FR2470430A1 - SHEATH FOR NUCLEAR FUEL ELEMENT AND METHOD OF MANUFACTURE - Google Patents
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Abstract
GAINE PRESENTANT UNE MEILLEURE RESISTANCE A L'HYDRURATION. ELLE SE COMPOSE D'UNE ENVELOPPE EN ZIRCONIUM OU ALLIAGE DE ZIRCONIUM 12, D'UNE CHEMISE INTERIEURE POREUSE EN CUIVRE 16 ET D'UNE COUCHE D'OXYDE DE ZIRCONIUM OU DE SON ALLIAGE, ENTRE LA SURFACE INTERIEURE DE L'ENVELOPPE ET LA COUCHE DE CUIVRE POREUX. APPLICATION AUX ELEMENTS DE COMBUSTIBLE NUCLEAIRE.SHEATH WITH BETTER RESISTANCE TO HYDRURATION. IT CONSISTS OF A ZIRCONIUM OR ZIRCONIUM ALLOY 12 ENVELOPE, A POROUS COPPER 16 INNER SHIRT AND A LAYER OF ZIRCONIUM OR ITS ALLOY OXIDE, BETWEEN THE INSIDE SURFACE OF THE ENVELOPE AND THE LAYER OF POROUS COPPER. APPLICATION TO NUCLEAR FUEL ELEMENTS.
Description
L'invention concerne, d'une manière générale, des per-The invention relates generally to
fectionnements apportés à. la fabrication de gaines de combus- made to. the manufacture of fuel ducts
tible nucléaire utilisé dans les réacteurs de fission nucléai- nuclear fuel used in nuclear fission reactors
re, d'éléments de combustible nucléaire composés d'une gaine à l'intérieur de laquelle se trouve un matériau combustible tel qu'un composé d'uranium, de plutonium et de thorium, de re, of nuclear fuel elements composed of a sheath inside which there is a combustible material such as a compound of uranium, plutonium and thorium, of
même que les gaines et éléments ainsi fabriqués. same as the ducts and elements thus manufactured.
On construit actuellement des réacteurs dans lesquels le Reactors are being built in which the
combustible nucléaire est contenu dans des éléments de combus- nuclear fuel is contained in fuel elements
tible de formes géométriques diverses, soit sous la forme de variety of geometric shapes, either in the form of
plaques, de tubes ou de tiges, par exemple. Le matériau com- plates, tubes or rods, for example. The material
bustible est généralement enfermé dans une enveloppe ou gaine bustible is usually enclosed in an envelope or sheath
conductrice de la chaleur, non réactive et résistant à la cor- heat-conducting, non-reactive and resistant to corrosion
rosion. Les éléments sont assemblés sous forme d'un réseau, à distance fixe les uns des autres, dans un canal ou zone de circulation d'un réfrigérant, pour former un assemblage de erosion. The elements are assembled in the form of a network, at a fixed distance from each other, in a channel or circulation zone of a refrigerant, to form an assembly of
combustible, et on assemble un nombre suffisant de ces assem- fuel, and a sufficient number of these assemblies are assembled
blages pour former un coeur de réacteur pouvant être le siège blages to form a reactor core that can be the seat
d'une réaction nucléaire auto-entretenue. Le coeur est lui- a self-sustaining nuclear reaction. The heart is itself
même enfermé dans la cuve du réacteur dans laquelle on fait even locked in the reactor vessel in which one makes
circuler un réfrigérant.circulate a refrigerant.
La gaine de combustible nucléaire a plusieurs fonctions, et notamment deux fonctions essentielles: premièrement, elle The nuclear fuel cladding has several functions, including two essential functions: first, it
évite tout contact et toute réaction chimique entre le combus- avoid contact and chemical reaction between the fuel
tible nucléaire et le réfrigérant, ou le modérateur s'il exis- and the refrigerant, or the moderator if it exists
te un modérateur, ou entre le combustible nucléaire et, d'une a moderator, or between the nuclear fuel and,
part, le réfrigérant, d'autre part, le modérateur, s'il exis- refrigerant, on the other hand, the moderator, if it exists
te un modérateur et un réfrigérant; deuxièmement, elle évite que les produits de fission radioactifs, dont certains sont sous forme de gaz, viennent contaminer le réfrigérant et/ou a moderator and a refrigerant; secondly, it prevents radioactive fission products, some of which are in the form of gas, from contaminating the refrigerant and / or
le modérateur. On utilise généralement comme matériau de gai- the moderator. In general, the material used is gai-
nage l'acier inoxydable, l'aluminium et ses alliages, le zir- stainless steel, aluminum and its alloys, zinc
conium et ses alliages, le niobium, certains alliages de ma- conium and its alloys, niobium, certain alloys of
gnésium, etc... Une rupture de gaine, soit une perte d'étan- gnesium, etc ... A sheath failure, ie a loss of
chéité, peut se traduire par la contamination du réfrigérant ou du modérateur et des systèmes associés, par les produits may result in refrigerant or moderator contamination and associated systems,
de fission à longue durée de vie, dans une mesure qui compro- long-lived fission, to an extent that compromises
met le fonctionnement de l'installation. puts the operation of the installation.
