FR2650113A2 - Improvement to a rack for storing nuclear fuel elements - Google Patents

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Abstract

Nuclear fuel elements storage rack according to Claim 1 of the main Patent FR 88-02506, comprising a plurality of very long cells which are mutually parallel, the walls of which consist of a cross-braced and ordered stack of structural elements of the type which are profiled with constant cross-section, the long dimension of which is perpendicular to the axis of the cells, and having a web or wing (flange) whose short dimension is parallel to the axis of the cells, characterised in that, inside the walls, protruding mechanical fastening means are arranged which are integral with the structural elements, holding a very long neutron-poisoning (neutron-absorbing) component bearing against one web or one wing of the said profiled section, parallel to the axis of the cells.

Description

PERFECTIONNEMBNT A UN CASIER DE RANGEMENT D'ELEMENTS COMBUSTIBLES
NUCLEAIRES
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention est une addition à la demande de brevet principal
FR 88-02506 et est relative à un perfectionnement d'un casier de rangement d'éléments (ou assemblages) combustibles nucléaires constitué d'un empilement ordonné d'éléments de structure allongés, du type profilés, disposés en couches successives.PERFECTIONNEMBNT TO A STORAGE BOX OF FUEL ELEMENTS
NUCLEAR
TECHNICAL AREA
The present invention is an addition to the main patent application
FR 88-02506 and relates to an improvement of a storage bin for nuclear fuel elements (or assemblies) consisting of an ordered stack of elongated structural elements, of the profiled type, arranged in successive layers.

Ces casiers, ou paniers, de rangement servent à stocker en piscine ou à sec et/ou à transporter en enceinte blindée, éventuellement asséchée après chargement, les éléments combustibles.These lockers, or baskets, for storage are used to store in a pool or dry and / or to transport in an armored enclosure, possibly dried after loading, the combustible elements.

ETAT DE LA TECHNIQUE
Les casiers de rangement des éléments combustibles nucléaires sont habituellement constitués d'alvéoles prismatiques adjacentes, le plus souvent à section carrée, de forme allongée selon un grand axe. La forme de la section des alvéoles est identique en général à celle des éléments combustibles à ranger, leur hauteur est au moins égale à celle desdits éléments.STATE OF THE ART
The storage compartments for nuclear fuel elements usually consist of adjacent prismatic cells, most often of square section, of elongated shape along a major axis. The shape of the cell section is generally identical to that of the fuel elements to be stored, their height is at least equal to that of said elements.

Les casiers selon l'invention conviennent pour le rangement d'éléments combustibles nucléaires non irradiés, nécessitant des conditions sous critiques, le combustible pouvant être à base d'oxyde d'uranium exclusivement ou de tous mélanges d'oxydes combustibles, mais ils sont surtout adaptés au rangement et au transport des éléments combustibles irradiés en enceinte blindée.The lockers according to the invention are suitable for storing non-irradiated nuclear fuel elements, requiring sub-critical conditions, the fuel can be based exclusively on uranium oxide or on any mixture of combustible oxides, but they are above all suitable for storing and transporting irradiated fuel elements in a shielded enclosure.

