FR2898727A1

FR2898727A1 - Barre de combustible nucleaire annulaire pouvant etre regulee en flux de chaleur de tubes interne et externe

Info

Publication number: FR2898727A1
Application number: FR0610780A
Authority: FR
Inventors: Kun Woo Song; Tae Hyun Chun; Yong Sik Yang; Je Geon Bang; Dong Seok Oh
Original assignee: Korea Atomic Energy Research Institute KAERI; Korea Hydro and Nuclear Power Co Ltd
Current assignee: Korea Atomic Energy Research Institute KAERI; Korea Hydro and Nuclear Power Co Ltd
Priority date: 2006-12-08
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2007-09-21

Abstract

L'invention concerne une barre de combustible nucléaire annulaire. La barre de combustible annulaire comprend un tube externe ; un tube interne ayant un diamètre plus petit que celui du tube externe et agencé coaxialement avec le tube externe ; une pluralité de pastilles annulaires internes chargés entre les tubes externe et interne, adjacents au tube interne ; une pluralité de pastilles annulaires externes chargés entre les tubes interne et externe, adjacents au tube externe. De préférence, les pastilles annulaires internes sont espacés des pastilles annulaires externes avec un écartement intermédiaire. La barre de combustible nucléaire annulaire peut éliminer un flux de chaleur déséquilibré entre les tubes interne et externe, et de plus, réguler le flux de chaleur entre les tubes interne et externe.

Description

BARRE DE COMBUSTIBLE NUCLÉAIRE ANNULAIRE POUVANT ETRE RÉGULÉE EN FLUX DE

CHALEUR DE TUBES INTERNE ET EXTERNE

1. Domaine de l'invention [0002] La présente invention concerne une barre de combustible nucléaire annulaire comprenant des tubes interne et externe, en particulier, dans lesquels des pastilles annulaires internes et externes sont chargés en combinaison de sorte que les flux de chaleur des tubes interne et externe peuvent être régulés.