Des problèmes se sont posés lors de la fabrication et du fonctionnement d'éléments de combustible nucléaire utilisant certains métaux ou alliages comme matériau de gaine, du fait qu'ils subissent des contraintes mécaniques ou sont le siège de réactions chimiques dans certaines conditions. Dans des conditions normales, le zirconium et ses alliages constituent des matériaux de gaine excellents, en raison de leur faible section efficace de capture neutronique, et parce que, aux températures inférieures à 3980C environ, ils sont robustes, ductiles, extrêmement stables et ne réagissent pas avec l'eau Problems have arisen in the manufacture and operation of nuclear fuel elements using certain metals or alloys as sheath material, because they are subjected to mechanical stress or are the site of chemical reactions under certain conditions. Under normal conditions, zirconium and its alloys are excellent sheath materials because of their low neutron capture cross-section, and because at temperatures below about 3980C they are robust, ductile, extremely stable, and unresponsive. not with water
ou la vapeur déminéralisée couramment employée comme réfrigé- demineralized steam commonly used as refrigeration
rant ou modérateur.rant or moderator.
Il se pose toutefois, lors du fonctionnement de l'élé- It arises, however, during the operation of the
ment de combustible, un problème du fait que la gaine devient fragile sous l'effet combiné des réactions intervenant entre le combustible, la gaine et les produits de fission émis au cours de la réaction nucléaire. On a découvert que ce mauvais A problem is that the sheath becomes brittle under the combined effect of the reactions occurring between the fuel, the sheath and the fission products emitted during the nuclear reaction. It was discovered that this bad
fonctionnement est engendré par des contraintes mécaniques lo- operation is caused by mechanical constraints
cales dues aux différences de dilatation entre le combustible et sa gaine (les contraintes dans la gaine se localisent au shims due to differences in expansion between the fuel and its sheath (the stresses in the sheath are located at
niveau de fissures dans le combustible nucléaire). Des pro- level of cracks in the nuclear fuel). Some
duits de fission corrosifs sont émis par le combustible nu- corrosive fission products are emitted by the nu-
cléaire et se retrouvent à l'intersection des fissures et de la surface de la gaine. Les produits de fission sont formés and find themselves at the intersection of the cracks and the surface of the sheath. Fission products are formed
dans le combustible au cours de la réaction en chaine, pen- in the fuel during the chain reaction,
dant le fonctionnement du réacteur. Les contraintes locales sont renforcées par la friction élevée entre le combustible the operation of the reactor. Local stresses are reinforced by the high friction between the fuel
et la gaine.and the sheath.
A l'intérieur d'un élément de combustible scellé, de l'hydrogène gazeux peut se former par réaction lente entre la gaine et l'eau résiduelle à l'intérieur de cette gaine, et se traduire, dans certaines conditions, par une hydruration Inside a sealed fuel element, hydrogen gas can be formed by slow reaction between the sheath and the residual water inside this sheath, and result, under certain conditions, by hydriding
localisée de cette gaine et la dégradation locale de ses pro- this sheath and the local degradation of its
priétés mécaniques. La gaine est également détériorée par des mechanical properties. The sheath is also deteriorated by
gaz tels que l'oxygène, l'azote, l'oxyde de carbone et le bio- gases such as oxygen, nitrogen, carbon monoxide and bio-
xyde de carbone, sur une large gamme de températures. carbon dioxide, over a wide range of temperatures.
