FR2581232A2

FR2581232A2 - Fast-neutron nuclear reactor core comprising a single type of nuclear fuel assemblies

Info

Publication number: FR2581232A2
Application number: FR8506328A
Authority: FR
Inventors: Pierre Clauzon; Henri Sztark
Original assignee: Novatome SA
Current assignee: Novatome SA
Priority date: 1985-04-25
Filing date: 1985-04-25
Publication date: 1986-10-31
Also published as: FR2581232B2

Abstract

The identical assemblies with single enrichment constituting the fissile zone of the core of a fast-neutron nuclear reactor and among which diluent elements are distributed in a radial central part of this zone, each comprise, in a central axial part, at least one diluting zone 38. This latter zone may be formed either by a block of steel, or by a recess delimited by a hollow steel structure. The power distributions of this type of core exhibit very good radial and axial flatness and are characterised by excellent stability during operation.

Description

COEUR DE REACTEUR NUCLEAIRE A NEUTRONS RAPIDES
COMPORTANT UN SEUL TYPE D'ASSEMBLAGES DE
COMBUSTIBLE NUCLEAIRE
La présente invention se rapporte à un coeur de réacteur nucléaire à neutrons rapides dont les asassemblages de combustible nucléaire sont tous identi que s. FAST NEUTRAL NUCLEAR REACTOR CORE
COMPRISING A SINGLE TYPE OF ASSEMBLIES
NUCLEAR FUEL
The present invention relates to a fast neutron nuclear reactor core, the nuclear fuel assemblies of which are all identical.

Dans la demande de brevet français n" 85 01203 déposée le 29 janvier 1985, on a décrit et
revendiqué un coeur de réacteur nucléaire à neutrons rapides dont la zone fissile est constituée d'assemblages identiques à enrichissement unique, des éLé- ments diluants, notamment en acier étant régulièrement repartis Darmi les assemblages de combustible nucléaire dans une partie centrale de la zone fissile, celle-ci étant considérée radialement.In French patent application no. 85 01203 filed on January 29, 1985, the description and
claimed a core of a fast neutron nuclear reactor, the fissile zone of which is made up of identical assemblies with single enrichment, diluting elements, in particular steel being regularly distributed, Among the nuclear fuel assemblies in a central part of the fissile zone, this being considered radially.

Les éléments diluants placés dans la partie
centrale radiale de la zone fissile permettent de ré
duire la réactivité du coeur. Une bonne distribution de ces éléments permet ainsi d'obtenir une répartition
radiale des puissances dans le coeur relativement bien aplatie. De plus, grâce à l'utilisation d'un seul type d'assemblages de combustible nucléaire, il est possible de choisir un enrichissement unique en matière fissile d'environ 16% en volume, pour lequel les puissances dissipées dans les assemblages restent pratiquement stables en cours de cycle.The diluents placed in the part
radial center of the fissile zone allow re
duire the reactivity of the heart. A good distribution of these elements thus makes it possible to obtain a distribution
radial of powers in the heart relatively flattened. Furthermore, thanks to the use of a single type of nuclear fuel assemblies, it is possible to choose a single enrichment in fissile material of approximately 16% by volume, for which the powers dissipated in the assemblies remain practically stable. during the cycle.

La présente invention concerne un perfectionnement à un coeur de réacteur nucléaire à neutrons
rapides ainsi réalisé, permettant d'obtenir également une répartition axiale des puissances relativement
bien aplatie tout en préservant les avantages qui
viennent d'être mentionnés.The present invention relates to an improvement to a nuclear neutron reactor core
high speed thus produced, also making it possible to obtain an axial distribution of the powers relatively
well flattened while preserving the benefits that
have just been mentioned.

A cet effet, le coeur de réacteur nucléaire à neutrons rapides décrit et revendiqué dans la demande de brevet français nO 85 01 203 est caractérisé de plus par le fait que chacun des assembLages constituant la zone fissile comprend, dans une partie cen trale axiale, au moins une zone diluante permettant d'aplatir la distribution axiale de puissance dans cet assemblage. To this end, the core of a fast neutron nuclear reactor described and claimed in French patent application no. 85 01 203 is further characterized by the fact that each of the assemblies constituting the fissile zone comprises, in an axial central part, at minus a diluting zone making it possible to flatten the axial distribution of power in this assembly.