2. Solutions de l'art antérieur [0003] La figure la est une vue en coupe transversale d'une barre de combustible nucléaire cylindrique classique, et la figure lb est une vue en perspective d'une pastille utilisée dans la barre de combustible nucléaire cylindrique. [0004] La barre de combustible nucléaire cylindrique comprend un tube 1 en alliage de zirconium (Zr) et des pastilles 2 espacés du tube 1 avec un écartement 3. Pour être spécifique, le tube 1 est scellé aux deux extrémités, dans lequel plusieurs centaines des pastilles cylindriques 2 sont chargées à l'intérieur du tube 1 et pressés par des ressorts. En général, chaque pastille 2 a un diamètre d'environ 9 mm et une longueur d'environ 10 mm, et la barre de combustible nucléaire a un diamètre d'environ 10 mm et une longueur d'environ 4 m. Environ 3,6 m de la longueur totale de la barre de combustible nucléaire est utilisée pour charger les pastilles 2, la longueur restante étant utilisée pour les ressorts. [0005] La pastille 2 est constitué d'une céramique contenant une matière fissile nucléaire telle que l'uranium (U) et le plutonium (Pu), par moulage par compression et frittage à chaud d'une poudre de matière fissile nucléaire. [0006] Pendant la combustion de la barre de combustible nucléaire, la chaleur générée par la pastille 2 est transférée à travers l'écartement 3 et le tube 1 vers un fluide caloporteur. Le fluide caloporteur s'écoule le long de l'extérieur de la barre de combustible nucléaire tout en venant en contact avec le tube 1. [0007] La performance de la barre de combustible nucléaire cylindrique classique comme celle-ci est restreinte en termes de température et de flux de chaleur. Pour être spécifique, les pastilles 2 ont une faible conductivité thermique de sorte que la chaleur générée par fission nucléaire n'est pas délivrée rapidement au fluide caloporteur. Par suite, la température des pastilles 2 est bien plus élevée que celle du fluide caloporteur. La température du fluide caloporteur est dans la gamme de 320 C à 340 C, et la température de pastille est la plus élevée au centre et la plus basse sur la surface. Pendant une fission nucléaire normale de la barre de combustible nucléaire, les pastilles 2 ont une température centrale dans la gamme entre 1 000 C et 1 500 C. Puisque les pastilles ont une haute température, toutes les réactions dépendant de la température sont accélérées et la performance de la matière se dégrade. En particulier, la dégradation de performance devient plus sévère en proportion à la combustion massique du combustible nucléaire. De plus, dans plusieurs accidents nucléaires, la marge de sécurité est réduite lorsque la température des pastilles 2 est élevée. À titre d'exemple, dans le cas d'un accident de perte de fluide caloporteur (LOCA), la marge devient plus petite lorsque le combustible nucléaire a une température supérieure juste avant l'accident. En conséquence, le combustible nucléaire est conçu de sorte que la température de la barre de combustible nucléaire n'excède pas une limite. Ainsi, sa sécurité est accrue si la température de pastilles est basse. [0008] La barre de combustible nucléaire, lorsqu'elle a un flux de chaleur supérieur, peut subir un écart vis-à-vis de l'ébullition nucléée. Dans le cas d'un écart vis-à-vis de l'ébullition nucléée, un film de bulles s'accumule à la surface du tube 1, ce qui détériore sévèrement le transfert de chaleur de la barre de combustible au fluide caloporteur, endommageant ainsi la barre de combustible nucléaire. Par suite, la barre de combustible nucléaire est conçue pour ne subir aucun écart vis-à-vis de l'ébullition nucléée. Sa sécurité est davantage accrue à un flux de chaleur inférieur. [0009] Pour surmonter de telles limitations associées à la température et au flux de chaleur de la barre de combustible nucléaire cylindrique classique, une approche a été proposée dans le brevet des États-Unis n 3 928 132 de Roko Bujas, intitulé Annular fuel element for high temperature reactor , 1975. Comme révélé dans ce document, une barre de combustible nucléaire a une forme annulaire de sorte que le fluide caloporteur s'écoule le long à la fois de l'extérieur et de l'intérieur de la barre de combustible nucléaire. [0010] La figure 2a est une vue en coupe transversale d'une telle barre de combustible nucléaire annulaire classique, et la figure 2b est une vue en perspective d'une pastille utilisé dans la barre