La gaine en zirconium d'un élément de combustible nuclé- The zirconium cladding of a nuclear fuel element
aire est exposée à un ou plusieurs des gaz qui viennent d'être area is exposed to one or more gases that have just been
énumérés ainsi qu'aux produits de fission au cours de l'ir- enumerated as well as to fission products during the
radiation dans un réacteur nucléaire, bien que ces gaz ou produits de fission puissent ne pas être présents dans le réfrigérant ou le modérateur, et bien qu'ils aient pu être - exclus dans la mesure du possible de l'atmosphère ambiante au cours de la fabrication de la gaine et de l'élément. Les compositions céramiques et réfractaires frittées, telles que le bioxyde d'uranium, et les autres compositions utilisées radiation in a nuclear reactor, although these gases or fission products may not be present in the refrigerant or the moderator, and although they may have been - excluded to the extent possible from the ambient atmosphere during the manufacture of the sheath and the element. Sintered ceramic and refractory compositions, such as uranium dioxide, and other compositions used
comme combustible nucléaire émettent les gaz ci-dessus men- nuclear fuel emit the gases mentioned above.
tionnés en quantités mesurables lorsqu'elles sont chauffées au cours de la fabrication de l'élément combustible, et, de in measurable quantities when heated during the manufacture of the fuel element, and,
plus, libèrent des produits de fission sous irradiation. Cer- plus, release fission products under irradiation. cer-
taines compositions, telles que la poudre de bioxyde d'ura- certain compositions, such as urax dioxide powder,
nium, sont connues pour libérer de très grandes quantités des gaz mentionnés sous irradiation, et ces gaz sont susceptibles nium, are known to release very large quantities of the gases mentioned under irradiation, and these gases are susceptible
de réagir avec la gaine en zirconium qui enferme le combusti- to react with the zirconium sheath that encloses the fuel
ble nucléaire.nuclear power.
Il est, par suite, apparu souhaitable de réduire l'atta- It has therefore appeared desirable to reduce the
que de la gaine par l'eau, la vapeur d'eau, l'hydrogène et than sheath by water, water vapor, hydrogen and
les autres gaz qui sont libérés par le combustible et réagis- other gases released by the fuel and react
sent avec cette gaine pendant toute la durée d'utilisation de with this sheath for the duration of use of
l'élément combustible dans une centrale d'énergie nucléaire. the fuel element in a nuclear power plant.
L'une des voies proposées a été de trouver des matériaux qui réagiraient chimiquement rapidement avec l'eau, la vapeur d'eau, l'hydrogène et les autres gaz pour les éliminer de l'intérieur de la gaine, de tels matériaux étant connus sous One of the proposed routes was to find materials that would react chemically quickly with water, water vapor, hydrogen and other gases to remove them from the inside of the sheath, such materials being known under
le nom de piège ou "getter".the trap name or "getter".
Un certain nombre de solutions ont été proposées dans les brevets des Etats Unis d'Amérique n0 4.022.662, 4.029.545 A number of solutions have been proposed in United States Patents 4,022,662, 4,029,545.
et 4.025.288.and 4,025,288.
Il a été proposé récemment, pour répondre au problème de It has been proposed recently, in response to the problem of
la rupture des gaines d'éléments de combustible, due aux in- the rupture of fuel element sheaths due to
teractions entre le zirconium ou ses alliages constituant le teractions between zirconium or its alloys constituting the
matériau de gaine et le combustible nucléaire et/ou les pro- sheath material and nuclear fuel and / or
duits de fission que ce combustible libère, de former un gai- fission products that this fuel releases, to form a
nage ou chemisage en cuivre à l'intérieur de la gaine, ou swimming or lining of copper inside the sheath, or
couche-écran. On considère généralement qu'une couche de cui- screen layer. It is generally considered that a layer of
vre, formée par gainage ou placage, fonctionne principalement comme un écran chimique interdisant aux produits de fission, tels que le cadmium, le césium, l'iode et analogue, de venir vre, formed by cladding or veneer, functions primarily as a chemical screen prohibiting fission products, such as cadmium, cesium, iodine and the like, from coming
en contact et d'attaquer le zirconium ou l'alliage de zirco- in contact and to attack the zirconium or zirconium alloy
nium qui constitue l'enveloppe.which constitutes the envelope.
Quoiqu'une gaine en zirconium ou en alliage de zirconium, Although a sheath made of zirconium or zirconium alloy,
revêtue intérieurement d'une couche de cuivre, se révèle inté- coated internally with a layer of copper, proves to be
ressante à beaucoup d'égards en ce qui concerne les interac- in many respects with regard to interac-
tions précitées, il apparaît que l'ensemble n'est pas suffi- mentioned above, it appears that the whole is not sufficient
samment efficace en ce qui concerne sa résistance à l'hydro- effectively with regard to its resistance to hydro-
gène et aux phénomènes d'hydruration qui peuvent se produire gene and the phenomena of hydriding that can occur
lorsque la gaine ou l'élément de combustible est défectueux. when the sheath or fuel element is defective.
