FR3042901A1 - Dispositif de declenchement et d'insertion d'elements absorbants et/ou mitigateurs d'un reacteur nucleaire mettant en œuvre des elements flexibles et assemblage de combustible nucleaire comportant un tel dispositif - Google Patents

Abstract

Système de déclenchement et d'insertion d'un absorbant neutronique et/ou de mitigateur dans une zone fissile d'un réacteur nucléaire, destiné à être monté dans un assemblage de combustible nucléaire dans lequel circule un caloporteur, ledit système comportant une capsule (10) munie de moyens de maintien (11) de l'absorbant (2) en position non insérée, comportant au moins trois éléments flexibles (20) formant un siège pour un élément d'extrémité (2.1) de l'ensemble à insérer (2), ledit ensemble étant disposé entre les éléments flexibles (20), et une surface de verrouillage (31) empêchant l'élément d'extrémité de se dégager du siège de maintien tant que la température du caloporteur est inférieure à une température de déclenchement, la libération de l'élément d'extrémité (2.1) étant obtenue, après déverrouillage, par déformation des éléments flexibles (20), ladite déformation résultant d'un effort exercé par la masse de l'ensemble à insérer.

Description

DISPOSITIF DE DECLENCHEMENT ET D'INSERTION D'ELEMENTS ABSORBANTS ET/OU MITIGATEURS D'UN REACTEUR NUCLEAIRE METTANT EN ŒUVRE DES ELEMENTS FLEXIBLES ET ASSEMBLAGE DE COMBUSTIBLE NUCLEAIRE COMPORTANT UN TEL DISPOSITIF

DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR

La présente invention se rapporte à un dispositif autonome de déclenchement et d'insertion d'au moins un élément à insérer. Le ou les éléments à insérer peut ou peuvent être seulement absorbants et/ou mitigateurs en cas de fusion généralisée du cœur. Par mitigateur, on entend un matériau apte à former un eutectique à bas point de fusion avec le matériau constituant les gaines des aiguilles de combustible nucléaire de l'assemblage et qui évite la formation de bouchons qui gênerait l'évacuation du cœur fondu ou corium absorbant et/ou mitigateur dans le cœur d'un réacteur nucléaire.

Le dispositif autonome de déclenchement et d'insertion est en particulier destiné à être mis en œuvre dans un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi au sodium (dit RNR-Na), et à un assemblage de combustible nucléaire comportant un tel dispositif.

Afin de réguler l'activité du cœur d'un réacteur nucléaire et de limiter les conséquences d'un dysfonctionnement du réacteur, il est prévu d'insérer dans celui-ci des éléments comportant des matériaux absorbants neutroniques. En fonctionnement normal, ces éléments peuvent être sous forme de barres de contrôle suspendues au-dessus du cœur. Lorsqu'une nécessité de diminution de la réactivité du réacteur est détectée, les éléments absorbants sont insérés dans la zone fissile.

Par exemple, un dysfonctionnement du réacteur peut consister en un problème dans le circuit de refroidissement du réacteur, par exemple dans le circuit primaire, un arrêt des pompes ralentissant la circulation du sodium liquide dans le cas d'un réacteur refroidi au sodium. Il peut s'agir d'une perte de source froide, i.e. que les calories extraites par le circuit primaire ne sont plus évacuées correctement.

En l'absence d'insertion d'antiréactivité, ces dysfonctionnements conduiraient alors à une augmentation de la température du cœur du réacteur, qui pourrait amener une fusion d'un ou plusieurs assemblages, voire une fusion généralisée du cœur qui pourrait conduire à une perte d'intégrité du réacteur.

Par l'insertion d'éléments absorbants dans le cœur, on vise à étouffer la réaction neutronique et à stabiliser le cœur du réacteur à une température adaptée aux critères acceptés pour les dysfonctionnements considérés.

Par ailleurs, afin d'assurer une sécurité maximale dans le contrôle du réacteur, plusieurs systèmes d'arrêts redondants, diversifiés et indépendants sont prévus, afin de pallier des défauts de mode commun.

Les systèmes d'arrêt mis en œuvre jusqu'à aujourd'hui dans les RNR-Na (on peut les qualifier de conventionnels) sont basés sur des dispositifs actifs, au sens où l'insertion des éléments absorbants est déclenchée par une commande extérieure électrique ou par la perte du signal électrique.

Pour la prochaine génération de RNR-Na, il est envisagé d'ajouter un nouveau système d'arrêt, en cas de défaillance des systèmes d'arrêt conventionnels ; les dispositifs de ce système d'arrêt « de secours » ne doivent donc pas se déclencher avant les systèmes d'arrêt conventionnels. Dans une logique de diversification des matériels, et pour s'affranchir d'une défaillance des chaînes électriques d'instrumentation, de commande et de logique, il est envisagé de mettre en œuvre des dispositifs passifs, au sens où l'insertion des éléments absorbants est déclenchée directement sur un phénomène physique, et non via une commande électrique. On peut par exemple imaginer un moyen de déclenchement sensible à une variation de débit ou à une augmentation de la température. Ces dispositifs passifs ont fait l'objet de nombreuses études mais, comme précisé précédemment, n'ont jamais été mis en œuvre en réacteur.

Le document US5051229 décrit un dispositif de déclenchement et d'insertion passif d'un ensemble à insérer. Ce dispositif comporte un soufflet rempli de sodium suspendu par une extrémité et qui se dilate avec la température au sein du réacteur. Les moyens d'accrochage de l'élément à insérer ont la forme d'une coupelle comportant un fond bombé et deux parois latérale qui, à l'état non déformé, sont inclinées vers l'extérieur de sorte que dans cette position les extrémités libres des parois latérales supportent des éléments suspendus. La dilatation du sodium provoque une élongation du soufflet. Lorsque la température au sein du réacteur dépasse une température donnée, l'extrémité libre du soufflet vient exercer une pression sur le fond bombé de la coupelle, ce qui provoque un rapprochement des parois latérales, l'appui des ensemble à insérer est supprimé, ceux-ci chutent par gravité.