de combustible nucléaire annulaire montrée sur la figure 2a. [0011] La barre de combustible nucléaire annulaire classique comprend un tube interne 11 et un tube externe 12 espacé du tube interne 11 de sorte que des pastilles annulaires 20 sont chargés entre les tubes 11 et 12. À savoir, les pastilles annulaires 20 sont entourés par les tubes interne et externe 11 et 12. Les tubes 11 et 12 sont soudés aux deux extrémités pour sceller les pastilles annulaires 20 qui sont pressés par des ressorts. Le fluide caloporteur s'écoule à travers l'espace interne à l'intérieur du tube interne 11 et à travers l'espace externe à l'extérieur du tube externe 12. [0012] Dans cette structure, le fluide caloporteur s'écoule en outre à travers la portion centrale la plus chaude de la barre de combustible nucléaire annulaire, faisant chuter significativement la température de la barre de combustible nucléaire. Cela augmente également grandement la superficie de transfert de chaleur par barre de combustible nucléaire, diminuant ainsi le flux de chaleur. Par suite, on peut s'attendre à une élévation de la marge thermique. [0013] Toutefois, la chaleur générée par les pastilles annulaires 20 de la barre de combustible nucléaire annulaire classique est transférée vers le fluide caloporteur à travers les tubes à la fois interne et externe 11 et 12. Si plus de chaleur circule à travers l'un des tubes 11 et 12, alors moins de chaleur circule à travers l'autre. Cela est associé aux résistances thermiques dans les directions des tubes 11 et 12, à savoir, plus de chaleur est distribuée vers un tube dans une direction de résistance thermique inférieure. Ceci a pour conséquence d'entraîner le problème pour lequel le fluide de chaleur d'un tube devient bien plus élevé que celui de l'autre tube. [0014] On expliquera la résistance thermique dans la barre de combustible nucléaire annulaire classique en détail comme suit. [0015] Comme le montre la figure 2a, la barre de combustible nucléaire annulaire comprend le tube interne 11, un écartement interne 31, les pastilles annulaires 20, un écartement externe 33, et le tube externe 12, dans lequel un fluide caloporteur interne est disposé à l'intérieur du tube interne 11 et un fluide caloporteur externe est disposé à l'extérieur du tube externe 12. La résistance thermique existant dans la barre de combustible nucléaire annulaire peut être classée en trois types de résistances thermiques : une résistance thermique intrinsèque que les pastilles ont ; des résistances thermiques que les écartements entre les pastilles et les tubes ont ; et des résistances thermiques intrinsèques que les tubes ont. De ces trois types de résistances thermiques, celles des pastilles et des tubes sont des propriétés thermiques et peuvent ainsi rarement être changées alors que la barre de combustible nucléaire brûle dans un réacteur. Par ailleurs, les résistances thermiques des écartements sont proportionnelles à la dimension des écartements et ainsi affectées par la variation des écartements interne et/ou externe 31 et 33 alors que la barre de combustible nucléaire annulaire brûle dans le réacteur. [0016] Dans la barre de combustible nucléaire assemblée, l'écartement 31 entre les pastilles annulaires 20 et le tube 11 et l'écartement 32 entre les pastilles annulaires 20 et le tube 12 sont typiquement dans la gamme de 50 pm à 100 pm. Les écartements 31 et 33 sont conçus pour être aussi petits que possible pour réduire la résistance thermique. Pendant la combustion de la barre de combustible nucléaire annulaire, les diamètres intérieur et extérieur des pastilles annulaires 20 augmentent en raison de la dilatation thermique. De plus, les pastilles annulaires 20 gonflent avec la poursuite de la combustion, augmentant ainsi progressivement leur diamètre externe. En conséquence, l'écartement interne 31 augmente par la variation des dimensions des pastilles 20 alors que l'écartement externe 33 est réduit. Dans le même temps, puisque le fluide caloporteur applique une haute pression sur les tubes, tous les tubes interne et externe 11 et 12 sont progressivement déformés vers les pastilles annulaires 20, réduisant ainsi les écartements interne et externe 31 et 13. [0017] Les pastilles sont sujets à la dilatation thermique et au gonflement comme décrit ci-dessus dans le cas de matières céramiques, et les tubes sont sujets à une déformation dans le cas de matières métalliques.