Par exemple, de la vapeur pénétrant dans une gaine ou un élé- For example, steam entering a sheath or
ment défectueux ou endommagé peut réagir avec le bioxyde d'u- defective or damaged can react with the bio-
ranium, engendrant une atmosphère d'hydrogène humide à l'in- ranium, generating a moist hydrogen atmosphere in the
térieur de la gaine. Des études ont démontré que le zirconium ou ses alliages s'hydrurent rapidement et deviennent fragiles dans une atmosphère d'hydrogène lorsque la vitesse à laquelle arrive la vapeur ou l'oxygène tombe en dessous de la valeur inside the sheath. Studies have shown that zirconium or its alloys hydride rapidly and become brittle in a hydrogen atmosphere when the rate at which the vapor or oxygen falls is below the value
qui permet la formation et le maintien d'un film d'oxyde pro- which allows the formation and the maintenance of an oxide film pro-
tecteur sur les surfaces exposées du zirconium ou de son al- on the exposed surfaces of zirconium or its
liage. On a déterminé que cette valeur correspond à une très faible pression partielle de vapeur d'eau, de l'ordre de 0,140 g/cm2 (0,1 mm Hg). La chemise en cuivre, qui réduit ou empêche l'arrivée de-la vapeur d'eau ou de l'oxygène jusqu'au zirconium ou alliage de zirconium sous-jacent, rend donc la gaine en zirconium ou alliage de zirconium très vulnérable à bonding. This value was determined to correspond to a very low partial pressure of water vapor, of the order of 0.140 g / cm 2 (0.1 mm Hg). The copper jacket, which reduces or prevents the arrival of water vapor or oxygen to the underlying zirconium or zirconium alloy, thus renders the zirconium or zirconium alloy sheath very vulnerable to
l'hydruration, puisque l'hydrogène diffusera de manière pré- hydriding, since hydrogen will diffuse pre-
férentielle au travers d'une couche en métal tel que du cui- ferential through a metal layer such as copper
vre. Les coefficients de diffusion de l'hydrogène et de l'o- fever. The diffusion coefficients of hydrogen and o-
xygène dans le cuivre (DCu- 1,5 x 10-5 et DCu= 2,95 x 10-10 cm2/s, xygen in copper (DC-1.5 x 10-5 and DCu = 2.95 x 10-10 cm 2 / s,
à 400%C) permettent d'envisager, comme plus probable, une vi- at 400% C) make it possible to envisage, as more likely, a
tesse d'hydruration bien plus élevée que la vitesse d'oxyda- much higher than the oxidation rate
tion. La gaine rendue fragile par hydruration du zirconium ou tion. The sheath rendered fragile by hydriding zirconium or
de l'alliage de zirconium qui la constitue conduit à une accé- of the zirconium alloy which constitutes it leads to an accen-
lération de la dégradation des éléments de combustible défec- degradation of defective fuel elements
tueux et, en définitive, à leur total endommagement. killer and, ultimately, to their total damage.
L'invention concerne une gaine composite d'élément de combustible nucléaire, pour réacteur nucléaire et son procédé de fabrication, cette gaine se composant d'une enveloppe en The invention relates to a nuclear fuel element composite sheath for a nuclear reactor and to its method of manufacture, this sheath being composed of a sheath
zirconium ou en alliage de zirconium qui comporte, sur sa sur- zirconium or zirconium alloy which has on its surface
face intérieure, une chemise perméable aux gaz formée par dé- inner side, a gas permeable sleeve formed by
pôt de cuivre, et une couche d'oxyde de zirconium ou d'allia- copper, and a layer of zirconium oxide or alloy
ge de zirconium formée sur la surface intérieure de l'envelop- of zirconium formed on the inner surface of the envelope
pe, entre cette enveloppe et la chemise en cuivre perméable pe, between this envelope and the permeable copper jacket
aux gaz.to gases.
Dans ce qui suit, on utilisera le terme "zirconium" pour In what follows, the term "zirconium" will be used for
désigner tant le zirconium qu'un de ses alliages. designate both zirconium and one of its alloys.
