y vaina, ya que:

�

la interacción se limita a las partes de contacto mecánico pastillas/vaina ortogonales al eje menor de la sección transversal que permiten que la vaina se ajuste a las deformaciones impuestas por la pastilla disminuyendo su ovalidad y generando así sólo tensiones de flexión en el grosor de la vaina localizadas en sus partes de extremo según su eje mayor 2*a,

�

un gradiente térmico de pastillas que favorece un comportamiento mecánico más flexible de la pastilla

durante las interacciones, 35

�

la combinación de la forma general elíptica de la pastilla y de la presencia de grandes juntas gaseosas en sus extremos del eje mayor crea intercambios de calor orientados preferiblemente según la dirección del eje menor con un núcleo caliente de pastilla que se extiende según el eje mayor y partes frías periféricas limitadas a las partes en contacto con la vaina. La rigidez mecánica que opone la pastilla durante una interacción en la dirección de su eje menor se encuentra fuertemente reducida por la casi ausencia de efecto bóveda creada por las partes periféricas frías de la pastilla,

�

la resistencia térmica local de intercambio entre pastillas y vaina en los extremos truncados, es decir según los ejes mayores, de la pastilla aumenta la temperatura de las partes de superficie de la pastilla en esta

45 zona. Así, en situación de interacción mecánica con la vaina, la pastilla combustible se encuentra sometida a una compresión que sigue esencialmente su diámetro pequeño, la presencia de una zona caliente hasta su superficie, en los extremos del eje mayor, le permite deformarse por fluencia preferiblemente según este eje. Este grado de libertad en extrusión por fluencia hacia los huecos de extremos transversales permite que la pastilla se ajuste a sus aumentos de volumen por deformación de fluencia preferiblemente en esta dirección minimizando otro tanto la deformación impuesta por la interacción mecánica con la vaina según su eje menor.

Para obtener la estabilidad geométrica de la sección elíptica de la barra por la acción de las fuerzas de presión externa del caloportador que se ejercen en funcionamiento normal de un reactor en el que se usan las barras según

55 la invención, el experto en la técnica tratará de ajustar los parámetros de la rigidez que ejerce la pastilla combustible para oponerse a la aplanamiento de la sección transversal.

Estos parámetros pueden definirse así:

�

el coeficiente de esbeltez de la sección transversal (relación eje mayor/eje menor) que determina la térmica de la pastilla y por tanto su rigidez al aplastamiento según su eje menor,

�

la dimensión de las cavidades de extremos transversales según el eje mayor truncado c de la pastilla que permite controlar la temperatura y por tanto la cinética de deformación en fluencia de la pastilla según esta

65 dirección (rigidez de extrusión hacia las cavidades que determina en parte la rigidez de la pastilla al aplastamiento según su eje menor).

La nueva geometría de barra propuesta según la invención permite por tanto garantizar una estabilidad geométrica de la sección transversal garantizando el control del gradiente y los intercambios de calor de la pastilla durante el funcionamiento normal al tiempo que permite, mediante el ajuste del coeficiente de esbeltez de la sección y

5 mediante el dimensionamiento de los truncamientos de la pastilla y por tanto de sus vaciados en los extremos, un ajuste ante las deformaciones impuestas por la pastilla a la vaina en situación de interacción mecánica, lo que minimiza el nivel de tensión en la vaina por distribución de las deformaciones impuestas entre la pastilla y la vaina y por el modo de solicitación en flexión por ovalización de la vaina.

Preferiblemente, el juego de montaje j de las pastillas en la vaina por toda la longitud grande del eje mayor truncado c es igual o inferior al 10% de la del eje mayor 2*a de la vaina.

Cuando la barra según la invención está prevista para un reactor de agua a presión (RAP), la vaina es preferiblemente de aleación de zirconio, de aleación M5 (ZrNbO) y las pastillas de combustible son preferiblemente

15 de materiales cerámicos tales como UO2, (U, Pu)O2, o una mezcla mixta a base de óxido de uranio y de óxidos de plutonio reprocesados.