En conséquence, les écartements interne et externe 31 et 33 de la barre de combustible nucléaire annulaire sont changés quel que soit le type des matières céramiques ou des métaux des tubes. [0018] Pendant la combustion de la barre de combustible nucléaire classique dans le réacteur nucléaire, l'écartement externe 33 devient plus petit que l'écartement interne 31 en raison de la dilatation thermique au stade initial, et à mesure que le temps de combustion progresse, l'écartement externe 33 diminue davantage pour être fermé alors que l'écartement interne 31 reste ouvert. Enfin, l'écartement interne 31 vient à se fermer. [0019] La variation des écartements interne et externe 31 et 33 influence grandement la résistance thermique. À un stade précoce de la combustion, la résistance thermique est plus petite dans la direction du tube externe 12 que dans la direction du tube interne 11. En particulier, puisque la résistance thermique de l'écartement tend à diminuer grandement lorsque l'écartement est fermé, dans un cas où l'écartement externe 33 est fermé mais que l'écartement interne 31 reste ouvert, la résistance thermique dans la direction vers l'extérieur devient bien plus petite que celle dans la direction vers l'intérieur. [0020] De tels changements dans les résistances thermiques augmentent le flux de chaleur du tube externe 12 mais diminuent en conséquence le flux de chaleur du tube interne 11. En particulier, dans un cas où l'écartement externe 33 est fermé mais que l'écartement interne 31 reste ouvert, le flux de chaleur du tube externe 12 devient excessivement supérieur à celui du tube interne 11. En conséquence, la barre de combustible nucléaire annulaire classique présente le même problème que la barre de combustible nucléaire cylindrique. 3. Objectifs de l'invention [0021] La présente invention a été réalisée afin de résoudre les problèmes précédents de l'art antérieur et un objet de certains modes de réalisation de la présente invention consiste donc à proposer une barre de combustible nucléaire annulaire qui peut éliminer un flux de chaleur non équilibré entre les tubes interne et externe, et de plus, réguler le flux de chaleur entre les tubes interne et externe. 4. Exposé de l'invention [0022] Selon un aspect de l'invention pour réaliser l'objet, il est proposé une barre de combustible nucléaire annulaire. La barre de combustible annulaire comprend un tube externe ; un tube interne ayant un diamètre plus petit que celui du tube externe, et agencé coaxialement avec le tube externe ; une pluralité de pastilles annulaires internes chargés entre les tubes externe et interne, adjacents au tube interne ; une pluralité de pastilles annulaires externes chargés entre les tubes externe et interne, adjacents au tube externe. De préférence, les pastilles annulaires internes sont espacés des pastilles annulaires externes avec un écartement intermédiaire. 5. Liste des figures [0023] Les objets, particularités et autres avantages précités et autres de la présente invention seront plus clairement compris à partir de la description détaillée suivante prise en relation avec les dessins annexés, dans lesquels : [0024] la figure la est une vue en coupe transversale d'une barre de combustible nucléaire cylindrique classique ; [0025] la figure lb est une vue en perspective d'une pastille utilisé dans la barre de combustible nucléaire cylindrique montrée sur la figure la ; [0026] la figure 2a est une vue en coupe transversale d'une barre de combustible nucléaire annulaire classique ; [0027] la figure 2b est une vue en perspective d'une pastille utilisé dans la barre de combustible nucléaire annulaire montrée sur la figure 2a ;