Dans un mode de réalisation préféré de l'in- vention, la partie centrale axiale de chaque assemblage s'étend sur une longueur comprise entre 5X et 15% de la longueur totale de la zone fissile de cet assemblage. In a preferred embodiment of the invention, the axial central part of each assembly extends over a length of between 5X and 15% of the total length of the fissile zone of this assembly.

Le combustible nucléaire se présente de façon connue sous la forme d'empilements de pastilles placées dans des gaines en acier inoxydable pour former un faisceau d'aiguilles. La zone diluante est alors obtenue en plaçant dans la partie centraLe axiale de chacune de ces aiguilles soit au moins un bloc d'acier, soit au moins une structure d'acier creuse délimitant un évidement. Nuclear fuel is known in the form of stacks of pellets placed in stainless steel sheaths to form a bundle of needles. The diluting zone is then obtained by placing in the axial central part of each of these needles either at least one block of steel, or at least one hollow steel structure delimiting a recess.

Dans une première variante de réalisation de
L'invention, la partie centrale axiale de chaque ai gui île comprend une seule zone diluante placée au centre de la zone fissile de cette aiguille.In a first variant of
The invention, the axial central part of each ai mistletoe comprises a single diluent zone placed in the center of the fissile zone of this needle.

Dans une deuxième variante de réalisation de l'invention, la partie centrale axiale de chaque aiguille comprend une première zone diluante placée au centre de La zone fissiLe de cette aiguiLLe et deux zones diluantes disposées symétriquement par rapport à cette première zone. In a second variant embodiment of the invention, the axial central part of each needle comprises a first diluting zone placed at the center of the fissile zone of this needle and two diluting zones arranged symmetrically with respect to this first zone.

Dans une troisième variante de réalisation de l'invention, la partie centrale axiale de chaque aiguille comprend deux zones diluantes disposées symétriquement par rapport au centre de La zone fissile de cette aiguilLe. In a third variant embodiment of the invention, the axial central part of each needle comprises two diluting zones arranged symmetrically with respect to the center of the fissile zone of this needle.

On décrira maintenant, à titre d'exemples non limitatifs, différentes variantes de réalisation de l'invention en se référant aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un assemblage de combustible nu cléaire destiné à être placé dans la zone fissile du coeur d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides, conformément à L'invention ;
- la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une aiguille de l'assemblage combustible nu cléaire représenté sur la figure 1, ilLustrant une première variante de réalisation dans laquelle la partie centrale axiale de l'aiguille comprend une seule zone diluante constituée par un bloc d'acier ;;
- la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une aiguille comparable à ta figure 2, illustrant une deuxième variante de réalisation de l'inven- tion dans laquelle La partie centrale axiale comprend trois zones diluantes constituées chacune par un bloc d'acier ;
- la figure 4 est une vue en coupe Longitudinale d'une aiguille comparable aux figures 2 et 3 illustrant une troisième variante de réalisation de
L'invention dans laquelle la partie centrale axiale comprend deux zones diluantes constituées chacune par un bloc d'acier ; et
- la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'une aiguille comparable aux figures 2 à 4, illustrant une autre variante de réalisation de L'in- vention dans laquelle la partie centrale axiale de l'aiguille comprend une seule zone diluante constituée par un évidement délimité par une structure d'acier creuse.We will now describe, by way of nonlimiting examples, various alternative embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings in which
- Figure 1 is a schematic longitudinal sectional view of a key bare fuel assembly intended to be placed in the fissile zone of the core of a fast neutron nuclear reactor, according to the invention;
- Figure 2 is a longitudinal sectional view of a needle of the bare bare fuel assembly shown in Figure 1, ilLustrant a first embodiment in which the axial central portion of the needle comprises a single diluent zone consisting of a block of steel;
- Figure 3 is a longitudinal sectional view of a needle comparable to your Figure 2, illustrating a second alternative embodiment of the invention in which the axial central part comprises three diluting zones each consisting of a steel block ;
- Figure 4 is a longitudinal sectional view of a needle comparable to Figures 2 and 3 illustrating a third alternative embodiment of
The invention in which the central axial part comprises two diluting zones each constituted by a block of steel; and
FIG. 5 is a view in longitudinal section of a needle comparable to FIGS. 2 to 4, illustrating another alternative embodiment of the invention in which the axial central part of the needle comprises a single diluting zone constituted by a recess bounded by a hollow steel structure.