Dans ce cas tout casier, également appelé panier de rangement, doit remplir simultanément plusieurs fonctions - transfert thermique de la chaleur, générée par les éléments
combustibles irradiés rangés, vers la paroi de l'enceinte blindée afin
de l'évacuer. Cette fonction est d'autant mieux assurée que le
matériau contituant le casier est bon conducteur thermique et que le
contact entre le casier et la paroi de l'enceinte est mieux assuré; - absorption neutronique pour garantir un état sous-critique du panier
chargé de combustible, soit à sec, soit lorsque celui-ci est immergé
dans l'eau lors du stockage en piscine ou lors des opérations de
chargement et de déchargement d'enceintes blindées effectuées
également en piscine.Cette fonction est remplie par l'emploi de
matériaux renfermant des éléments absorbeurs de neutrons ou
neutrophages, tels que B,Gd,Hf,Cd,In,Li..., lesdits matériaux étant
utilisés directement dans la conception du casier, ou par l'emploi
d'absorbeurs de neutrons introduits dans les éléments combustibles,
ainsi que par la réalisation d'une bonne modération neutronique
obtenue en ménageant des espaces vides au voisinage desdits
matériauxs; - résistance mécanique suffisamment élevée pour supporter la charge des
éléments combustibles en cours de transport et pour maintenir la
géométrie du casier même en cas de choc de manière à conserver des
conditions sous critiques et à éviter les risques de détérioration des
éléments et des crayons combustibles par suite de leur échauffement
et/ou de leur écrasement.In this case, any locker, also called a storage basket, must simultaneously fulfill several functions - thermal transfer of the heat generated by the elements
stored irradiated fuel, towards the wall of the shielded enclosure so
to evacuate it. This function is all the better provided that the
material containing the locker is a good thermal conductor and that the
better contact between the locker and the wall of the enclosure; - neutron absorption to guarantee a sub-critical state of the basket
loaded with fuel, either dry or when it is submerged
in water during storage in a swimming pool or during
loading and unloading of shielded enclosures performed
also in swimming pools. This function is fulfilled by the use of
materials containing neutron absorbers or
neutrophages, such as B, Gd, Hf, Cd, In, Li ..., said materials being
used directly in the design of the locker, or by use
neutron absorbers introduced into the fuel elements,
as well as by achieving good neutron moderation
obtained by providing empty spaces in the vicinity of said areas
materials; - mechanical strength high enough to support the load of
fuel elements during transport and to maintain
locker geometry even in the event of an impact so as to preserve
under critical conditions and to avoid the risks of deterioration of
elements and fuel rods due to their heating
and / or their crushing.

Pour remplir ces fonctions, la demande FR 88-02506 décrit un casier de rangement d'éléments combustibles nucléaires, constitué d'une pluralité d'alvéloles prismatiques adjacentes de grande longueur, parallèles entre elles, et destinées à recevoir lesdits éléments combustibles.To fulfill these functions, application FR 88-02506 describes a storage compartment for nuclear fuel elements, consisting of a plurality of adjacent prismatic honeycombs of great length, mutually parallel, and intended to receive said fuel elements.

Dans le but d'utiliser pour sa construction des matériaux connus et fiables, remplissant les fonctions de résistance mécanique et de conductibilité thermique, et d'assurer séparément au moins la fonction d'absorption neutronique, les parois des alvéoles sont constituées d'un empilement entrecroisé et ordonné d'éléments de structure allongés du type profilés, de section constante, disposés en couches successives perpendiculairement à l'axe des alvéoles, lesdites parois assurant le contrôle de la criticité, notamment grâce à leur épaisseur et à des tiges neutrophages disposées à l'intérieur desdites parois parallèlement ou perpendiculairement à l'axe des alvéoles.In order to use for its construction known and reliable materials, fulfilling the functions of mechanical resistance and thermal conductivity, and to provide separately at least the neutron absorption function, the walls of the cells consist of a stack intersecting and ordered elongated structural elements of the profiled type, of constant section, arranged in successive layers perpendicular to the axis of the cells, said walls ensuring criticality control, in particular thanks to their thickness and to neutron-absorbing rods arranged at the interior of said walls parallel or perpendicular to the axis of the cells.

Ainsi, l'ossature du casier est faite d'un empilement d'éléments de structure qui sont des profilés de type courant, de formes simples et réalisés en matériau connu. L'emploi de ce type d'éléments permet d'avoir des casiers dont les performances mécaniques et thermiques sont facilement calculables et homologables. Cet empilement constitue les parois des alvéoles de stockage des éléments combustibles; dans l'épaisseur desdites parois sont insérées des tiges neutrophages, qui peuvent être des tiges d'alliage d'aluminium au bore peu onéreuses et utilisées habituellement pour introduire du bore dans les alliages d'aluminium.Thus, the frame of the locker is made of a stack of structural elements which are common type profiles, of simple shapes and made of known material. The use of this type of element makes it possible to have lockers whose mechanical and thermal performance are easily calculable and homologable. This stack constitutes the walls of the fuel element storage cells; in the thickness of said walls are inserted neutron-absorbing rods, which can be inexpensive boron aluminum alloy rods and usually used to introduce boron into aluminum alloys.