] la figure 3a est une vue en coupe transversale d'une barre de combustible nucléaire annulaire selon un mode de réalisation de l'invention ; [0029] la figure 3b est une vue en perspective d'une pastille utilisé dans la barre de combustible nucléaire annulaire montrée sur la figure 3a ; et [0030] la figure 4 est une vue en perspective schématique d'une barre de combustible nucléaire annulaire selon un autre mode de réalisation de l'invention.

6. Description détaillée du mode de réalisation 5 préféré [0031] On décrira à présent la présente invention plus pleinement ci-après en référence aux dessins annexés, dans lesquels des modes de réalisation préférés de la présente invention sont montrés. 10 [0032] La figure 3a est une vue en coupe transversale d'une barre de combustible nucléaire annulaire 100 selon un mode de réalisation de l'invention, et la figure 3b est une vue en perspective de pastilles annulaires 120 utilisés dans la barre de 15 combustible nucléaire annulaire 100. [0033] La barre de combustible nucléaire annulaire 100 de ce mode de réalisation comprend une pluralité des pastilles annulaires 120 fonctionnant comme une source de combustible nucléaire et les tubes 111 et 112 20 dans lesquels les pastilles annulaires 120 sont chargés. Plus particulièrement, les pastilles annulaires 120 sont composés de pastilles annulaires internes 121 et de pastilles annulaires externes 122 ayant un diamètre plus grand que celui des pastilles annulaires internes 25 121. Les tubes 111 et 112 sont composés d'un tube interne 111 et d'un tube externe 112 ayant un diamètre plus grand que celui du tube interne 111. Les pastilles annulaires internes 121 sont chargés adjacents au tube interne 111 et les pastilles annulaires externes 122 30 sont chargés adjacents au tube externe 112. La longueur de la barre de combustible nucléaire annulaire 100 est choisie selon les réacteurs nucléaires, où la barre de combustible nucléaire 100 est utilisée, et généralement dans la gamme de plusieurs dizaines de centimètres à 4 mètres. [0034] De plus, les tubes interne et externe 111 et 112 sont soudés aux deux extrémités pour sceller les pastilles annulaires internes et externes 121 et 122, dans lesquels le fluide caloporteur s'écoule le long de l'espace interne du tube interne 111 et de l'espace externe du tube externe 112 pour refroidir la barre de combustible nucléaire. [0035] Les tubes interne et externe 111 et 112 ont une structure qui n'est pas différente de celle de la barre de combustible nucléaire annulaire classique, et ils sont généralement constitués d'un alliage de zirconium (Zr). [0036] Les pastilles annulaires internes 121 et les pastilles annulaires externes 122 sont fabriqués séparément en utilisant une céramique contenant une matière fissile telle que l'uranium (U), le plutonium (Pu), et le thorium (Th). Pour être spécifique, une poudre de la matière fissile est moulée par compression et frittée à chaud en les pastilles 121 et 122. [0037] Dans le même temps, les pastilles annulaires internes 121 sont radialement espacés des pastilles annulaires externes 122 avec un écartement intermédiaire 132, qui fonctionne comme une résistance thermique bloquant le transfert de chaleur entre les pastilles annulaires internes et externes 121 et 122. À savoir, l'écartement intermédiaire 132 fonctionne pour forcer la chaleur des pastilles annulaires internes 121 à circuler vers le tube interne 111 et la chaleur des pastilles annulaires externes 122 à circuler vers le tube externe 112. [0038] De plus, un écartement interne 131 est formé entre le tube interne 111 et les pastilles annulaires internes 121, et un écartement externe 133 est formé entre les pastilles annulaires externes 122 et le tube externe 112. [0039] À présent, en référence à la figure 3A, on décrira un flux de chaleur à travers le tube interne 111, l'écartement interne 131, les pastilles annulaires internes 121, l'écartement externe 132, les pastilles annulaires externes 122, l'écartement externe 133, les pastilles externes 112 et le fluide caloporteur externe. [0040] Afin de transférer la chaleur, un gradient de température surmontant la résistance thermique est nécessaire. Puisque de grandes quantités de gradients de température existent entre les pastilles et les tubes, la chaleur peut être transférée des pastilles aux tubes surmontant la résistance thermique induite entre l'écartement interne 131 et l'écartement externe 133. Toutefois, puisque le gradient de température entre les pastilles annulaires internes 121 et les pastilles annulaires externes 122 est très petit, il est possible de bloquer efficacement le transfert de chaleur entre les pastilles annulaires internes et externes 121 et 122 même si l'écartement intermédiaire 132 est conçu pour être plus petit que les écartements interne et externe 131 et 133. De plus, en augmentant la taille de l'écartement intermédiaire 132, il est possible de bloquer davantage le transfert de chaleur entre les pastilles annulaires internes 121 et les pastilles annulaires externes 122. [0041] Par la suite, la chaleur générée à partir des pastilles annulaires internes 121 est transférée vers le tube interne 111 et la chaleur générée à partir des pastilles annulaires externes 122 est transférée vers le tube externe 112. En se basant sur ce principe, il est possible de réguler les flux de chaleur du tube interne 111 et du tube externe 112. [0042] Dans le même temps, alors que la barre de combustible nucléaire brûle dans le réacteur, en raison de la dilatation thermique de même que du