Sur la figure 1, on a représenté un assem blage de combustible nucléaire 20 comprenant de façon connue un boîtier externe 50, généralement de section hexagonale, une tête 52 permettant la préhension et la manutention de l'assemblage à l'aide d'un outil tel qu'un grappin ou un ringard, et un pied 54 par lequel
L'assemblage est supporté verticalement et alimenté en métal liquide, lorsqu'il est mis en place dans le coeur du réacteur. A l'intérieur du boîtier 50 est placé un faisceau d'aiguilles de combustible nucléaire 52 entre lesquelles circule le métal liquide servant à prélever la chaleur dégagée par la réaction nucléaire, pour La transférer jusqu'aux échangeurs de chaleur intermédiaires entre le circuit primaire et le circuit secondaire du réacteur.Différentes variantes de réalisation des aiguilles 52 vont maintenant être décrites en se référant aux figures 2 à 5.In FIG. 1, there is shown a nuclear fuel assembly 20 comprising in known manner an external casing 50, generally of hexagonal section, a head 52 allowing the gripping and the handling of the assembly using a tool such as a grappling hook or nerdy, and a 54 foot by which
The assembly is supported vertically and supplied with liquid metal, when it is placed in the reactor core. Inside the housing 50 is placed a bundle of nuclear fuel needles 52 between which circulates the liquid metal used to take the heat released by the nuclear reaction, to transfer it to the intermediate heat exchangers between the primary circuit and the secondary circuit of the reactor. Different variants of the needles 52 will now be described with reference to FIGS. 2 to 5.

L'aiguille de combustible nucléaire 52 représentée sur la figure 2 comprend de façon connue une gaine 30, un bouchon 32 de fermeture supérieure, et un bouchon 34 de fermeture inférieure. The nuclear fuel needle 52 shown in FIG. 2 comprises in a known manner a sheath 30, a plug 32 for upper closure, and a plug 34 for lower closure.

A l'intérieur de la gaine 30 est placé le combustible nucléaire 36, constitué par exemple par un empilement de pastilles formées par un oxyde mixte d'uranium et de plutonium. Ce combustible 36 détermine la zone fissile de l'assemblage. Inside the cladding 30 is placed the nuclear fuel 36, constituted for example by a stack of pellets formed by a mixed oxide of uranium and plutonium. This fuel 36 determines the fissile area of the assembly.

Conformément à l'invention, au moins une zone diluante 38 est placée dans la zone fissile cons tituée par le combustible 36. Cette zone diluante 38 est située dans la partie centrale de la zone fissile, cette dernière étant considérée dans le sens de l'axe longitudinal de l'aiguille. Pour cette raison, la partie centrale dans laquelle est située la zone 38 sera appelée par la suite "partie centrale axiale" de l'aiguille. According to the invention, at least one diluting zone 38 is placed in the fissile zone constituted by the fuel 36. This diluting zone 38 is located in the central part of the fissile zone, the latter being considered in the direction of the longitudinal axis of the needle. For this reason, the central part in which the zone 38 is located will be called hereinafter "axial central part" of the needle.

Par rapport à la longueur totale axiale de cette zone fissile, désignée par la référence L sur la figure 2, la partie centrale axiale dans laquelle se trouve la zone diluante 38 s'étend sur une longueur I comprise de préférence entre 5% et 15% de la longueur
L.Relative to the total axial length of this fissile zone, designated by the reference L in FIG. 2, the axial central part in which the diluent zone 38 is located extends over a length I preferably between 5% and 15% length
L.

Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2 , l'aiguille 52 comprend une seule zone diluante 38, de telle sorte que la longueur l de la partie centrale axiale de l'aiguille correspond à la longueur de cette zone 38. In the embodiment shown in FIG. 2, the needle 52 comprises a single diluent zone 38, so that the length l of the axial central part of the needle corresponds to the length of this zone 38.

Sur la figure 2, la zone diluante 38 est constituée par un bloc d'acier. In FIG. 2, the diluting zone 38 is constituted by a block of steel.

De façon connue, la zone fissile constituée par le combustible 36 est placée entre deux zones fertiles (non représentées) constituant la couverture axiale supérieure et la couverture axiale inférieure du coeur. Ce matériau fertile peut être constitué par des pastilles de dioxyde d'uranium placées dans les aiguilles au-dessus et en-dessous de la zone fertile. In known manner, the fissile zone formed by the fuel 36 is placed between two fertile zones (not shown) constituting the upper axial cover and the lower axial cover of the core. This fertile material can consist of uranium dioxide pellets placed in the needles above and below the fertile area.