La suite de la description se réfère au dessin annexé The remainder of the description refers to the attached drawing
qui représente un exemple de gaine pour élément de combusti- which represents an example of a fuel element sheath
ble nucléaire conforme à l'invention, illustré en coupe trans- nuclear device in accordance with the invention, illustrated in cross section.
versale. L'invention est basée sur la réalisation d'une structure composite ou combinaison de matériaux, avec couche ou chemise poreuse de cuivre perméable à la vapeur et à l'hydrogène et versale. The invention is based on the realization of a composite structure or combination of materials, with a porous layer or sleeve of copper permeable to steam and hydrogen and
formée à la surface du zirconium ou de son alliage qui cons- formed on the surface of zirconium or its alloy which
titue un substrat et le composant essentiel de la gaine d'un élément de combustible nucléaire. La possibilité donnée à la a substrate and the essential component of the cladding of a nuclear fuel element. The possibility given to the
vapeur de pénétrer rapidement dans la couche ou chemise po- vapor to penetrate quickly into the layer or shirt
reuse en cuivre, et de la traverser, conduit à la formation in situ d'oxyde de zirconium à la surface sous-jacente de la structure, soit à la surface du zirconium revêtue de la couche ou chemise précitée. Le dépôt préalable d'une couche de cuivre à la surface du zirconium qui constitue un substrat métallique permet d'avoir recours aux procédés de dépôt les plus efficaces et les plus rapides, tels.qu'un dépôt par voie électrolytique. The copper channel, and passing through it, leads to the in situ formation of zirconium oxide at the underlying surface of the structure, ie to the surface of the zirconium coated with the above-mentioned layer or jacket. The prior deposition of a copper layer on the zirconium surface which constitutes a metal substrate makes it possible to use the most efficient and fastest deposition methods, such as electrolytic deposition.
L'invention permet donc la formation d'oxyde de zirco- The invention thus allows the formation of zirconium oxide
nium sur la surface sous-jacente à la chemise en cuivre préa- on the surface underlying the pre-formed copper jacket.
lablement formée, de sorte qu'est constituée une barrière pro- formed, so that a protective barrier is
tectrice d'oxyde entre cette chemise et la gaine en zirconium, ce qui évite tout phénomène d'interdiffusion entre zirconium oxide teat between this jacket and the zirconium sheath, which avoids any interdiffusion phenomenon between zirconium
et cuivre et les effets néfastes qui en résultent. Mais on no- and copper and the resulting adverse effects. But we
tera que, de plus, la vapeur peut en permanence traverser la chemise poreuse en cuivre et atteindre la surface sous-jacente In addition, the steam can permanently pass through the porous copper jacket and reach the underlying surface
de l'enveloppe en zirconium ou alliage de zirconium. of the zirconium or zirconium alloy envelope.
Par suite, lors d'un défaut ou de l'endommagement de l'é- As a result, in the event of a fault or damage to the
lément de combustible nucléaire conforme à l'invention, expo- nuclear fuel element according to the invention,
sant accidentellement l'enveloppe de zirconium revêtue de cui- accidentally the zirconium casing coated with
vre poreux à l'eau ou la vapeur de réfrigération engendrant une atmosphère d'hydrogène humide, la vapeur pénétrera dans le cuivre et atteindra la surface sous-jacente, entretenant porous water or refrigeration vapor generating a moist hydrogen atmosphere, the vapor will penetrate the copper and reach the underlying surface, maintaining
la couche intermédiaire d'oxyde de zirconium, donc la barriè- the intermediate layer of zirconium oxide, therefore the barrier
re protectrice formée par cet oxyde, de sorte que l'hydrogène n'atteindra pas le zirconium, et que ce dernier ne sera pas protector formed by this oxide, so that the hydrogen will not reach the zirconium, and that the latter will not be
rendu fragile par hydruration.rendered fragile by hydriding.
La gaine représentée sur le dessin en coupe transversale se compose d'une enveloppe 12 en zirconium ou en alliage de zirconium, d'une couche d'oxyde de zirconium ou d'alliage de zirconium 14 formée sur la surface intérieure de l'enveloppe, The sheath shown in the cross-sectional drawing consists of a casing 12 of zirconium or zirconium alloy, a layer of zirconium oxide or zirconium alloy 14 formed on the inner surface of the casing,
et d'une chemise poreuse en cuivre 16, perméable à la vapeur. and a porous copper jacket 16, permeable to steam.
Le combustible nucléaire 18, constitué par exemple par des granules, est de l'oxyde d'uranium, de plutonium et/ou de thorium contenu à l'intérieur de la gaine pour l'isoler de tout contact avec l'agent réfrigérant qui circule dans le The nuclear fuel 18, consisting for example of granules, is oxide of uranium, plutonium and / or thorium contained inside the sheath to isolate it from any contact with the cooling medium that circulates in the
réacteur.reactor.