Cuando la barra según la invención está prevista para un reactor de neutrones rápidos refrigerado por gas (RNRgas), la vaina es preferiblemente de material metálico refractario o de material metálico semirrefractario, como por ejemplo aleaciones a base de vanadio o de cerámica dúctil, como por ejemplo las fases MAX de tipo Ti3SiC2, y las pastillas de combustible son preferiblemente de materiales cerámicos tales como (U, Pu) C, (U, Pu)O2.

La invención se refiere también a un conjunto de combustible nuclear que comprende una pluralidad de barras de combustible tales como las descritas anteriormente y dispuestas entre sí según una red.

25 La invención se refiere también a una vaina de material transparente a los neutrones, que se extiende según una dirección longitudinal y que tiene una forma elíptica en sección transversal a su dirección longitudinal.

La invención se refiere además a una pastilla de combustible nuclear que se extiende según una dirección longitudinal y de forma general elíptica truncada con un eje mayor truncado en sección transversal a su dirección longitudinal.

La invención se refiere también a un procedimiento de fabricación de una pastilla de combustible de altura H según su dirección longitudinal y de forma general elíptica truncada con un eje mayor truncado de longitud 2*c y un eje

35 menor de longitud 2*b’ en sección transversal a la dirección longitudinal, según el cual se realizan las siguientes etapas:

-

preparar el polvo de combustible, denominada etapa de fabricación de pastillas,

-

prensar el polvo de combustible sobre el canto de la pastilla cruda, en un juego de matrices de altura H y de sección transversal en forma elíptica truncada con una longitud grande 2*c y una longitud más pequeña 2*b’,

-

sinterizar la pastilla de combustible prensada. 45 Se precisa aquí que la noción de pastilla cruda significa que la pastilla no está sinterizada.

Ventajosamente, la relación H/(2*c) entre la altura H y la longitud grande 2*c, es al menos igual a 1,2.

Así, la nueva geometría de barra de combustible propuesta según la invención también permite mejoras potenciales en cuanto a la fabricación de las pastillas de combustible. La forma elíptica truncada de la sección transversal de las pastillas de combustible permite en efecto prever las dos mejoras descritas anteriormente del procedimiento de fabricación y formuladas de otro modo a continuación:

55 � por lo que respecta al modo de prensar las pastillas: la nueva forma de las pastillas permite prever el eje de prensado en la dirección del eje menor de la sección elíptica (en lugar de un eje de prensado en el eje del cilindro como para las pastillas conocidas de sección circular). Este nuevo modo de prensado puede permitir un mejor control de la homogeneidad de la densidad de prensado y por tanto de la geometría de la pastilla sinterizada,

� suprimir la rectificación de calibración del diámetro de las pastillas: la nueva forma de la sección transversal elíptica de la barra garantiza en funcionamiento que la vaina quede pegada a las caras (ortogonales al eje menor) de la pastilla por el efecto de la presión externa desde el momento de la primera subida de temperatura del caloportador en el reactor. La térmica de la pastilla es por tanto insensible al juego inicial

65 en el montaje entre pastillas y vaina. Así, a diferencia del estado de la técnica, ya no es necesaria la calibración de las cotas de las pastillas, por lo que las tolerancias geométricas obtenidas brutas de

sinterización pasan a ser aceptables (tanto más con la mejora del modo de prensado prevista anteriormente).

Además, la invención se refiere además a un procedimiento de apilamiento de pastillas de combustible en una vaina

5 de material transparente a los neutrones con el fin de realizar una barra de combustible nuclear, en el que se apilan las pastillas de combustible brutas de sinterización obtenidas directamente según el procedimiento de fabricación descrito anteriormente en el interior de una vaina de forma general elíptica cuya pared interior tiene un eje menor de longitud 2*b igual a la del eje menor 2*b’ de las pastillas salvo por el juego de montaje, siendo la diferencia de longitud entre la mitad del eje mayor truncado de las pastillas y el semieje mayor de la vaina (c-a) muy superior al

10 juego de montaje j.