gonflement, le diamètre extérieur des pastilles annulaires internes 121 se dilate de façon égale avec le diamètre intérieur des pastilles annulaires externes 122. Puisque les tubes sont constitués de métal, le tube interne 111 est déformé vers les pastilles annulaires internes 121 et le tube externe 112 est déformé vers les pastilles annulaires externes 122, réduisant ainsi les écartements interne et externe 131 et 133. Par suite, l'écartement intermédiaire 132 est rarement changé, et ainsi la résistance thermique de l'écartement intermédiaire 132 reste presque inchangée alors que la résistance thermique des écartements interne et externe 131 et 133 diminue. En conséquence, alors que la barre de combustible nucléaire annulaire 100 de la présente invention est en train de brûler dans le réacteur, il est possible de bloquer avantageusement le transfert de chaleur entre les pastilles annulaires internes 121 et les pastilles annulaires externes 122 avec une efficacité meilleure que la conception. [0043] La barre de combustible nucléaire classique a un problème plus sérieux associé au flux de chaleur lorsque l'écartement externe est fermé mais que l'écartement interne reste ouvert de sorte que la chaleur provenant des pastilles circule excessivement vers le tube externe. Toutefois, dans la barre de combustible nucléaire 100 de la présente invention, l'écartement intermédiaire 132 maintient encore la résistance thermique même en l'absence de l'écartement externe 133. Puisque la résistance thermique de l'écartement intermédiaire 132 est plus grande que celle de l'écartement interne 131, la chaleur provenant des pastilles annulaires internes 121 n'est pas transférée vers les pastilles annulaires externes 122 mais vers le tube interne 111 à travers l'écartement interne 131. En se basant sur ce mécanisme, il est possible de surmonter le problème de la barre de combustible nucléaire classique, à savoir le flux de chaleur excessif dans le tube externe. [0044] Dans la barre de combustible nucléaire annulaire 100 de l'invention, la taille de l'écartement intermédiaire 132 est moins limitée en conception que celles des écartements interne et externe 131 et 133. Lorsque la taille de l'écartement central 132 est conçue pour être égale à ou plus grande que celles des écartements interne et externe 131 et 133, le transfert de chaleur entre les pastilles annulaires internes 121 et les pastilles annulaires externes 122 peut être bloqué suffisamment. De plus, lorsque la taille de l'écartement intermédiaire 132 est conçue pour être plus petite que celles des écartements interne et externe 131 et 133, le transfert de chaleur peut également être bloqué suffisamment puisque le gradient de température à travers l'écartement intermédiaire 132 est suffisamment plus petit que ceux à travers les écartements interne et externe 131 et 133. [0045] Toutefois, plus la taille de l'écartement intermédiaire est grande, plus la perte du volume des pastilles chargés dans la barre de combustible nucléaire est grande. Cela réduit la génération de chaleur par barre de combustible nucléaire, ce qui est économiquement désavantageux. Ainsi, il est avantageux de concevoir l'écartement intermédiaire 132 aussi petit que possible. De préférence, la taille de l'écartement intermédiaire 132 est de 500 pm ou moins. [0046] Dans la barre de combustible nucléaire annulaire 100 de l'invention, il est possible de réguler les flux de chaleur des tubes interne et externe 111 et 112, ce que l'on décrira à présent en détail. [0047] Les flux de chaleur des tubes interne et externe 111 et 112 peuvent être régulés puisque les quantités de chaleur générées à partir des pastilles annulaires internes et externes 121 et 122 peuvent être régulées, respectivement. Les pastilles internes et externes 121 et 122 sont constitués d'une céramique contenant une matière fissile telle que U, Pu et Th. Lorsque les pastilles annulaires internes et externes 121 et 122 contiennent la même matière fissile à la même concentration, il est possible de réguler la quantité de chaleur provenant des pastilles internes et externes 121 et 122 en ajustant le rapport en poids ou en volume des pastilles annulaires internes 121 sur les pastilles annulaires externes 122. [0048] De plus, il est possible de réguler la quantité de chaleur générée à partir des pastilles en ajustant la matière fissile et sa concentration contenue dans chaque pastille. À savoir, il est possible de produire plus de chaleur à partir d'un petit volume en utilisant une matière fissile plus concentrée, par exemple, du U-235 plus enrichi. [0049] Dans la barre de combustible nucléaire annulaire 100 de l'invention, le rapport en poids ou en volume des pastilles annulaires internes 121 sur les pastilles annulaires externes 122 et la quantité de la matière fissile sont déterminés en considérant la chaleur générée à partir de chaque pastille. [0050] Dans la barre de combustible nucléaire annulaire 100 de l'invention, la superficie de transfert de chaleur du tube interne 111 est plus petite que celle du tube externe 112. Afin de maintenir le flux de chaleur du tube interne 111 identique à celui du tube externe 112, la chaleur générée à partir des pastilles annulaires internes 121 doit être plus petite que celle générée à partir des pastilles annulaires externes 122. Lorsque la quantité de chaleur générée à partir des pastilles annulaires internes 121 est identique à celle générée à partir des pastilles annulaires externes 122, le flux de chaleur du tube interne 111 est supérieur à celui du