Ce dispositif de déclenchement comporte un ensemble de petites pièces libres et mobiles les unes par rapport aux autres, impliquant la réalisation de plusieurs zones de jeu significatif pour éviter le grippage en fonctionnement en réacteur, notamment du fait des risques tribologiques, de corrosion, de présence d'impureté, de soudage par diffusion, et pour garantir leurs mouvements relatifs. La présence de ces jeux pénalise la précision de déclenchement du dispositif.

En outre, ce dispositif impose de pouvoir garantir la fiabilité du soufflet au cours du temps.

EXPOSÉ DE L'INVENTION C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un dispositif de déclenchement et d'insertion passif de réalisation simplifié et fiable, offrant une grande sûreté et une plus grande précision de fonctionnement.

Le but précédemment énoncé est atteint par un dispositif de déclenchement et d'insertion d'un ensemble à insérer comprenant au moins un élément absorbant et/ou mitigateur, comportant des moyens de suspension dudit ensemble à insérer au-dessus d'une zone d'insertion et des moyens de verrouillage des moyens de suspension, les moyens de suspension étant formés par des éléments flexibles aptes à prendre au moins une première position de suspension de l'ensemble à insérer et une deuxième position dans laquelle l'ensemble est libéré, le passage de la première position à la deuxième position se faisant, après suppression du verrouillage par les moyens de verrouillage, soit par application d'un effort de pression aux éléments flexibles, soit par l'effet du poids de l'ensemble à insérer. L'actionnement du dispositif de déclenchement et d'insertion se fait au moins en partie par la dilatation d'une virole qui commande les moyens de verrouillage et l'application de l'effort de pression le cas échéant.

Le dispositif de déclenchement et d'insertion selon l'invention est de conception simple et très robuste réduisant de manière importante les risques de dysfonctionnement. En effet, l'invention ne met en œuvre aucune articulation mécanique risquant de se gripper, ce qui augmente la fiabilité d'insertion du dispositif. Il offre une grande sûreté et une grande précision de fonctionnement à la fois en cas de fonctionnement anormal du cœur se traduisant par une augmentation de la température au-delà d'un seuil donné, l'insertion des éléments absorbants et/ou mitigateurs ayant effectivement lieu, et à la fois en fonctionnement normal, l'insertion intempestive des éléments absorbants et/ou mitigateurs étant évitée.

Dans un mode de réalisation, les éléments flexibles sont suffisamment rigides pour supporter l'ensemble à libérer sans maintien des éléments flexibles et la libération de l'ensemble à insérer est obtenue par déformation des éléments flexibles par la virole.

Dans un autre mode de réalisation, les éléments flexibles ne sont pas suffisamment rigides pour supporter seuls l'ensemble à libérer, les moyens de verrouillage compensant la faible rigidité des éléments flexibles. La libération de l'ensemble à libérer intervient alors dès que le verrouillage est supprimé par l'effort appliqué par la masse de l'ensemble à insérer.

De manière particulièrement avantageuse, le dispositif de déclenchement et d'insertion est disposé dans la partie supérieure d'un assemblage de combustible nucléaire, préférentiellement sensiblement sur l'axe de l'assemblage. Le dispositif de déclenchement et d'insertion voit alors directement la totalité du débit sortant du faisceau combustible de l'assemblage combustible porteur, qui est quasiment égal au débit d'un assemblage combustible standard, ce qui améliore la précision et la fiabilité de déclenchement du dispositif et la libération de l'ensemble à insérer.

De préférence, l'ensemble à insérer est contenu dans une capsule qui comporte une partie supérieure au niveau de laquelle est disposé le dispositif de déclenchement et d'insertion selon la présente invention.

Préférentiellement, on réalise un assemblage porteur comportant à la fois du combustible nucléaire et un ensemble à insérer dont l'insertion est commandée par le dispositif selon l'invention, ce dispositif étant disposé dans la partie supérieure de l'assemblage. Le déclenchement de l'insertion est plus rapide et plus précis par rapport à un assemblage consacré exclusivement à l'absorbant et/ou au mitigateur, puisque les débits d'alimentation en caloporteur ceux des assemblages combustibles sont beaucoup plus importants que ceux des assemblages absorbants.

La présente invention a alors pour objet un dispositif de déclenchement et d'insertion d'un ensemble à insérer dans une zone fissile d'un réacteur nucléaire dans lequel circule un caloporteur, présentant un axe longitudinal destiné à être sensiblement vertical, comportant une partie destinée à être fixe longitudinalement et une partie destinée à être mobile longitudinalement, la partie destinée à être fixe comportant des moyens de maintien de l'ensemble à insérer en position suspendue au-dessus de la zone fissile, ledit ensemble à insérer étant libérable au moins en partie sous l'action de la partie destinée à être mobile, la partie destinée à être mobile comportant au moins des moyens de verrouillage des moyens de maintien en position suspendue de l'ensemble à insérer, les moyens de verrouillage étant formés par au moins une première surface, dite surface de verrouillage, et des moyens de déplacement le long de l'axe longitudinal de ladite surface de verrouillage, les moyens de déplacement étant formés par une virole apte à se dilater longitudinalement de manière différentielle par rapport à la partie destinée à être fixe sous l'effet de l'élévation de la température du caloporteur, ladite surface de verrouillage étant disposée de sorte que, lors de l'augmentation de la température du caloporteur, la surface de verrouillage s'éloigne axialement des moyens de maintien, la surface de verrouillage étant écartée des moyens de maintien au moins lorsque le caloporteur est à la température de déclenchement. Les moyens de maintien comportent au moins trois éléments flexibles répartis autour de l'axe longitudinal, lesdits éléments flexibles étant conformés de sorte à former un siège pour une extrémité de l'ensemble à insérer, ledit ensemble étant destiné à être disposé entre les éléments flexibles. La surface de verrouillage est disposée par rapport aux éléments flexibles de sorte à empêcher l'élément d'extrémité de se dégager du siège de maintien au moins tant que la température du caloporteur est inférieure à une température donnée inférieure ou égale à la température de déclenchement, la libération de l'élément d'extrémité étant obtenue par déformation des éléments flexibles, ladite déformation résultant soit de la dilatation de la virole, soit d'un effort exercé par la masse de l'ensemble à insérer.

Avantageusement, les éléments flexibles délimitent un siège de maintien en forme de tulipe déformable radialement.