Breve descripción de los dibujos

Otras ventajas y características de la invención se desprenderán mejor con la lectura de la descripción detallada de 15 una barra de combustible nuclear según la invención realizada en referencia a las siguientes figuras 1 y 1A, en las que:

-

la figura 1 es una vista en corte longitudinal parcial de una barra de combustible nuclear según la invención,

20 -la figura 1A es una vista en corte transversal de la barra de combustible nuclear según la figura 1,

-

la figura 2 es una vista en perspectiva de una pastilla de combustible nuclear según la invención,

-

la figura 3 es una vista en perspectiva de una vaina según la invención para alojar un apilamiento de 25 pastillas según la figura 2.

Exposición detallada de modos de realización particulares

Por motivos de claridad, se hace referencia a todos los ejes longitudinales según los cuales se extienden las 30 pastillas 6 y la vaina 2, así como la barra 1 que reagrupa estos elementos, como XX’.

Se precisa en este caso que:

-

las cotas a y b se refieren a las cotas internas de la vaina 2 elíptica, 35 -las cotas A y B se refieren a las cotas externas de la vaina 2 elíptica,

-

las cotas a’ y b’ se refieren a una pastilla 6 no truncada,

40 -la cota 2*c se refiere a la longitud grande de la pastilla 6 de combustible truncada según la invención.

En la figura 1 se observa una barra 1 de combustible nuclear según la invención que se representa en su configuración de uso en un reactor nuclear, es decir en posición vertical con las pastillas 6 hacia la parte inferior tal como se precisa a continuación.

45 La barra 1 está constituida por una vaina 2 de aleación de zirconio cerrada por cada uno de sus extremos mediante un tapón 3 superior y 4 inferior, respectivamente.

La interior de la vaina está dividido esencialmente en dos compartimentos, de los que uno 5 en la parte superior 50 constituye una cámara de expansión de gas y el otro 6 aloja la columna fisible formada por el apilamiento de pastillas 6 de combustible nuclear que se extienden cada una según la dirección longitudinal XX’ de la barra 1.

En el apilamiento representado, cada pastilla 6 tiene sensiblemente la misma altura H.

55 Un resorte 7 helicoidal de compresión está alojado en la cámara 5 de expansión con su extremo inferior apoyado contra el apilamiento de las pastillas 6 y su otro extremo apoyado contra el tapón 3 superior.

Además del mantenimiento del apilamiento de pastillas 6 según el eje longitudinal XX’ y la “absorción” en el transcurso del tiempo del hinchamiento longitudinal de las pastillas 6, la otra función de este resorte 7 es impedir el 60 pandeo de la sección de la vaina en su modo de ovalización.

Dicho de otro modo, debe impedir la ovalización extrema de la sección de la vaina.

La figura 1A muestra una sección transversal recta de la barra 1 de la figura 1. 65

La vaina 2 según la invención es de grosor constante por toda su periferia y de forma general elíptica. Más exactamente, la pared 200 interior de la vaina 2 de forma elíptica presenta un eje mayor de longitud 2*a y un eje menor de longitud 2*b.

5 La pastilla 6 de combustible también es de forma elíptica truncada en cada uno de los extremos del eje mayor de la vaina. Dicho de otro modo, la pastilla 6 presenta un eje mayor truncado de longitud 2*c y un eje menor de longitud 2*b’.

Se precisa en este caso que la cota c define la distancia del plano de truncamiento de la pastilla 6 con respecto a su centro.

Un juego radial uniforme j de montaje entre la pastilla 6 y la vaina 2 se define en los lados elípticos de la pastilla, es decir por toda la longitud 2*c de la misma. Dicho de otro modo, una vez fabricada y antes de su uso como material fisible en un reactor nuclear, cada pastilla 6 de combustible presenta una sección transversal elíptica truncada cuyo

15 semieje menor b’ es de longitud sensiblemente igual a la del semieje menor b de la pared 200 interior de vaina 2, salvo por el juego de montaje j.