Les gaines de combustible nucléaire 10, qui constituent un exemple de réalisation recommandé conforme à l'invention, peuvent être fabriquées en déposant la couche de cuivre 16 sur une épaisseur inférieure à 10 y, de préférence sur une épaisseur comprise entre 0,5 p et 5 p environ, sur la surface The nuclear fuel sheaths 10, which constitutes a recommended embodiment of the invention, may be manufactured by depositing the copper layer 16 to a thickness of less than 10, preferably to a thickness of between 0.5 and About 5 p, on the surface
intérieure de l'enveloppe 12, cette couche étant donc forte- interior of the envelope 12, this layer being therefore strong
ment perméable à la vapeur. On peut avoir recours à cette fin permeable to steam. We can use this end
à tout procédé approprié, tels que ceux décrits dans les bre- appropriate procedures, such as those described in the
vets des Etats Unis d'Amérique N0 4.017.368, 4.137.131 et of United States of America N0 4.017.368, 4.137.131 and
4.093.756.4093756.
Après dépôt de la couche poreuse de cuivre 16 à la sur- After depositing the porous layer of copper 16 on the surface
face de l'enveloppe en zirconium 12, on soumet l'ensemble à face of the zirconium envelope 12, the whole is subjected to
de la vapeur de laquelle on a éliminé l'air, à une températu- vapor from which the air has been removed at a temperature of
re de l'ordre de 3000C à 4000C, par exemple en autoclave, à re of the order of 3000C to 4000C, for example in an autoclave, to
4000C, sous une pression de 0,7 kg/cm2, pendant 24 h. La va- 4000C under a pressure of 0.7 kg / cm 2 for 24 h. The
peur sèche pénètre à travers la couche superficielle de cui- Dry fear penetrates through the surface layer of
vre poreux et réagit avec le zirconium sous-jacent en l'oxy- porous and reacts with the underlying zirconium in the oxy-
dant et en formant ainsi une couche d'oxyde protectrice entre thus forming a protective oxide layer between
l'enveloppe en zirconium et la chemise en cuivre. the zirconium casing and the copper jacket.
On a fabriqué des gaines d'essai à partir de tubes en alliage de zirconium (Zircaloy 2, voir le brevet des Etats Test sleeves were made from zirconium alloy tubes (Zircaloy 2, see US Pat.
Unis d'Amérique n0 4.164.420) revêtus intérieurement de cou- United States of America No. 4,164,420) internally coated with
ches de cuivre sous différentes épaisseurs, soit sous des é- paisseurs de l'ordre de 0,5-1 p, de 1-2 p, et de 10 p. Ces of copper in different thicknesses, ie in thicknesses of the order of 0.5-1 p, 1-2 p, and 10 p. These
gaines d'essai ont été traitées en autoclave, pendant 24 heu- test tubes were autoclaved for 24 hours.
res, en présence de vapeur sèche à 4000C. Les mêmes gaines ont été soumises à un essai à l'hydrogène consistant à les res, in the presence of dry steam at 4000C. The same sheaths were subjected to a hydrogen test consisting of
placer dans des conditions d'hydruration potentielle par ex- place in conditions of potential hydriding, for example
position dans une atmosphère d'hydrogène humide, pendant une période de 72 h ou de 300 h. Après exposition sur une période de 72 h en atmosphère d'hydrogène humide, la gaine d'essai comportant une chemise de cuivre de 1-2 p d'épaisseur avait "accroché" l'hydrogène position in a moist hydrogen atmosphere for a period of 72 h or 300 h. After exposure for 72 h in a humid hydrogen atmosphere, the test sheath with a 1-2 p thick copper jacket "hung" hydrogen
à raison de 150 ppm environ, alors que, dans les mêmes condi- approximately 150 ppm, whereas under the same conditions
tions, la gaine d'essai comportant une chemise de cuivre de the test sheath with a copper jacket of
p avait accroché l'hydrogène à raison de 1000 ppm. p hung hydrogen at 1000 ppm.
Les gaines d'essai soumises à une exposition de 300 h Test ducts exposed to 300 h exposure
en atmosphère d'hydrogène ont été soumises à un examen neu- in a hydrogen atmosphere were subjected to a neutral examination
trographique; toutes les gaines revêtues d'une chemise de cuivre de 0,5-1 i' et de 1-2 V avaient accroché l'hydrogène trographique; all sheaths coated with a 0.5-1 and 1-2 V copper jacket had hung hydrogen
en une quantité inférieure à la quantité décelable par tech- in an amount less than the detectable amount by
nique neutrographique, soit de l'ordre de 500-800 ppm. Quant aux gaines avec chemise en cuivre d'épaisseur 10 p, elles contenaient de l'hydrogène à raison de plusieurs milliers de neutron count, in the order of 500-800 ppm. As for the jackets with copper jacket 10 p thick, they contained hydrogen at the rate of several thousand
- ppm, et plus.- ppm, and more.