Dans un exemple préféré, la surface de verrouillage est une surface disposée radialement à l'extérieur des éléments flexibles.

Dans un premier mode de réalisation, les éléments flexibles présentent une rigidité telle qu'ils s'écartent radialement les uns des autres sous l'effort exercé par la masse de l'ensemble à insérer en l'absence de la surface de verrouillage, la température donnée est alors égale à la température de déclenchement. Les éléments flexibles ont alors par exemple une épaisseur comprise entre 0,5 et 1,5 mm.

Dans un deuxième mode de réalisation, les éléments flexibles présentent une rigidité telle qu'ils supportent l'ensemble insérer en l'absence de la surface de verrouillage, la température donnée étant alors strictement inférieure à la température de déclenchement. La partie destinée à être mobile peut comporter une surface d'activation déplacée par la virole et destinée à coopérer avec les éléments flexibles de sorte à les déformer en éloignement de l'axe longitudinal au moins à la température de déclenchement. Les éléments flexibles ont alors par exemple une épaisseur comprise entre 2 et 4 mm.

Dans le deuxième mode de réalisation, la surface d'activation peut être une surface annulaire formée par une extrémité longitudinale d'un manchon fixée à une extrémité aval de la virole et à l'intérieur de celle-ci, chaque élément flexible comportant par exemple une zone inclinée vers l'axe longitudinal et destinée à être écartée en éloignement de l'axe longitudinale par coopération avec la surface d'activation.

Selon une caractéristique additionnelle, la partie destinée à être fixe comporte au moins une portion sensiblement tubulaire coaxiale à l'axe longitudinal à l'intérieur de laquelle est disposée la virole. Le dispositif peut également comporter des moyens pour immobiliser axialement une extrémité amont de la virole et la partie destinée à être fixe, lesdits moyens étant activés par la température du caloporteur.

Les moyens pour immobiliser axialement une extrémité amont de la virole et la partie destinée à être fixe peuvent comporter un manchon interposé entre la virole et la partie destinée à être fixe et coopérant avec la virole et la partie destinée à être fixe par des ensembles de nervures et rainures.

Le dispositif peut comporter un manchon support sur lequel sont fixées les lames, ledit manchon support étant inséré dans la partie destinée à être fixe.

Dans le premier mode de réalisation, la partie destinée à être mobile peut par exemple comporter une tête de commande portant la surface de verrouillage, ladite tête de commande se prolongeant par la virole.

Dans le deuxième mode de réalisation la partie destinée à être mobile peut comporter une tête de commande portant la surface de verrouillage et la surface d'activation, ladite tête de commande se prolongeant par la virole.

Par exemple, la virole est en acier austénitique et la partie destinée à être fixe est en alliage à base de tungstène. Alternativement, la virole est en acier austénitique et la partie destinée à être fixe est en acier ferritique ou ferrito-martensitique.

La présente invention a également pour objet un système de déclenchement et d'insertion comportant un dispositif de déclenchement et d'insertion selon l'invention, une capsule d'axe longitudinal formant la partie destinée à être fixe, et l'ensemble à insérer, ladite capsule comportant un corps tubulaire d'axe longitudinal dans lequel est logé l'ensemble à insérer et une tête de préhension par laquelle le système peut être saisi, le dispositif de déclenchement et d'insertion étant disposé en amont de la tête de préhension dans le sens d'écoulement du caloporteur.

De manière avantageuse, la capsule est ouverte au niveau de son extrémité inférieure pour permettre au caloporteur d'entrer en contact avec la virole. L'ensemble à insérer peut avantageusement comporter un élément d'extrémité reçu dans le siège défini par les éléments flexibles, la forme de l'élément d'extrémité et la conformation des éléments flexibles sont telles qu'une liaison rotule existe entre l'élément d'extrémité et le siège.

De manière très avantageuse, l'élément d'extrémité comporte au moins une partie hémisphérique présentant un rayon extérieur, la différence entre le rayon intérieur du siège dans un état non déformé et le rayon extérieur de la partie hémisphérique de l'élément d'extrémité étant supérieure à la distance entre la surface de verrouillage et la partie des éléments flexibles en regard.

La présente invention a également pour objet un assemblage de combustible nucléaire comportant un boîtier d'axe longitudinal, une zone fissile, un espace central libre dans la zone fissile s'étendant sur une partie au moins de la hauteur de la zone fissile à partir de son extrémité supérieure, un système de déclenchement et d'insertion selon l'invention, une extrémité inférieure de la capsule étant insérée dans l'espace central libre et un ensemble à insérer suspendu dans le système de déclenchement et d'insertion. L'assemblage peut comporter un fourreau bordant l'espace central libre et recevant une extrémité inférieure de la capsule. L'ensemble à insérer peut comporter au moins un élément absorbant neutronique et/ou mitigateur.

Avantageusement, l'ensemble à insérer comporte une pluralité d'éléments montés articulés les uns aux autres, un des éléments d'extrémité formant une tête d'accrochage coopérant avec des moyens de maintien du dispositif de déclenchement et d'insertion, au moins une partie des éléments étant avantageusement de forme sphérique. Les éléments sont par exemple enfilés sur un câble.

Par exemple, les éléments absorbants comportent au moins des éléments dans un premier matériau absorbant et des deuxièmes éléments dans un deuxième matériau absorbant.

La présente invention a également pour objet un réacteur nucléaire comportant des assemblages contenant uniquement des aiguilles de combustible nucléaire et au moins un assemblage de combustible selon l'invention, le réacteur étant avantageusement à neutrons rapides refroidi au sodium.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

La présente invention sera mieux comprise sur la base de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un exemple de réalisation du principe d'un système de déclenchement et d'insertion, représenté schématiquement, comportant un dispositif de déclenchement et d'insertion selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue de détail de la figure 1 au niveau de la tête de commande à la température de manutention, - la figure 3 est une vue de détail du système de la figure 1 à la température de déverrouillage, - la figure 4 est une vue de détail du système de la figure 1 à la température de fonctionnement nominal, - la figure 5 est une vue de détail du système de la figure 1 à la température de déclenchement, - la figure 6A est une vue de détail d'une liaison mécanique (de type frettage) entre la virole et la partie destinée à être fixe du système de la figure 1 au niveau de la connexion entre la capsule et la virole, - la figure 6B est une vue en coupe selon le plan A-A de la figure 6A, - la figure 7 est une vue en coupe longitudinale d'une partie du principe d'un système de déclenchement et d'insertion, représentée schématiquement, comportant un dispositif de déclenchement et d'insertion selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, au niveau de la tête de commande, à la température de manutention, - la figure 8 est une vue du système de la figure 7 à la température de manutention, - la figure 9 est une vue du système de figure 7 à la température de déclenchement, - la figure 10A est une vue en coupe partielle du dispositif de déclenchement et d'insertion de la figure 7, - la figure 10B est une vue en perspective isométrique de la vue de la figure 10A.