Le contenu en bore de ces tiges courantes est limité à 3-4% avec une garantie de +0,5%.The boron content of these common rods is limited to 3-4% with a guarantee of + 0.5%.

Pour améliorer l'économie du casier, par exemple augmenter son taux de remplissage en diminuant l'épaisseur des parois, on a intérêt à utiliser un matériau neutrophage contenant davantage de bore, par exemple plus de 5% ou mieux de 15 à 20%.To improve the economy of the rack, for example increasing its filling rate by reducing the thickness of the walls, it is advantageous to use a neutron absorbing material containing more boron, for example more than 5% or better from 15 to 20%.

Par ailleurs, l'utilisation de tiges neutrophages nécessite parfois de percer un grand nombre de trous, dans*les les âmes des profilés, pour mettre en place lesdites tiges dans l'épaisseur des parois, c'est par exemple le cas lorsque les parois des alvéoles sont constituées d'un empilement d'éléments de structure du type profilés en H (voir fig. 2 de la demande déjà citée) contenant des tiges neutrophages parallèles à l'axe des alvéoles.Furthermore, the use of neutron-absorbing rods sometimes requires drilling a large number of holes in the webs of the profiles, in order to place said rods in the thickness of the walls, this is for example the case when the walls cells consist of a stack of structural elements of the H-shaped type (see FIG. 2 of the application already cited) containing neutron-absorbing rods parallel to the axis of the cells.

La suppression de l'opération de perçage pour la mise en place de ces tiges permet un gain sur le coût de construction du panier et une amélioration sensible des propriétés mécaniques et thermiques des profilés.The elimination of the drilling operation for the installation of these rods allows a gain on the cost of construction of the basket and a significant improvement in the mechanical and thermal properties of the profiles.

DESCRIPTION DE L'INVENTION
Dans le but d'éviter ces perçages et d'utiliser un matériau neutrophage de forme simple et pouvant avoir une teneur élevée en élément neutrophage, la demanderesse a mis au point un casier de rangement d'éléments combustibles nucléaires en vue de leur stockage ou de leur transport, comportant une pluralité d'alvéoles prismatiques adjacentes de grande longueur, parallèles entre elles, et destinées à recevoir lesdits éléments combustibles, dont les parois sont constituées d'un empilement entrecroisé et ordonné d'éléments de structure disposés en couches successives, allongés, du type profilés de section constante, dont la grande dimension est disposée perpendiculairement à l'axe des alvéoles et ayant au moins une âme ou une aile dont la petite dimension est parallèle à l'axe des alvéoles, lesdits éléments assurant au moins des fonctions de résistance mécanique et conductibilité thermique, et de pièces neutrophages insérées dans l'épaisseur desdites parois et assurant séparément au moins une fonction d'absorption neutronique, caractérisé en ce que à l'intérieur desdites parois on agence des moyens de fixation mécanique protubérants solidaires des éléments de structure maintenant les pièces en matériau neutrophage de grande longueur en appui contre une âme ou aile parallèle aux axes des alvéoles, ladite grande longueur étant perpendiculaire à l'axe des alvéoles.DESCRIPTION OF THE INVENTION
In order to avoid these holes and to use a neutron-absorbing material of simple shape and which may have a high content of neutron-absorbing element, the applicant has developed a locker for storing nuclear fuel elements with a view to their storage or their transport, comprising a plurality of adjacent long prismatic cells, parallel to each other, and intended to receive said combustible elements, the walls of which consist of an interlocking and ordered stack of structural elements arranged in successive, elongated layers , of the constant section section type, whose large dimension is arranged perpendicular to the axis of the cells and having at least one core or wing whose small dimension is parallel to the axis of the cells, said elements ensuring at least functions mechanical strength and thermal conductivity, and neutron absorbing parts inserted in the thickness of said walls and providing at least one neutron absorption function separately, characterized in that inside said walls, protuberant mechanical fastening means are attached, integral with the structural elements holding the pieces of very long neutron absorbing material in abutment against a core or wing parallel to the axes of the cells, said great length being perpendicular to the axis of the cells.