Volúmenes libres o, dicho de otro modo, huecos 60 de expansión están situados así en los dos extremos del eje mayor truncado de la pastilla 6, es decir entre los bordes 61 truncados de la pastilla 6 y la pared 200 interior de la vaina 2.

Así, los parámetros de la sección transversal de la barra 1 de combustible se expresan a partir de las características de la pastilla 6 definidas por:

25 � su factor de ovalidad o factor de esbeltez “a’/b’”, siendo a’ = a-j,

� su tasa de truncamiento “c/a’”.

El inventor considera que para obtener una térmica satisfactoria, normalmente la de una placa tal como se describe en la solicitud WO 2007/017503, el factor de esbeltez a’/b’ deber ser al menos igual a 1,5.

Puede preverse usar la barra 1 de sección elíptica según la invención en dos categorías de reactores nucleares que funcionan con un fluido caloportador de refrigeración del núcleo mantenido en sobrepresión con respecto a los elementos combustibles.

35 La primera aplicación prevista es el uso específico en las condiciones de funcionamiento de los reactores del sector de agua a presión (RAP).

La barra puede realizarse entonces de materiales constitutivos iguales a priori que los usados para el diseño de los elementos combustibles convencionales actuales, tales como las barras de sección circular conocidas actualmente: aleaciones de zirconio o aleación M5 (ZrNbO) para las vainas y pastillas de combustible de cerámica UO2 o una mezcla mixta a base de óxido de uranio y de óxidos de plutonio reprocesados.

La segunda aplicación prevista es el uso específico en las condiciones de funcionamiento de los reactores de

45 neutrones rápidos refrigerados por gas (RNR-gas), condiciones según las cuales, las temperaturas de vaina alcanzadas son elevadas en el intervalo de 300ºC a 900ºC y la fluencia neutrónica de neutrones rápidos es elevada. La barra puede usarse entonces en los siguientes materiales constitutivos: metal refractario o semirrefractario, como aleaciones a base de vanadio o cerámica dúctil, como las fases MAX de tipo Ti3SiC2 para la vaina y pastillas de combustible de cerámica (U, Pu) C o (U, Pu) O2.

Se describe a continuación un modo de realización particular de una barra de sección elíptica según la invención. En este modo, el dimensionamiento de la barra 1 se realiza para satisfacer las condiciones de funcionamiento de un reactor de agua a presión (RAP) convencional.

55 Las geometrías, los materiales y las condiciones de funcionamiento del reactor RAP convencional que se toman como referencia son los siguientes:

�

Dimensiones de una barra de sección circular conocida:

Vaina: diámetro exterior Dext = 9,5 mm, diámetro interior Dint = 8,36 mm, Pastillas de combustible: diámetro = 8,2 mm,

�

Materiales:

Vaina de aleación M5, Pastillas de combustible UO2,

�

Condiciones de funcionamiento:

Temperatura en la pared externa de la vaina, T = 342ºC, presión del caloportador P = 155 bares, potencia volumétrica del combustible = 320 W/cm3,

�

Tasa de combustión = 60 000 MWd/t.

Basándose en estos datos de referencia de una barra de sección circular conocida, el inventor ha propuesto el siguiente dimensionamiento de la nueva barra elíptica según la invención:

�

sección de la pastilla igual a la de la pastilla de sección circular convencional;

�

factor de ovalidad a’/b’ = 1,8;

�

tasa de truncamiento equivalente a c/a’ = 0,9, es decir de las siguientes cotas a’, b’, c tal como se representan para la barra 1: a’ = 5,61 mm;

b’ = 3,115 mm; c = 5,05 mm.