Il sera compris que les figures illustrent le principe de l'invention et ne sont pas limitatives.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

Dans la présente description, on désignera par " assemblage porteur " l'assemblage selon la présente invention comportant à la fois du combustible nucléaire et des éléments absorbants, et on désignera par " assemblage standard " un assemblage ne comportant que du combustible nucléaire.

En outre, on désigne par " fonctionnement normal " ou " fonctionnement nominal ", le fonctionnement du réacteur dans des conditions normales de température, et " situation anormale " un état du réacteur dans lequel sa température dépasse un seuil de sécurité qui se traduit par une hausse de la température du caloporteur au-delà d'un seuil de température donné.

Les termes "amont" et "aval" sont à considérer par rapport à l'écoulement du fluide caloporteur, i.e. du bas vers le haut dans la représentation des dessins. Les termes "inférieur" et "supérieur" peuvent être considérés comme synonymes de "amont" et "aval" dans la présente demande, le système de déclenchement et d'insertion étant destinés à être disposé verticalement.

De plus dans la description qui va suivre, l'ensemble à insérer est décrit comme étant un ensemble d'éléments en matériau absorbant neutronique, cependant l'invention s'applique également à l'insertion d'un ensemble d'éléments de mitigation.

De manière générale, un réacteur nucléaire comporte une enceinte dans laquelle est disposée une pluralité d'assemblages de combustible nucléaire, agencés les uns à côté des autres. Les assemblages forment le cœur du réacteur. Généralement, pour un RNR-Na, les assemblages présentent une section transversale extérieure hexagonale. Pour d'autres types de réacteurs les assemblages peuvent présenter d'autres types de sections transversales extérieures, comme des sections circulaires ou rectangulaires. Un caloporteur circule dans les assemblages et entre les assemblages pour extraire la chaleur générée par le combustible nucléaire, formant le circuit primaire. Les assemblages contiennent le combustible nucléaire, par exemple réparti dans des aiguilles. La partie des assemblages comportant le combustible nucléaire est appelée zone fissile. Afin de réguler le fonctionnement du cœur du réacteur, il est prévu d'insérer de l'anti-réactivité dans la zone fissile en introduisant un matériau absorbant neutronique. Dans certains RNR-Na (par exemple en France), les matériaux absorbants des barres de commande restent dans les assemblages (plus précisément leur course est assurée dans les assemblages et ce sont leurs mécanismes d'insertion qui font la liaison entre les assemblages et le bouchon couvercle cœur ou BCC). En fonctionnement normal, les matériaux absorbants sont soit partiellement insérés dans la zone fissile (barres de commande), soit suspendus au-dessus de la zone fissile (barres d'arrêt complémentaire), et pour arrêter le réacteur, ils sont introduits totalement dans la zone fissile au sein du faisceau d'aiguilles.

Les matériaux absorbants sont par exemple sous la forme de barres de commande, des barres d'arrêt complémentaires ou avantageusement sous la forme de chapelets d'éléments en matériau absorbant, par exemple de forme oblongue, cylindrique, ou de manière préférée de forme sphérique.

Sur les figures 1 à 6B, on peut voir un exemple de réalisation d'un premier mode de réalisation d'un système de déclenchement et d'insertion SI selon la présente invention comportant un dispositif de déclenchement et d'insertion DI destiné à maintenir un ensemble d'éléments absorbants 2 au-dessus de la zone fissile lorsque la température est inférieure à une température seuil (figures 1 à 4) et à libérer l'ensemble d'éléments absorbants 2 au-delà de la température seuil (figure 5).

Le système est suspendu par un élément d'accrochage dans une installation C (figure 1) de sorte à être disposé au-dessus des assemblages nucléaires.

Dans l'exemple représenté, l'ensemble 2 comporte un élément d'extrémité destiné à coopérer avec un dispositif de déclenchement et d'insertion et un ou des éléments en matériau absorbant neutronique. Comme décrit ci-dessus, les matériaux absorbants peuvent être sous la forme de barres de commande ou de barres d'arrêt complémentaires. De manière avantageuse, l'ensemble comporte une pluralité d'éléments en matériau absorbant neutronique de forme sphérique enfilée sur un câble assurant une certaine souplesse.

Dans l'exemple représenté, l'élément d'extrémité 2.1, comporte une forme sensiblement hémisphérique dont la partie convexe est orientée vers l'amont. A des fins de simplicité, « l'ensemble d'éléments absorbants » 2 sera désigné par la suite « l'ensemble » 2.

Dans l'exemple particulier représenté, le système SI comporte une capsule 10 formée par un corps tubulaire d'axe longitudinal X ouvert à ses extrémités inférieure et supérieure, dans laquelle est logé l'ensemble 2, comme on peut le voir sur la figure 1. La capsule est destinée à être fixe dans l'assemblage. L'extrémité inférieure ouverte de la capsule 10 permet d'une part à l'ensemble à insérer de chuter dans la zone fissile et d'autre part au fluide caloporteur d'entrer dans la capsule et d'entrer en contact avec le dispositif de déclenchement dont une partie est dans la capsule.

La capsule est réalisée en matériau réfractaire, par exemple en un alliage à base de tungstène, par exemple le W-5Re, un alliage de tungstène comportant 5% de Rhénium, ou le WE-ODS, ces alliage présente une ductilité et une résilience adaptée à la fabrication, par exemple à l'usinage, et à la tenue mécanique en manutention et en fonctionnement en réacteur. L'ensemble formé par le dispositif de déclenchement et d'insertion DI et la capsule 10 forme un système de déclenchement et d'insertion SI qui sera décrit par la suite.