Ces résultats démontrent le rôle important que joue la These results demonstrate the important role played by the
porosité de la chemise en cuivre et la possibilité de péné- porosity of the copper jacket and the possibility of penetrating
tration dans cette chemise donnée à la vapeur, ainsi que leur in this steamed shirt, as well as their
effet sur les possibilités d'accrochage de l'hydrogène lais- effect on the possibilities of coupling hydrogen left
sées au zirconium.with zirconium.
R E Y E N D I C A T I 0 N SR E Y E N D I C A T I 0 N S
1 - Gaine pour élément de combustible de réacteur nuclé- 1 - Sheath for nuclear reactor fuel element
aire, caractérisée en ce qu'elle se compose: area, characterized in that it consists of:
a) d'une enveloppe en zirconium ou en alliage de zirco- (a) a zirconium or zirconium alloy envelope
nium (12), b) d'une chemise poreuse (16) formée par dépôt de cuivre sur la surface intérieure de l'enveloppe, et nium (12), b) a porous jacket (16) formed by depositing copper on the inner surface of the envelope, and
c) d'une couche d'oxyde de zirconium ou d'oxyde d'allia- (c) a layer of zirconium oxide or alloy oxide
ge de zirconium (14) formée sur la surface intérieure de l'en- of zirconium (14) formed on the inner surface of the
veloppe, entre cette surface intérieure et la chemise- poreuse veloppe, between this inner surface and the porous-shirt
de cuivre dont elle est revêtue.of copper of which it is coated.
2- Gaine selon la revendication 1, caractérisée en ce 2- sheath according to claim 1, characterized in that
que la chemise poreuse de cuivre formée sur la surface inté- the porous copper sleeve formed on the surface of the
rieure de l'enveloppe a une épaisseur de l'ordre de 5 p. 3 - Gaine selon la revendication 1, caractérisée en ce envelope has a thickness of about 5%. 3 - Sheath according to claim 1, characterized in that
que la chemise poreuse de cuivre formée sur la surface inté- the porous copper sleeve formed on the surface of the
rieure de l'enveloppe a une épaisseur comprise entre 0,5 p et p environ. the envelope has a thickness of between 0.5 and about p.
4 - Gaine selon l'une des revendications 1 à 3, caracté- 4 - Sheath according to one of claims 1 to 3, characterized
risée en ce que la gaine contient un matériau combustible nu- in that the sheath contains a noncombustible
cléaire choisi parmi les composes d'uranium, les composés de selected from uranium compounds, the compounds of
plutonium, les composés de thorium, et les mélanges. plutonium, thorium compounds, and mixtures.
- Gaine pour élément de combustible de réacteur nuclé- aire, caractérisée en ce qu'elle se compose: Sheath for nuclear reactor fuel element, characterized in that it consists of:
a) d'une enveloppe en zirconium ou en alliage de zirco- (a) a zirconium or zirconium alloy envelope
nium, b) d'une chemise perméable aux gaz formée par dépôt de cuivre sur la surface intérieure de l'enveloppe et formant une couche dont l'épaisseur est comprise entre 0,5 y et 5 p environ, et (b) a gas-permeable jacket formed by deposition of copper on the inner surface of the shell and forming a layer having a thickness of between 0.5 and 5 per cent, and
c) d'une couche d'oxyde de zirconium ou d'oxyde d'allia- (c) a layer of zirconium oxide or alloy oxide
ge de zirconium formée in situ sur la surface intérieure de of zirconium formed in situ on the inner surface of
l'enveloppe, entre cette surface intérieure et la chemise per- the envelope, between this inner surface and the shirt
méable aux gaz dont elle est revêtue. gas that it is coated.
6 - Gaine selon la revendication 5, caractérisée en ce que la couche d'oxyde a une épaisseur comprise entre 0,5 p 6 - Sheath according to claim 5, characterized in that the oxide layer has a thickness between 0.5 p
et 5 p environ.and about 5 p.