�

grosor de vaina de 0,57 mm igual al de la vaina de sección convencional;

�

juego radial en el montaje igual al juego radial en el montaje entre pastillas y vaina de una barra de sección

circular convencional j ≃ 0,08 mm (este juego j en el montaje entre las pastillas 6 y la vaina 2 en la barra

según la invención es según el eje menor b de la elipse, es decir de las siguientes cotas de la sección elíptica de la vaina:

diámetro interno grande 2*a = 5,69 mm;

diámetro interno pequeño 2*b = 3,195 mm;

diámetro externo grande 2*A = 6,26 mm;

diámetro externo pequeño 2*B = 3,765 mm.

En comparación con la geometría de referencia de una barra de sección circular convencional para reactor de agua a presión (RAP), la barra 1 de sección elíptica según la invención presenta una sección total aumentada del orden del 4,4% con un porcentaje superficial de combustible en la vaina del orden del 92,5%.

Así, el vacío total j, 60 creado respectivamente por el juego radial inicial en el montaje j entre las pastillas 6 y la vaina 2 y por los truncamientos 61 de extremo de la pastilla 6 (espacio 60 de vacío entre los bordes 61 truncados y la pared 20 interna de vaina) representa aproximadamente el 7,47% de la sección transversal interna de la vaina igual a Π*a*b.

Desde un punto de vista de la fabricación, la realización de una vaina 2 de sección elíptica no plantea ningún problema particular.

Para la realización de la pastilla 6, es posible prever una nueva operación de prensado. En efecto, la esbeltez a’/b’ considerada en la invención, igual a 1,8 con las dimensiones dadas anteriormente, permite prever el prensado de cada pastilla ya no según su eje cilíndrico XX’ como se realiza actualmente para las barras de sección transversal circular, sino de manera ortogonal, es decir en la dirección del eje menor a’ de su sección elíptica o, dicho de otro modo, sobre su canto delimitado por su altura H.

La forma elíptica del envainado permite además prever el envainado de las pastillas brutas de sinterización. En

efecto, el inventor cree que un prensado de la pastilla de combustible según su canto H debe garantizar una dispersión menor de las cotas de grosor de las pastillas sinterizadas mediante una mejor homogeneización de las densidades de prensado en el seno de la pastilla.

5 Tal como se expuso anteriormente, en funcionamiento de un reactor RAP, la forma elíptica de la vaina debe permitir que la vaina quede pegada a las caras de las pastillas (a excepción de los huecos 60 de extremo), es decir por toda la longitud 2*c, desde el momento de la presurización del caloportador.

Desde el comienzo de su vida, la térmica de las pastillas 6 no depende ya del juego inicial en el montaje entre las 10 pastillas 6 y la vaina 2.

El análisis del comportamiento térmico y termomecánico de una barra 1 de sección elíptica según la invención en las condiciones de funcionamiento de referencia de un RAP, se realizó mediante simulación numérica con el código de elementos finitos CAST3M.

15 Esta simulación tomó como hipótesis una potencia del combustible constante en el transcurso de la vida, la evolución de las propiedades físicas de los materiales de la vaina M5 y del combustible UO2 en función de la temperatura, el comportamiento viscoelástico del material de la vaina y del combustible (fluencia térmica y de irradiación), el hinchamiento de los materiales con irradiación y una tasa de liberación de los gases de fisión

20 producidos por el combustible del orden del 6% (lo que corresponde a un valor habitual encontrado para barras de sección circular para una tasa de combustión de 60000 MWd/t).

Los resultados muestran, para un funcionamiento con esta tasa de combustión de 60000 MWd/t:

25 � un buen control de la térmica del combustible en el transcurso de la vida: desde el momento de la puesta en potencia, el juego radial j entre las pastillas 6 y la vaina 2 se cierra y la temperatura máxima del combustible evoluciona entre una temperatura de comienzo de vida de 683ºC y una temperatura de final de vida de 904ºC.