La capsule 10 comporte également un élément d'accrochage 9 destiné à permettre l'accrochage du système de déclenchement et d'insertion SI et sa manipulation.

Le caloporteur, par exemple du sodium liquide, circule dans l'assemblage de long de l'axe longitudinal X du bas vers le haut.

Le dispositif de déclenchement et d'insertion DI, plus particulièrement visible sur la figure 2, est disposé en partie à l'intérieur de la capsule 10. Le dispositif DI comporte des moyens de maintien 11 de l'ensemble 2, des moyens de verrouillage 13 des moyens de maintien 11 et des moyens d'activation 15 qui assurent la libération de l'ensemble 2 en situation anormale.

Le dispositif de déclenchement et d'insertion DI présente une forme de révolution d'axe longitudinal X.

Le dispositif de déclenchement et d'insertion DI comporte une tête de commande 18 et une virole 19. De manière avantageuse, la virole 19 est située à l'intérieur de la capsule 10 et s'étend avantageusement sur toute la hauteur de la capsule. Elle présente alors une grande hauteur et peut développer une plus grande dilatation par rapport à la capsule. La grande hauteur de la virole a également pour avantage que la virole présente une très grande surface d'échange thermique avec le caloporteur, ce qui permet d'intégrer les hétérogénéités thermiques locales qui peuvent subvenir et ainsi d'améliorer la fiabilité de déclenchement.

De préférence, la virole 19 est pleine, le caloporteur circule alors entre la virole et la capsule, assurant le refroidissement.

La virole 19 est réalisée en un matériau présentant un coefficient de dilatation thermique élevé, supérieur à celui du matériau de la capsule 10. La virole 19 ainsi que la tête de commande 18 sont réalisées en un matériau offrant un coefficient de dilatation thermique important, par exemple un acier, plus particulièrement un acier austénitique tel que celui utilisé pour les gaines d'aiguilles comme l'acier Z10 CNDT 15.15 B (15/15 Ti) écroui.

La virole 19 peut être réalisé est en acier austénitique et la partie destinée à être fixe peut être en acier ferritique ou ferrito-martensitique.

La virole 19 et la capsule 10 sont solidarisées l'une à l'autre au niveau de leurs extrémités inférieures au moins axialement.

Dans l'exemple représenté et de manière avantageuse, un manchon de solidarisation 21 est disposé à l'intérieur de la capsule 10 au niveau de son extrémité amont et autour de l'extrémité amont de la virole 19.

Dans l'exemple représenté, le manchon de solidarisation 21 comporte à son extrémité amont une embase 21.1 en appui contre l'extrémité amont de la capsule. En outre, comme cela est représenté sur les figures 6A et 6B, le manchon de solidarisation 21 comporte par exemple sur sa paroi cylindrique extérieure des nervures s'étendant axialement pénétrant dans des rainures axiales formées dans la surface intérieure de la capsule 10.

Dans l'exemple représenté, le manchon de solidarisation 21 comporte également des rainures axiales dans sa surface intérieure dans lesquelles pénètrent des nervures longitudinales réalisées sur la surface extérieure de la virole 19. Un verrouillage en rotation entre la virole 19 et la capsule 10 autour de l'axe X est ainsi réalisé. La coopération des nervures et des rainures permet également de régler en rotation la virole par rapport à la tulipe 10.

De manière avantageuse, les dimensions extérieures du manchon sont telles qu'une liaison encastrement apparaît du fait de la dilatation différentielle radiale qui survient entre le manchon de solidarisation 21 et la capsule 10. En effet, le manchon de solidarisation 21 est par exemple réalisé en acier comme la virole 19. Lors de la montée en température le manchon de solidarisation 21 se dilate radialement plus que la capsule, provoquant l'apparition d'un serrage entre le manchon de solidarisation 21 et le capsule 10.

Avantageusement, des moyens (non représentés) limitent le déplacement en translation de la virole par rapport au manchon aux températures de manutention pour lesquelles la liaison encastrement n'est pas réalisée.

En variante, l'assemblage entre le manchon de solidarisation 21 et la virole 19 et entre le manchon de solidarisation 21 et la capsule 10 pourrait être réalisé de manière différente.

De plus, on pourrait réaliser une liaison encastrement permanente quelle que soit la température. En variante, une liaison par vissage pourrait être réalisée. Alternativement, il peut s'agir d'une liaison par sertissage. La virole 19 peut par exemple présenter une forme particulière réalisée par usinage.

En variante encore, le manchon de solidarisation 21 et la virole 19 pourraient être réalisés en une seule pièce.

La tête de commande 18 est fixée sur la virole et comporte un corps portant des moyens de maintien 11 de l'ensemble 2 et des moyens de verrouillage 13 des moyens de maintien 11. En outre, dans ce mode de réalisation, la tête de commande 18 comporte également des moyens de libération 15.

On désigne par « partie fixe F » du dispositif d'insertion l'ensemble comprenant au moins la capsule 10 et les moyens de maintien 11 reliés à la capsule 10. On désigne par « partie mobile M» du dispositif d'insertion l'ensemble comprenant au moins les moyens de verrouillage 13 et la virole 19. Comme cela sera expliqué par la suite, la partie mobile M peut se déplacer longitudinalement par rapport à la partie fixe du fait de la différence de coefficients de dilatation entre la virole 19 et la capsule 10.

Dans l'exemple représenté, le corps est réalisé d'un seul tenant avec la virole 19. Par ailleurs, le corps comporte l'élément d'accrochage 9.

Les moyens de maintien 11 comportent au moins trois éléments flexibles 20, répartis autour de l'axe longitudinal X et conformés de sorte à définir ensemble un siège de maintien pour l'élément d'extrémité 2.1 de l'ensemble 2.

Avantageusement les éléments flexibles 20 sont répartis de manière régulière autour de l'axe longitudinal.