tube externe 112 mais celui-ci devra être dans une gamme admissible à des fins de sécurité. Toutefois, lorsque la quantité de chaleur générée à partir des pastilles annulaires internes 121 est plus grande que celle générée à partir des pastilles annulaires externes 122, le flux de chaleur du tube interne 111 est excessivement supérieur à celui du tube externe 112. Ceci peut entraîner un problème similaire à celui de la barre de combustible nucléaire annulaire classique. En conséquence, il est préféré que la barre de combustible nucléaire soit conçue de sorte que la chaleur des pastilles annulaires internes 121 ne soit pas celle des pastilles externes 122, équilibrant ainsi le flux de chaleur du tube interne 111 avec le flux de chaleur du tube externe 112. [0051] En le décrivant plus en détail, les pastilles annulaires internes 121 et les pastilles annulaires externes 122 peuvent être conçus pour avoir des volumes différents ou le même volume. De plus, les pastilles annulaires internes 121 et les pastilles annulaires externes 122 peuvent être conçus pour contenir la même matière fissile avec des concentrations identiques ou différentes. De plus, des matières fissiles différentes peuvent être employées pour les pastilles annulaires internes 121 et pour les pastilles annulaires externes 122. [0052] Par ailleurs, les longueurs des pastilles annulaires internes et externes 121 et 122 n'affectent pas le transfert de chaleur et n'ont ainsi pas de limitations en termes de conception. Les longueurs peuvent être dans la gamme allant de plusieurs millimètres à des dizaines de centimètres selon les procédés de fabrication. [0053] On donnera à présent une description d'une barre de combustible nucléaire annulaire 100A selon un autre mode de réalisation de l'invention en référence à la figure 4. [0054] La figure 4 est une vue en perspective schématique de la barre de combustible nucléaire annulaire 100A selon ce mode de réalisation. [0055] La barre de combustible nucléaire annulaire 100A de ce mode de réalisation est la même que la barre de combustible nucléaire annulaire 100 du mode de réalisation précédent à l'exception que deux types différents de pastilles annulaires sont chargés dans la barre de combustible nucléaire 100A. En conséquence, on omettra une description des mêmes composants. [0056] En détail, la barre de combustible nucléaire 100A comporte une pluralité de combinaisons de pastilles annulaires, de pastilles annulaires internes et externes 121 et 122 chargés dans un espace partiel et une pluralité de pastilles annulaires unitaires 20 (voir la figure 2b) chargés dans l'espace restant. À savoir, deux types de pastilles sont chargés dans la barre de combustible nucléaire annulaire unique 100A. Chacun des pastilles annulaires unitaires 20 a une structure de corps qui n'est pas divisée en pastille annulaire interne 121 et pastille annulaire externe 122. [0057] Généralement, dans la barre de combustible nucléaire annulaire, le flux de chaleur est difficile en particulier dans une partie supérieure de la barre de combustible nucléaire où le fluide caloporteur a une température relativement plus élevée. En conséquence, il est économiquement avantageux que les combinaisons des pastilles annulaires internes et externes 121 et 122 soient chargées dans un espace supérieur de la barre de combustible nucléaire annulaire 100A et que les pastilles annulaires unitaires 20 soient chargés dans un espace inférieur de la barre de combustible nucléaire annulaire 100A. Ceci provient du fait que l'écartement intermédiaire dans la barre de combustible nucléaire annulaire peut diminuer le volume de matière fissile, faisant ainsi chuter la quantité dechaleur par barre de combustible nucléaire. De plus, les pastilles annulaires combinés comprenant les pastilles annulaires internes et externes 121 et 122 sont plus coûteux à fabriquer que les pastilles annulaires unitaires 20. [0058] Comme indiqué ci-dessus, la barre de combustible annulaire de l'invention incorporant une structure combinée de pastilles annulaires internes et externes peut surmonter un flux de chaleur déséquilibré d'une barre de combustible annulaire classique. De plus, en ajustant le rapport en volume des pastilles annulaires externes sur les pastilles annulaires internes ou la matière fissile et sa concentration, il est possible de réguler les flux de chaleur des tubes interne et externe. Par suite, il existe un effet d'accroissement de la sécurité de la barre de combustible nucléaire. [0059] Alors que la présente invention a été décrite en référence aux modes de réalisation illustratifs particuliers et aux dessins annexés, elle ne doit pas leur être limitée mais elle sera définie par les revendications annexées. Il doit être apprécié que l'homme du métier peut substituer, changer ou modifier les modes de réalisation sous diverses formes sans sortir de la portée et de l'esprit de la présente invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Barre de combustible nucléaire annulaire (100) comprenant : un tube externe (112); un tube interne (111) ayant un diamètre plus petit que celui du tube externe, et agencé coaxialement avec le tube externe ; une pluralité de pastilles annulaires internes (121) chargés entre les tubes interne et externe, 10 adjacents au tube interne ; une pluralité de pastilles annulaires externes (122) chargés entre les tubes externe et interne, adjacents au tube externe, où les pastilles annulaires internes sont espacés 15 des pastilles annulaires externes avec un écartement intermédiaire.