30 Esta evolución se debe a la degradación de la conductividad del combustible por la irradiación y a la presencia de los gases de fisión liberados por el combustible que degradan el coeficiente de intercambio de calor pastillas 6/vaina

2.

Por la forma elíptica de la sección, al ser la dimensión de la pastilla en la dirección del intercambio de calor (su 35 diámetro pequeño) más pequeña que el diámetro de una pastilla de sección circular de igual superficie, la temperatura máxima en el núcleo del combustible es más baja que en una barra de sección circular convencional.

� un buen comportamiento termomecánico global en la sección transversal de la pastilla de combustible. Esto se traduce en un control de las deformaciones de la sección, controlándose la fluencia de la sección elíptica

40 de la pastilla combustible mediante la temperatura de superficie obtenida por la resistencia térmica constituida por los huecos 60 dispuestos en los extremos 61 truncados de la pastilla.

Al comienzo de la vida, el sobrecalentamiento local (a nivel de los bordes 61) es de 136ºC con respecto a la temperatura de las superficies de intercambio (a nivel de las partes 62) en contacto con la vaina.

45 Al final de la vida, el sobrecalentamiento local alcanzado (entre los bordes 61 truncados y las partes 62) es de 220ºC.

Este equilibrio térmico que gobierna la estabilidad mecánica de la sección se obtiene mediante la optimización de los

50 parámetros geométricos de la sección: su factor de ovalidad a/b y su tasa de truncamiento c/a. Huelga decir que estos parámetros dependen de cada uso y su optimización depende de las condiciones de funcionamiento de cada pastilla de combustible y de las propiedades mecánicas de los materiales constitutivos, concretamente de las leyes de comportamiento en fluencia térmica y de irradiación.

55 El buen comportamiento termomecánico también se traduce por un control de la presurización interna de la barra por los gases de fisión liberados por el combustible.

La presencia de los huecos 60 en los extremos 61 truncados de la pastilla constituye vasos de expansión adicionales con respecto a una barra de sección circular convencional.

60 Finalmente, el buen comportamiento termomecánico se traduce en una interacción mecánica entre las pastillas 6 y la vaina 2 que flexiona esta última.

Las tensiones de flexión inducidas se localizan en los sectores 200 de extremo de la vaina frente a los truncamientos 65 61 de la pastilla de combustible.

La fluencia de la vaina 2 limita estas tensiones a un valor inferior a 100 MPa en funcionamiento.

La vaina se encuentra por tanto adecuadamente solicitada únicamente en flexión en su modo de ovalización: no pasa a modo de contracción circunferencial como es susceptible de hacerlo una vaina de barra de sección circular 5 convencional.

La pastilla 6 de combustible adapta, por su parte, sus deformaciones de sección principalmente extruyéndose por fluencia hacia los huecos 60 de extremo por la acción de las rigideces de ovalización de la sección elíptica truncada de la pastilla que se oponen así a las deformaciones de dilatación y de hinchamiento.

10 Pueden preverse otras mejoras y modificaciones sin apartarse por ello del marco de la invención:

-

para una aplicación en reactores de agua a presión RAP actualmente en servicio, puede preverse el uso de materiales convencionales, a saber, una vaina 2 de aleación de zirconio y pastillas 6 de combustible de UO2 o

15 de mezcla mixta a base de óxidos de uranio empobrecido y de óxidos de plutonio reprocesados también denominados Mox. Se obtendrá una optimización de los rendimientos de la barra a partir del control de los comportamientos en fluencia de los materiales de la vaina y del combustible de la barra de sección elíptica según la invención,

20 -para una aplicación en reactores de neutrones rápidos refrigerados por un gas (RNR-gas), ha de buscarse el uso de una vaina dúctil, en la gama de los materiales metálicos y las cerámicas dúctiles, tal como se describió anteriormente.