Sur les figures 10A et 10B représentant en perspective un dispositif selon un deuxième mode de réalisation, on peut voir les éléments flexibles, désignés 120 sur ces figures, au nombre de six mais seuls cinq sont représentés. La répartition des éléments flexibles 120 et leur nombre s'appliquent au dispositif selon le premier mode de réalisation.

Dans l'exemple représenté, chaque élément flexible 20 a la forme d'une bande étroite conformée de sorte à former un siège de maintien. Dans la suite de la demande, le terme "lame" et l'expression "lame flexible" seront utilisés pour désigner les éléments flexibles.

Comme on peut le voir sur la figure 2, chaque lame flexible 20 comporte de l'amont vers l'aval une première partie 20.1 comprenant une zone sensiblement plane 22 destinée à sa fixation, et une zone courbée 24 vers l'axe longitudinal X destinée à coopérer avec les moyens d'activation 15, une deuxième partie 20.2 de concavité orientée vers l'extérieur par rapport à l'axe X formant une partie du siège de maintien, une troisième partie 20.3 de concavité orientée vers l'axe X et un quatrième zone rectiligne 20.4 sensiblement parallèle à l'axe longitudinale et comportant l'extrémité libre aval de la lame, destinée à coopérer avec les moyens de verrouillage 13.

Par exemple, les lames peuvent être réalisées en acier de type austénitique. L'assemblage des lames définit avantageusement un siège de maintien en forme de coupe ou de tulipe. L'élément d'extrémité 2.1 de l'ensemble 2 coopère avec les deuxièmes parties des lames 20. Du fait de sa partie amont hémisphérique, la liaison entre la tête de commande 18 et l'élément d'extrémité 2.1 est une liaison rotule, ce qui permet d'assurer un centrage gravitaire passif de la tête de commande.

Il sera compris que le nombre de lames et la forme des lames ne sont pas limitatifs. La forme des lames est choisie de sorte que l'ensemble des lames forme avec l'élément 2.1 une liaison permettant un centrage gravitaire passif de l'ensemble absorbant, avantageusement il s'agit d'une liaison rotule.

Le siège de maintien pourrait avoir une autre forme, par exemple dans le cas où l'élément d'extrémité aurait une autre forme. Par exemple, si l'élément d'extrémité avait une forme tronconique, les lames pourraient être conformées pour former un siège conique.

Les lames 20 sont fixes par rapport à la capsule 10 et sont disposées par rapport à la virole 19 de sorte qu'elles entourent l'extrémité aval de la virole 19 et de sorte que la zone courbée 24 de la première partie 20.1 des lames soit située en aval de l'extrémité libre de la virole 19.

Dans l'exemple représenté, les lames 20 sont fixées sur un manchon support 26 monté dans la zone supérieure de la capsule 10. Le manchon support 26 comporte à son extrémité aval une embase 28 en appui contre l'extrémité aval de la capsule 10. Avantageusement, le montage du manchon support 26 est similaire à celui du manchon de solidarisation 21.

Dans l'exemple représenté, les lames 20 sont fixées au manchon support 26 au moyen de vis.

Comme on peut le voir sur la figure 10B, la surface intérieure du manchon support 26 comporte avantageusement un logement longitudinal 30 pour chacune des lames.

Dans ce mode de réalisation, les lames sont suffisamment rigides pour assurer un auto-portage de l'ensemble à insérer, i.e. elles sont suffisamment raides pour ne pas fluer ou flamber en fonctionnement ainsi elles ne s'écartent les unes des autres sous le poids de l'ensemble 2, que lorsque les moyens de verrouillage 13 ne retiennent pas radialement les extrémités libres des lames 20 et qu'un effort de poussée leur est appliquée, comme cela sera expliqué ci-dessous. Elles présentent par exemple une épaisseur comprise entre 2 et 4 mm pour une masse de l'élément absorbant à insérer comprise entre 3 et 9 kg. L'épaisseur des lames et leur nombre sont choisis en fonction de la masse de l'ensemble absorbant à insérer et des contraintes d'implantation et de tenue mécanique de la virole 19.

Les moyens de verrouillage 13 sont disposés en aval de la virole 19 et sont destinés à former une butée radialement externe pour les extrémités libres des lames tant que la température est inférieure à une température dite de déverrouillage.

Dans le premier mode de réalisation, les moyens de verrouillage 13 évitent les risques d'insertion intempestive lorsque la température est inférieure à la température de puissance nominale.

Les moyens de verrouillage 13 sont tels qu'ils forment, en dessous d'une température donnée, une butée radiale pour les lames évitant qu'elles ne s'écartent les unes des autres suffisamment pour permettre la chute intempestive de l'ensemble à insérer.

Dans l'exemple représenté, il s'agit d'une surface annulaire 31 destinée à être disposée radialement à l'extérieur des extrémités aval des lames 20 en phase de verrouillage.

Dans l'exemple représenté, les moyens de verrouillage 13 sont reliés à la virole 19 par vissage permettant avantageusement de régler précisément le déclenchement. En variante, on pourrait prévoir de réaliser les moyens de verrouillage 13 et la virole d'un seul tenant.

Comme on peut le voir clairement sur les figures 10A et 10B, la virole 19 et les moyens de verrouillage 13 sont reliés par des tiges 32 entre lesquelles sont disposées les lames. Ainsi dans l'exemple représenté, six tiges 32 définissant six fenêtres 34 relient les moyens de verrouillage 13 et la virole 19.

On désigne par Jl, la distance entre la face radialement extérieure des lames 20 à l'état non déformé et la surface de verrouillage 31. On désigne par J2, la différence entre le rayon extérieur de la partie hémisphérique de l'élément d'extrémité 2.1 et le rayon intérieur du passage délimité par les lames 20 dans l'état non déformé.

De manière préférée, J2 est choisi strictement supérieur à Jl. Ainsi dans un état verrouillé, si les lames 20 s'écartent les unes des autres, elles ne peuvent pas s'écarter les unes des autres de manière telle qu'un passage de diamètre suffisant se forme pour permettre le passage de l'élément d'extrémité 2.1 de l'ensemble à insérer 2.

Les moyens d'activation 15 sont formés par une surface d'activation 36 située dans l'espace délimité entre les lames 20, solidaire axialement de l'extrémité aval de la virole 19 et en amont des parties 24 des lames.