2. Barre de combustible nucléaire annulaire selon la revendication 1, dans laquelle les pastilles annulaires internes (121) sont constitués d'une 20 céramique contenant au moins une matière fissile choisie dans un groupe consistant en U, Pu et Th.

3. Barre de combustible nucléaire annulaire selon la revendication 1, dans laquelle les pastilles annulaires externes (122) sont constitués d'une 25 céramique contenant au moins une matière fissile choisie dans un groupe consistant en U, Pu et Th.

4. Barre de combustible nucléaire annulaire selon la revendication 1, dans laquelle les tubes interne (111) et externe (112) sont régulés en flux de chaleur 30 par sélection d'un rapport en poids ou d'un rapport envolume entre les pastilles annulaires externes et les pastilles annulaires internes.

5. Barre de combustible nucléaire annulaire selon la revendication 1, dans laquelle les tubes interne (111) et externe (112) sont ajustés en flux de chaleur par sélection de types et de concentrations d'une matière fissile contenue dans les pastilles annulaires externes et les pastilles annulaires internes.

6. Barre de combustible nucléaire annulaire selon 10 la revendication 1, dans laquelle l'écartement intermédiaire vaut jusqu'à 500 pm.

7. Barre de combustible nucléaire annulaire selon la revendication 1, dans laquelle la chaleur générée à partir des pastilles annulaires internes (121) est 15 égale ou inférieure à celle générée à partir des pastilles annulaires externes (122).

8. Barre de combustible nucléaire annulaire selon la revendication 1, dans laquelle les pastilles annulaires internes et les pastilles annulaires 20 externes contiennent une matière fissile identique, où la matière fissile des pastilles annulaires internes a une concentration égale à ou différente de celle des pastilles annulaires externes.

9. Barre de combustible nucléaire annulaire selon 25 la revendication 1, dans laquelle les pastilles annulaires internes (121) et les pastilles annulaires externes (122) contiennent des matières fissiles différentes.

10. Barre de combustible nucléaire annulaire selon 30 la revendication 1, dans laquelle les pastilles annulaires internes (121) et les pastilles annulairesexternes (122) sont chargés dans l'espace entier entre les tubes interne et externe, formant ainsi des pastilles annulaires combinés.

11. Barre de combustible nucléaire annulaire selon la revendication 1, dans laquelle une pluralité de pastilles annulaires internes et de pastilles annulaires externes sont chargés dans un espace partiel d'une barre de combustible nucléaire annulaire, formant ainsi des pastilles annulaires combinés, ladite barre de combustible comprenant en outre : une pluralité de pastilles annulaires unitaires chargés dans l'espace restant de la barre de combustible nucléaire annulaire, chacun des pastilles annulaires unitaires n'étant pas divisé dans les pastilles internes et externes.

12. Barre de combustible nucléaire annulaire selon la revendication 11, dans laquelle l'espace partiel où les pastilles annulaires combinés sont chargés à une température de fluide caloporteur supérieure à l'espace restant où les pastilles annulaires unitaires sont chargés.