7 - Gaine pour élément de combustible de réacteur nuclé- 7 - Sheath for nuclear reactor fuel element
aire, caractérisée en ce qu'elle se compose area, characterized in that it consists of
a) d'une enveloppe en zirconium ou en alliage de zirco- (a) a zirconium or zirconium alloy envelope
nium, b) d'une chemise perméable à la vapeur formée par dépôt de cuivre sur la surface intérieure de l'enveloppe et formant (b) a vapor permeable jacket formed by depositing copper on the inner surface of the shell and forming
une couche dont l'épaisseur est comprise entre 2 p et 5 p en- a layer whose thickness is between 2 p and 5 p
viron, etviron, and
c) d'une couche d'oxyde de zirconium ou d'oxyde d'allia- (c) a layer of zirconium oxide or alloy oxide
ge de zirconium, d'épaisseur comprise entre 0,5 p et 1 Vi en- of zirconium, with a thickness between 0.5 p and 1 Vi
viron, formée in situ sur la surface intérieure de l'envelop- viron, formed in situ on the inner surface of the envelope
pe, entre cette surface intérieure et la chemise perméable à pe, between this inner surface and the shirt permeable to
la vapeur dont elle est revêtue.the steam with which it is coated.
8 - Procédé de fabrication d'une gaine pour élément de combustible de réacteur nucléaire, caractérisé en ce qu'il 8 - Process for manufacturing a sheath for a nuclear reactor fuel element, characterized in that
consiste: -consists of: -
a) à prendre une enveloppe en zirconium ou en alliage de zirconium, b) à former, par dépôt de cuivre, une chemise poreuse sur la surface intérieure de l'enveloppe, puis c) à oxyder la surface intérieure de l'enveloppe pour former une couche d'oxyde de zirconium ou d'oxyde d'alliage de zirconium, entre cette surface intérieure et la chemise a) to take a zirconium or zirconium alloy envelope, b) to form, by deposition of copper, a porous jacket on the inner surface of the envelope, then c) to oxidize the inner surface of the envelope to form a layer of zirconium oxide or zirconium alloy oxide, between this inner surface and the jacket
poreuse dont elle est revêtue.porous which it is coated.
9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser de la vapeur-pour oxyder la surface 9 - Process according to claim 8, characterized in that it consists in using steam-to oxidize the surface
intérieure de l'enveloppe.inside the envelope.
- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser de la vapeur sèche pour oxyder la - Process according to claim 8, characterized in that it consists in using dry steam to oxidize the
surface intérieure de l'enveloppe.inner surface of the envelope.
11 - Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, ca- 11 - Method according to one of claims 8 to 10,
ractérisé en ce qu'il consiste à utiliser de la vapeur à une température comprise entre 3000C et 400'C environ pour oxyder characterized in that it consists in using steam at a temperature between 3000C and 400'C approximately to oxidize
la surface intérieure de l'enveloppe. the inner surface of the envelope.
12 - Procédé selon l'une des revendications 8 à 11, ca- 12 - Process according to one of claims 8 to 11,
ractérisé en ce qu'il consiste à former la couche poreuse de cuivre déposée sur la surface intérieure de l'enveloppe sur une épaisseur pouvant atteindre 5 p. characterized by forming the porous layer of copper deposited on the inner surface of the envelope to a thickness of up to 5 percent.
13,- Procédé selon l'une des revendications 8 à 11, ca- 13, - Method according to one of claims 8 to 11,
ractérisé en ce qu'il consiste à former la couche poreuse de cuivre déposée sur la surface intérieure de l'enveloppe sur characterized in that it consists in forming the porous layer of copper deposited on the inner surface of the envelope on
une épaisseur comprise entre 0,5 p et 5 i environ. a thickness of between 0.5 and 5 i approximately.
14 - Procédé selon l'une des revendications 8 à 11, ca- 14 - Method according to one of claims 8 to 11,
ractérisé en ce qu'il consiste à former la couche poreuse de cuivre déposée sur la surface intérieure de l'enveloppe sur characterized in that it consists in forming the porous layer of copper deposited on the inner surface of the envelope on
une épaisseur comprise entre 2 iV et 5 p environ. a thickness of between 2 iV and 5 p approximately.
- Procédé selon l'une des revendications 8 à 14, ca- Method according to one of claims 8 to 14,
ractérisé en ce qu'il consiste à oxyder la surface intérieure de l'enveloppe par application de vapeur traversant la couche characterized in that it consists in oxidizing the inner surface of the envelope by application of vapor passing through the layer
poreuse formée par dépôt de cuivre sur cette surface intérieu- porous formed by deposition of copper on this interior surface.
re.re.
16 - Procédé selon l'une des revendications 8 à 15, ca- 16 - Method according to one of claims 8 to 15,
ractérisé en ce qu'il consiste à oxyder la surface intérieure de l'enveloppe de manière à former une couche d'oxyde dont characterized in that it consists in oxidizing the inner surface of the envelope so as to form an oxide layer of which
l'épaisseur est comprise entre 0,5 p et 1 p environ. the thickness is between 0.5 p and 1 p approximately.
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