I1 est intéressant que la pièce en matériau neutrophage contienne un fort pourcentage d'élément neutrophage comme le bore ou ses composés, par exemple plus de 5% ou mieux de 15 à 20% de bore ou autre élément neutrophage, et soit de forme simple. It is interesting that the piece of neutron absorbing material contains a high percentage of neutron absorbing element such as boron or its compounds, for example more than 5% or better still 15 to 20% of boron or other neutron absorbing element, and is of simple shape.

Il est aisé de réaliser des pièces profilées allongées neutrophages, ainsi chargées en élément neutrophage, sous forme de barres, tiges ou mieux de plats,, par exemple directement par frittage-filage ou par filage de billettes obtenues notamment par pulvérisation-condensation. It is easy to produce elongated neutron-absorbing profiled parts, thus loaded with neutron-absorbing element, in the form of bars, rods or better still dishes, for example directly by sintering-spinning or by spinning billets obtained in particular by spray-condensation.

On peut utiliser comme matériau neutrophage, les métaux ou alliages métalliques, tels que Al, Cu ou leurs alliages, chargés en bore ou autres éléments neutrophages comme Gd, Hf, Cd, In, Li, etc... ou en leurs composés, par exemple B4C. Metals or metallic alloys, such as Al, Cu or their alloys, loaded with boron or other neutron-absorbing elements such as Gd, Hf, Cd, In, Li, etc., or their compounds, can be used as neutron absorbing material. example B4C.

Selon l'invention, les pièces neutrophages, par exemple en forme de plats, sont maintenues contre la face intérieure de l3âme ou l'aile verticale (parallèle à l'axe des alvéoles) de l'élément de structure, c'est-à-dire à l'intérieur de la paroi de l'alvéole, à l'aide de moyens mécaniques protubérants fixés à, ou faisant partie intégrante de, l'élément de structure.According to the invention, the neutron-absorbing parts, for example in the form of dishes, are held against the inner face of the core or the vertical wing (parallel to the axis of the cells) of the structural element, that is to say -to say inside the wall of the cell, using protruding mechanical means attached to, or forming an integral part of, the structural element.

On voit que ces plats neutrophages ont leur grande longueur dirigée perpendiculairement à l'axe des alvéoles, par contre leur petite dimension, ou largeur, est parallèle audit axe. Une telle disposition a l'avantage de contribuer à l'évacuation des calories vers l'extérieur du casier.It can be seen that these neutron-absorbing dishes have their long length directed perpendicular to the axis of the cells, on the other hand their small dimension, or width, is parallel to said axis. Such an arrangement has the advantage of contributing to the evacuation of calories to the outside of the rack.

Un mode avantageux de réalisation du dispositif selon l'invention consiste à réaliser l'empilement d'éléments de structure à l'aide de profilés ayant au moins une âme ou une aile verticale, parallèle à l'axe des alvéoles, et au moins une âme ou aile horizontale, perpendiculaire à l'axe des alvéoles. Lesdits éléments de structure comportent un ou plusieurs épaulements de retenue obtenus par filage, servant à maintenir les pièces neutrophages, de préférence des plats, contre l'âme ou l'aile verticale de l'élément de structure. Cet épaulement est de préférence situé sur l'âme ou l'aile horizontale et forme, en coopérant avec l'âme ou l'aile verticale, une gouttière dans laquelle est insérée la pièce neutrophage. Un tel profilé équipé d'épaulements est facile à obtenir par filage et peu onéreux.An advantageous embodiment of the device according to the invention consists in making the stack of structural elements using profiles having at least one core or a vertical wing, parallel to the axis of the cells, and at least one horizontal core or wing, perpendicular to the axis of the cells. Said structural elements comprise one or more retaining shoulders obtained by spinning, serving to hold the neutron-absorbing parts, preferably flat, against the core or the vertical wing of the structural element. This shoulder is preferably located on the core or the horizontal wing and forms, by cooperating with the core or the vertical wing, a gutter into which the neutron absorbing part is inserted. Such a profile equipped with shoulders is easy to obtain by spinning and inexpensive.