Plus particulièrement, à une température inférieure à la température de déclenchement la surface d'activation 36 est située axialement en amont des zones 24 des lames, ces zones 24 étant inclinées vers l'axe longitudinal et à la température de déclenchement la surface d'activation exerce un effort de pression suffisant sur les zones 24, pour déformer les lames 20 vers l'extérieur en éloignement de l'axe longitudinal et libérer l'élément d'extrémité 2.1.

Dans l'exemple représenté et de manière préférentielle, la surface d'activation 36 est formée par une extrémité aval d'un manchon 38 fixé solidairement à l'intérieure de la virole, à l'extrémité aval de la virole 19 de sorte que la surface d'activation 36 soit solidaire axialement de la virole. La surface d'activation 36 se trouve alors en aval de l'axe de rotation de la face interne 24 des lames, ce qui est favorable pour la déformation des lames.

Le manchon 38 est par exemple fixé sur la virole au moyen d'un pion emmanché forcé dans le manchon 38 et la virole 19.

Le corps de la tête de commande 18 comporte dans sa face d'extrémité aval des fenêtres 40 (figure 10B) permettant l'écoulement du fluide caloporteur, celui-ci peut également s'écouler par les fenêtres 34 entre les tiges 32.

Le fonctionnement du système de déclenchement va maintenant être décrit.

On distingue quatre états principaux dans le fonctionnement du système de déclenchement et d'insertion selon la présente invention en fonction des températures auxquelles il est soumis : - état de montage du système de déclenchement et d'insertion SI dans l'assemblage porteur : à la température ambiante, par exemple 20°C, qui est appelée " température de montage ", - état de manutention de l'assemblage porteur, muni du système de déclenchement et d'insertion SI, dans le cœur du réacteur : à une température de l'ordre de 180°C à 250°C, qui est appelée " température de manutention ", - état de fonctionnement: à la température de fonctionnement, dite température de puissance nominale, de l'ordre de 550°C lorsque l'assemblage est dans le cœur en fonctionnement, état de déclenchement : à la température seuil, par exemple de l'ordre de 660°C dans la présente invention à laquelle on souhaite l'insertion du matériau absorbant dans le cœur fissile. L'état de montage n'est pas représenté mais est très proche de celui représenté sur les figures 1 et 2. Dans l'état de montage, les différents éléments du système de déclenchement et d'insertion ne sont pas déformés par la dilatation thermique. Les lames 20 supportent l'ensemble 2. La surface de verrouillage 31 est située au droit des quatrièmes parties 20.4 formant les extrémités aval des lames et la surface d'activation 36 est à distance et en amont des zones inclinées 24. Les lames 20 sont donc verrouillées et l'ensemble 2 ne peut être libéré. La manipulation du système peut alors se faire en toute sécurité sans risque d'insertion non souhaitée dans le faisceau d'aiguilles. A titre d'exemple, la dimension selon l'axe X de la partie 20.4 des lames en regard de la surface de verrouillage est égale à 5 mm.

Dans l'état de manutention, le système de déclenchement et d'insertion est monté dans l'assemblage porteur qui est disposé dans le réacteur. Du fait de la température dans le réacteur et de la différence de coefficients de dilatation thermique entre le matériau de la capsule 10 et le matériau de la virole 19 et de la tête de commande 18, une dilatation différentielle apparaît entre la capsule 10 et l'ensemble virole 19 et tête de commande 18. Il y a donc une déformation différentielle entre la capsule 10 et l'ensemble virole 19 et tête de commande 18, et un déplacement relatif de la surface de verrouillage 31 et des lames 20. Du fait de la dilatation différentielle, les lames 20 s'écartent de la surface de verrouillage 31. Sur la figure 3, on peut voir le déplacement relatif entre la surface de verrouillage 31 et la partie 20.4 des lames.

Ainsi, dans l'état de manutention représenté sur la figure 3, les éléments du système de déclenchement et d'insertion ont commencé à se dilater légèrement. Cette déformation se fait principalement le long de Taxe longitudinal X.

Cependant entre l'état de montage et l'état de manutention, la dilatation différentielle est telle que les lames 20, bien que s'étant déplacées par rapport à la surface de verrouillage 31, sont encore partiellement en regard de la surface de verrouillage 31 et sont donc toujours verrouillées en position de maintien de l'ensemble 2. Les lames 20 supportent donc l'ensemble 2. L'ensemble 2 ne peut être libéré. La manutention du système peut alors se faire en toute sécurité sans risque d'insertion dans le cœur fissile. L'état de fonctionnement est représenté sur la figure 4. Les différents éléments du système de déclenchement et d'insertion sont immergés dans le caloporteur à la température de fonctionnement. La virole 19 est en contact avec le caloporteur qui pénètre par l'extrémité amont de la capsule 10. La virole 19 est donc sensible à l'état de fonctionnement de l'assemblage.

Entre l'état de manutention et l'état de fonctionnement, l'augmentation de température du caloporteur conduit à la poursuite de l'augmentation de déformation des éléments du système de déclenchement et d'insertion par dilatation thermique. A la température de l'état de fonctionnement, la dilatation différentielle entre la virole 19 et la capsule 10 est telle que la surface de verrouillage 31 n'est plus en regard des lames 20, et les lames 20 sont donc déverrouillées. En outre la surface d'activation 36 est en contact avec les lames 20. Mais les lames 20 sont encore suffisamment inclinées vers l'axe longitudinal X pour assurer le maintien de l'ensemble 2 (figure 4). Ce déverrouillage a lieu à une température par exemple de l'ordre de 380°C.

Entre la température de fonctionnement et la température de déclenchement, la dilatation des éléments se poursuit avec l'augmentation de la température du caloporteur. La surface de poussée exerce une pression longitudinale vers le haut sur les zones 24 des lames 20. Du fait de leur orientation inclinée vers l'axe longitudinal X, la pression les écarte vers l'extérieur. Les lames 20 sont donc déformées radialement vers l'extérieur, ce qui a pour effet de déformer le siège de l'élément d'extrémité.