La figure 3 représente une deuxième variante d'une aiguille 52 réalisée conformément à L'invention. FIG. 3 represents a second variant of a needle 52 produced in accordance with the invention.

L'aiguille de combustible nucléaire 52 représentée sur la figure 3 présente pour l'essentiel des caractéristiques identiques à celles de l'aiguille 52 décrite précédemment en se référant à la figure 2. The nuclear fuel needle 52 shown in FIG. 3 has essentially the same characteristics as those of the needle 52 previously described with reference to FIG. 2.

La variante de réalisation de la figure 3 se distingue uniquement de la variante de réalisation de la figure 2 par le fait que la partie centrale axiale de L'aiguille comprend trois zones diluantes en acier 38a, 38b et 38c. La partie 38a est placée au centre de la zone fissile formée par le combustible nucléaire 36 et s'étend sur une longueur inférieure à la longueur I de La zone 38 dans la variante de la figure 2. Les zones diluantes 38b et 38c sont placées de part et d'autre de la zone centrale 38a et de façon symétrique par rapport à celle-ci. Leur longueur est en outre très inférieure à celle de la zone centrale 38a. The variant embodiment of FIG. 3 differs only from the variant embodiment of FIG. 2 by the fact that the axial central part of the needle comprises three diluting zones made of steel 38a, 38b and 38c. The part 38a is placed in the center of the fissile zone formed by the nuclear fuel 36 and extends over a length less than the length I of the zone 38 in the variant of FIG. 2. The diluent zones 38b and 38c are placed on either side of the central area 38a and symmetrically with respect thereto. Their length is also much less than that of the central zone 38a.

Comme dans la variante de réalisation de la figure 2, la longueur I' de la partie centrale axiale de l'aiguille 52 de la figure 2 dans laquelle se trouvent les zones diluantes 38a, 38b et 38c est comprise de préférence entre 5X et 15% de La longueur totale L de La zone fissile de cette aiguille. As in the alternative embodiment of FIG. 2, the length I ′ of the axial central part of the needle 52 of FIG. 2 in which the diluent zones 38a, 38b and 38c are found is preferably between 5X and 15% of the total length L of the fissile area of this needle.

La variante de réalisation de la figure 4 ne se distingue de la variante de la figure 3 que par le fait que la partie centrale axiale de l'aiguille 52 comprend deux zones diluantes en acier 38'b et 38'c placées de façon symétrique par rapport au centre de la zone fissile formée par le combustible nucléaire 36. The variant embodiment of FIG. 4 differs from the variant of FIG. 3 only by the fact that the axial central part of the needle 52 comprises two diluting zones of steel 38'b and 38'c placed symmetrically by relationship to the center of the fissile area formed by nuclear fuel 36.

Dans les variantes de réalisation des figure 3 et 4, le fractionnement de la zone diluante permet, par un choix judicieux de la longueur et de la position des trois zones diluantes élémentaires 38a, 38b, 38c, ou 38'b et 38'c d'obtenir une répartition axiale des puissances aussi aplatie que possible. In the variant embodiments of FIGS. 3 and 4, the fractionation of the diluting zone allows, by a judicious choice of the length and the position of the three elementary diluting zones 38a, 38b, 38c, or 38'b and 38'c d '' obtain an axial distribution of the powers as flat as possible.

Une extrapolation de cette observation conduit à penser que le fractionnement de la zone di Luante en quatre zones élémentaires ou plus permet d'obtenir un aplatissement de la répartition axiale des puissances encore amélioré. Cela est bien exact, mais le faible gain en aplatissement des puissances qui en résulte est alors largement contrebalancé par la complexité de réalisation de l'aiguille. An extrapolation of this observation leads us to think that the fractionation of the di Luante zone into four or more elementary zones makes it possible to obtain a flattening of the axial distribution of the powers even further improved. This is correct, but the resulting small gain in flattening of the powers is then largely offset by the complexity of making the needle.

Dans la variante de réalisation représentée sur la figure 5, l'aiguille 52 est également réalisée pour l'essentiel de façon identique à l'aiguille décrite précédemment en se référant à la figure 2. In the variant embodiment shown in FIG. 5, the needle 52 is also produced essentially in the same way as the needle described above with reference to FIG. 2.