La figure 1 montre en éclaté et en perspective un exemple avantageux de réalisation de l'invention utilisant des éléments de structure profilés en forme de H, dont l'âme est horizontale (perpendiculaire à l'axe des alvéoles) et les ailes verticales (parallèles à l'axe des alvéoles), équipés de pièces ngutrophages en forme de plats.Figure 1 shows an exploded and perspective view of an advantageous example of an embodiment of the invention using H-shaped structural elements, the core of which is horizontal (perpendicular to the axis of the cells) and the vertical wings (parallel at the axis of the alveoli), equipped with ngutrophagic pieces in the form of dishes.

La figure 2 est une coupe du même agencement après montage.Figure 2 is a sectional view of the same arrangement after assembly.

Sur la figure 1 on voit les profilés en forme de H possédant des ailes (1) verticales, formées chacune de deux demi-ailes inférieure et supérieure et une âme horizontale (2) de laquelle sont solidaires les modes de fixation (3), en forme d'épaulements, des pièces neutrophages (5) en forme de plats, dont l'épaisseur pend place dans la gouttière (4) formée par l'épaulement (3) et l'aile verticale (1). En (6) on voit un tirant qui sert à maintenir en place, serrer et assurer une bonne rigidité à l'empilement des éléments de structure. Le nombre de ces tirants est réduit; on limite ainsi considérablement les problèmes liés au perçage des âmes des profilés.Ils sont parallèles à l'axe des alvéoles, sont en général constitués d'un métal ayant un coefficient de dilatation thermique proche de celui du matériau des profilés et sont disposés soit dans l'épaisseur de la paroi (ce qui est le cas ici), soit dans les régions périphériques du casier ne recevant pas d'éléments combustibles.In Figure 1 we see the H-shaped profiles having vertical wings (1), each formed of two lower and upper half-wings and a horizontal core (2) of which are fastened the fixing methods (3), in the form of shoulders, neutron-absorbing pieces (5) in the form of dishes, the thickness of which hangs in place in the gutter (4) formed by the shoulder (3) and the vertical wing (1). In (6) we see a tie rod which serves to hold in place, tighten and ensure good rigidity in the stack of structural elements. The number of these tie rods is reduced; this considerably limits the problems associated with piercing the webs of the profiles. They are parallel to the axis of the cells, generally consist of a metal having a coefficient of thermal expansion close to that of the material of the profiles and are arranged either in the thickness of the wall (which is the case here), that is to say in the peripheral regions of the rack not receiving combustible elements.

Sur la fig. 2 on voit de même le profilé en forme de H, avec deux ailes verticales (1), comportant les deux demi-ailes inférieure et supérieure, une âme horizontale (2) et de part et d'autre de l'âme horizontale des épaulements (3) obtenus lors du filage du profilé. Ces épaulements de retenue forment une gouttière (4) grâce à laquelle est maintenue le plat (5) constituant la pièce neutrophage qui se trouve ainsi située à l'intérieur de la paroi des alvéoles. En (6) on voit le tirant de maintien précédemment décrit.In fig. 2 we also see the H-shaped profile, with two vertical wings (1), comprising the two lower and upper half-wings, a horizontal core (2) and on either side of the horizontal core of the shoulders (3) obtained during the extrusion of the profile. These retaining shoulders form a gutter (4) by which the plate (5) is maintained constituting the neutron absorbing part which is thus located inside the wall of the cells. In (6) we see the tie rod described above.