Claims (7)

1. REIVINDICACIONES

   1. Barra (1) de combustible nuclear que se extiende según una dirección longitudinal (XX’) que comprende una pluralidad de pastillas (6) de combustible apiladas unas sobre otras y una vaina (2) de material

   5 transparente a los neutrones que rodea el apilamiento de pastillas, en la que, en sección transversal a la dirección longitudinal (XX’):

   -

   la vaina presenta una forma general elíptica cuya pared (200) interior tiene un eje mayor de longitud 2*a y un eje menor de longitud 2*b,

   10 -cada pastilla (6) de combustible nuclear presenta una forma elíptica truncada en los extremos del eje mayor de la vaina, siendo el eje menor de cada pastilla de longitud 2*b’ igual a la 2*b del eje menor de la pared interior de la vaina, salvo por el juego de montaje j de las pastillas en la vaina, por toda la longitud grande del eje mayor truncado 2*c, siendo la diferencia de longitud entre la mitad del eje mayor truncado de

   15 las pastillas y el semieje mayor de la vaina (c-a) muy superior al juego de montaje j.
2. 2. Barra de combustible nuclear según la reivindicación 1, en la que el juego de montaje j de las pastillas en la vaina por toda la longitud grande del eje mayor truncado 2*c es igual o inferior al 10% de la del eje mayor 2*a de la vaina.
3. 3. Barra de combustible según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores para un reactor de agua a presión (RAP), en la que la vaina es de aleación de zirconio, de aleación M5 (ZrNbO) y las pastillas de combustible de materiales cerámicos tales como UO2, (U, Pu)O2 o una mezcla mixta a base de óxido de uranio y de óxidos de plutonio reprocesados.
4. 4. Barra de combustible según una de las reivindicaciones 1 ó 2, para un reactor de neutrones rápidos refrigerado por gas (RNR-gas), en la que la vaina es de material metálico refractario o de material metálico semirrefractario, como por ejemplo aleaciones a base de vanadio o de cerámica dúctil, como por ejemplo las fases MAX de tipo Ti3SiC2, y las pastillas de combustible son de materiales cerámicos tales como (U,

   30 Pu) C, (U, Pu)O2.
5. 5. Conjunto de combustible nuclear que comprende una pluralidad de barras de combustible según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores y dispuestas entre sí según una red.

   35 6. Pastilla (6) de combustible nuclear que se extiende según una dirección longitudinal (XX’) y que tiene una forma general elíptica truncada con un eje mayor truncado en sección transversal a la dirección longitudinal (XX’).
6. 7. Procedimiento de fabricación de una pastilla (6) de combustible nuclear de altura H según su dirección

   40 longitudinal (XX’) y de forma elíptica truncada con un eje mayor truncado de longitud 2*c y un eje menor de longitud 2*b’ en sección transversal a la dirección longitudinal (XX’), según el cual se realizan las siguientes etapas:

   -

   preparar el polvo de combustible, denominada etapa de fabricación de pastillas,

   45 -prensar el polvo de combustible sobre el canto de la pastilla cruda, en un juego de matrices de altura H y de sección transversal en forma elíptica truncada con una longitud grande 2*c y una longitud más pequeña 2*b’,

   50 -sinterizar la pastilla de combustible prensada.
7. 8. Procedimiento de fabricación según la reivindicación 7, en el que la relación H/(2*c) entre la altura H y la longitud grande 2*c, es al menos igual a 1,2.

   55 9. Procedimiento de apilamiento de pastillas (6) de combustible en una vaina (2) de material transparente a los neutrones con el fin de realizar una barra de combustible nuclear, en el que se apilan las pastillas de combustible brutas de sinterización obtenidas directamente según el procedimiento de fabricación según la reivindicación 7 u 8 en el interior de una vaina de forma general elíptica cuya pared interior tiene un eje menor de longitud 2*b igual a la del eje menor 2*b’ de las pastillas salvo por el juego de montaje j, siendo la

   60 diferencia de longitud entre la mitad del eje mayor truncado de las pastillas y el semieje mayor de la vaina (c-a) muy superior al juego de montaje j.