Elle se distingue essentiellement de cette dernière par le fait qu'elle comprend une zone unique diluante 38' qui n'est plus formée ici par un bloc d'acier mais par un évidement délimité par une structure d'acier creuse 42. It is essentially distinguished from the latter by the fact that it comprises a single diluting zone 38 ′ which is no longer formed here by a block of steel but by a recess delimited by a hollow steel structure 42.

Bien entendu, la variante de réalisation de la figure S peut être combinée avec celles des-figures 3 et 4. En d'autres termes, dans les variantes de réalisation des figures 3 et 4, on peut remplacer chacun des blocs d'acier constituant les zones diluantes 38a, 38b et 38c, ou 38'b et 38'c par des évidements délimités par des structures d'acier creuses. Of course, the variant embodiment of FIG. S can be combined with those of FIGS. 3 and 4. In other words, in the variant embodiments of FIGS. 3 and 4, each of the steel blocks constituting can be replaced the diluting zones 38a, 38b and 38c, or 38'b and 38'c by recesses delimited by hollow steel structures.

L'invention qui vient d'être décrite en se référant aux figures 1 à 5 se combine avec l'invention décrite et revendiquée dans la demande de brevet français nO 85 01203. En d'autres termes, tous les assemblages de combustible nucléaire 20 constituant la zone fissile du coeur sont identiques et présentent un enrichissement unique. The invention which has just been described with reference to FIGS. 1 to 5 is combined with the invention described and claimed in French patent application no. 85 01203. In other words, all the nuclear fuel assemblies 20 constituting the fissile zone of the core are identical and presents a unique enrichment.

En plus de l'aplatissement radiaL des puissances obtenu grâce aux éléments diluants réguliére- ment répartis parmi les assemblages dans la partie centrale radiale de la zone fissile, la présence d'au moins une zone diluante 38 dans la partie centrale axiale de chacun des assemblages permet d'aplatir axialement les puissances, sans augmenter la longueur des assemblages. Il est à noter que cette dernière caractéristique permet en outre de réduire le coût du cycle de retraitement de 15 à 20x. In addition to the radial flattening of the powers obtained thanks to the diluent elements regularly distributed among the assemblies in the radial central part of the fissile zone, the presence of at least one diluting zone 38 in the axial central part of each of the assemblies. allows the powers to be flattened axially, without increasing the length of the assemblies. It should be noted that this last characteristic also makes it possible to reduce the cost of the reprocessing cycle by 15 to 20x.

Claims

1. Core of a fast neutron nuclear reactor comprising a fissile zone consisting of nuclear fuel assemblies (20) among which are regularly distributed through holes for pilot and stop rods made of a neutron absorbing material, said assemblies being juxtaposed and arranged in a regular network, characterized in that - the fissile zone consists of assemblies (20)

identical with single enrichment, - diluents are regularly distributed

among the assemblies (20) in a central part

radial of said fissile zone, in order to reduce the

reactivity in this radial central part, - each of the assemblies (20) constituting the fis zone

if it comprises, in an axial central part, at

minus a diluting zone (38, 38a, 38b, 38c ;; 38tub,

38'c; 38 ') allowing to flatten the distribution

axial power in this assembly.

2. Reactor core according to claim 1, characterized in that the axial central part of each assembly extends over a length (l) of between 5% and 15X of your total length (L) of the fissile zone (36) of this assembly.

3. Reactor core according to any one of claims 1 and 2, characterized in that, the assemblies comprising a bundle of needles, each of the diluent zones (38, 38a, 38b, 38c; 38'b, 38 'c ) comprises at least one block of steel placed in each needle (52).

4. Reactor core according to any one of claims 1 and 2, characterized in that, the assemblies comprising a bundle of needles, each of the diluent zones (38 ') comprises at least one recess (38') delimited in each needle (52) by a hollow steel structure (42).

5. Reactor core according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the axial central part of each assembly comprises a single diluent zone (38, 38 ') placed in the center of

The fissile zone (36) of this assembly.

6. Reactor core according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the axial central part of each assembly comprises a first diluent zone (38a) placed in the center of the fissile zone of this assembly and two diluent zones ( 38b, 38c) arranged symmetrically with respect to said first neutron dilution zone.

7. Reactor core according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the axial central part of each assembly comprises two diluting zones (38'b, 38'c) arranged symmetrically with respect to the center of the fissile zone of this assembly.