Ainsi, le dispositif selon l'invention permet - de supprimer le coût des opérations de perçage des éléments de
structure pour y faire passer selon l'art antérieur les tiges
neutrophages verticales - de ne pas réduire par ces perçages multiples les caractéristiques
mécaniques et thermiques des profilés - de faire participer les pièces neutrophages à l'évacuation de la
chaleur produite par les éléments stockés irradiés.Thus, the device according to the invention makes it possible - to eliminate the cost of the drilling operations of the elements of
structure for passing the rods according to the prior art
vertical neutrophages - not to reduce the characteristics by these multiple holes
mechanical and thermal profiles - to involve the neutron-absorbing parts in the evacuation of the
heat produced by stored irradiated elements.

Ce dispositif permet le stockage et le transport d'éléments combustibles sous eau ou à sec, mais il est particulièrement adapté au transport à sec desdits éléments. This device allows the storage and transport of fuel elements under water or dry, but it is particularly suitable for the dry transport of said elements.

Claims (2)

REVENDICATIONS 1. Casier de rangement d'éléments combustibles nucléaires en vue de leur stockage ou de leur transport, selon la revendication 1 de la demande principale FR 88-02506, constitué d'une pluralité d'alvéoles prismatiques adjacentes de grande longueur, parallèles entre elles, et destinées à recevoir lesdits éléments combustibles, dont les parois sont constituées d'un empilement entrecroisé et ordonné d'éléments de struçture disposés en couches successives, allongés, de type profilés de section constante, dont la grande dimension est disposée perpendiculairement à l'axe des alvéoles et ayant au moins une âme ou une aile dont la petite dimension est parallèle à l'axe des alvéoles, lesdits éléments assurant au moins des fonctions de résistance mécanique et conductibilité thermique, et de pièces neutrophages insérées à l'intérieur desdites parois et assurant séparément au moins une fonction d'absorption neutronique, caractérisé en ce que à l'intérieur desdites parois on agence des moyens de fixation mécaniques protubérants solidaires des éléments de structure maintenant les pièces en matériau neutrophage de grande longueur en appui contre une âme ou aile parallèle aux axes des alvéoles, ladite grande longueur étant perpendiculaire à l'axe des alvéoles.1. Locker for storing nuclear fuel elements for storage or transport, according to claim 1 of the main application FR 88-02506, consisting of a plurality of adjacent prismatic cells of great length, mutually parallel , and intended to receive said combustible elements, the walls of which consist of an interlocking and ordered stack of structural elements arranged in successive, elongated layers, of the section type with constant section, the large dimension of which is arranged perpendicular to the axis of the cells and having at least one core or a wing whose small dimension is parallel to the axis of the cells, said elements ensuring at least functions of mechanical resistance and thermal conductivity, and of neutron-absorbing parts inserted inside said walls and separately ensuring at least one neutron absorption function, characterized in that inside said walls are provided with protruding mechanical fastening means integral with the structural elements holding the pieces of neutron absorbing material of great length in abutment against a core or wing parallel to the axes of the cells, said great length being perpendicular to the axis of the cells. 2. Casier selon la revendication 1 caractérisé en ce que les parois des alvéoles sont constituées d'un empilement de profilés en forme de H dont l'âme est perpendiculaire à l'axe des alvéoles et comporte au moins un épaulement de retenue destiné à maintenir une pièce neutrophage en forme de plat, dont la grande dimension est perpendiculaire à l'axe des alvéoles et la petite dimension lui est parallèle, en appui sur les ailes du profilé parallèles à l'axe des alvéoles.  2. Locker according to claim 1 characterized in that the walls of the cells consist of a stack of H-shaped profiles whose core is perpendicular to the axis of the cells and has at least one retaining shoulder intended to maintain a neutron-absorbing piece in the form of a flat, the large dimension of which is perpendicular to the axis of the cells and the small dimension of which is parallel to it, bearing on the wings of the profile parallel to the axis of the cells.
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