Lorsque la température atteint la température de déclenchement, le déplacement relatif de la surface d'activation 36 et des lames 20 est tel que les lames 20 sont suffisamment écartées les unes des autres pour délimiter entre elles un passage dont le diamètre intérieur est supérieur au diamètre extérieur de l'élément d'extrémité 20.1. L'ensemble 2 chute en direction du cœur fissile comme cela est représenté sur la figure 5. L'insertion des éléments absorbants assure l'étouffement neutronique de la réaction en chaîne de façon à éviter la fusion du cœur à court terme, avec une température compatible avec le maintien de l'intégrité des structures de supportage du cœur, pendant une période suffisante pour mettre en œuvre des actions correctives.

Le système de déclenchement et d'insertion étant immergé dans le caloporteur grâce au canal entre la virole et la capsule, la température du système est proche de la température du caloporteur, il en résulte une grande précision de déclenchement du système.

Le système de déclenchement est entièrement passif. En outre il ne comporte pas de pièces articulées les unes par rapport aux autres, ce qui évite les risques de grippage.

Sur les figures 7 à 10B, un deuxième mode de réalisation d'un système de déclenchement et d'insertion SI' est représenté.

Les mêmes références seront utilisées pour désigner les éléments du système selon le deuxième mode de réalisation ayant des formes et des fonctions identiques ou proches d'éléments du système selon le premier mode de réalisation.

Le système de déclenchement et d'insertion SI' selon le deuxième mode de réalisation diffère de celui du premier mode de réalisation en ce qu'il ne comporte pas de moyens d'activation.

La forme et/ou les dimensions des lames 120 sont alors choisies de sorte à présenter une rigidité suffisamment faible pour qu'elles ne forment pas entre elles un siège autoportant de l'ensemble à insérer. Par exemple, les lames ont pour cela une épaisseur comprise entre 0,5 et 1,5 mm.

Ainsi, afin que les lames puissent assurer la suspension de l'ensemble à insérer, elles sont maintenues dans une configuration en forme de siège pour l'élément d'extrémité de l'ensemble à insérer par les moyens de verrouillage jusqu'à la température de déclenchement.

Dans ce mode de réalisation, les extrémités aval des lames sont en appui contre la surface de verrouillage 31 du fait de leur faible rigidité, à l'inverse du premier mode de réalisation dans lequel un jeu J1 existe généralement.

Le fonctionnement du système de déclenchement va maintenant être décrit. L'état de montage n'est pas représenté mais est très proche de celui représenté sur la figure 7. Dans l'état de montage, les différents éléments du système de déclenchement et d'insertion ne sont pas déformés par la dilatation thermique. Les lames 120 supportent l'ensemble 2. Les quatrièmes parties 120.4 des lames sont en appui sur la surface de verrouillage 31. Les lames 120 sont verrouillées en position de maintien de l'ensemble 2. La manipulation du système peut alors se faire en toute sécurité sans risque d'insertion non souhaitée dans le faisceau d'aiguilles. A titre d'exemple, la dimension selon l'axe X de la partie 120.4 des lames en regard de la surface de verrouillage est égale à 10 mm.

Dans l'état de manutention, le système de déclenchement et d'insertion est monté dans l'assemblage porteur qui est disposé dans le réacteur. Du fait de la température dans le réacteur et de la différence de coefficients de dilatation entre le matériau de la capsule 10 et le matériau de la virole 19 et de la tête de commande 18, une dilatation différentielle apparaît entre la capsule 10 et l'ensemble virole 19 - tête de commande 18. Il y a donc une déformation différentielle entre la capsule 10 et la virole 19 et tête de commande 18, et un déplacement relatif de la surface de verrouillage et des lames. Du fait de la dilatation différentielle, les lames se déplacent vers l'amont. Sur la figure 8, on peut voir le déplacement relatif entre la surface de verrouillage et la partie 20.4 des lames. Ce déplacement est relativement faible.

Ainsi, dans l'état de manutention représenté sur la figure 7, les éléments du système de déclenchement et d'insertion ont commencé à se dilater légèrement. Cette déformation se fait principalement le long de l'axe longitudinal. L'état de fonctionnement est représenté sur la figure 9. Les différents éléments du système de déclenchement et d'insertion sont immergés dans le caloporteurà la température de fonctionnement.

Entre l'état de manutention et l'état de fonctionnement, l'augmentation de température du caloporteur conduit à la poursuite de l'augmentation de déformation des éléments du système de déclenchement et d'insertion par dilatation thermique. A la température de l'état de fonctionnement, la dilatation différentielle entre la virole 19 et la capsule 10 est telle que les surfaces en regard des lames et de la surface de verrouillage se sont sensiblement réduites, mais les lames 20 restent verrouillées dans la position de maintien de l'ensemble à insérer (figure 8).

Entre la température de fonctionnement et la température de déclenchement, la dilatation des éléments se poursuit avec l'augmentation de la température du caloporteur. La portion de surface de verrouillage en regard des lames 120 assure toujours le verrouillage des lames.

Lorsque la température atteint la température de déclenchement, les extrémités aval des lames sont entièrement dégagées de la surface de verrouillage. Elles ne sont donc plus verrouillées dans une position de maintien de l'ensemble à insérer. Du fait de la faible rigidité des lames, celles-ci s'écartent les unes des autres sous le poids de l'ensemble à insérer, permettant à l'élément d'extrémité de se libérer du maintien par les lames et à l'ensemble de chuter par gravité (figure 9).

Dans ce mode de réalisation, aucune pièce en dilatation différentielle ne vient exercer une pression sur les lames élastiques pour les déformer et provoquer la libération de l'ensemble absorbant.

De plus, il ne présente aucun risque d'insertion intempestive de l'ensemble à insérer car les lames sont maintenues par la surface de verrouillage jusqu'à ce que le caloporteur atteigne la température d'insertion.

Comme pour le premier mode de réalisation, le système de déclenchement et d'insertion est entièrement passif. En outre il présente une très bonne précision de déclenchement et d'insertion du fait de la chaîne cinématique réduite.

La description ci-dessous s'applique aux deux modes de réalisation. Concernant la capsule 10, on choisit un matériau présentant un coefficient de dilatation nettement inférieur à celui du matériau constituant les moyens d'activation passifs. On peut choisir un alliage à base de tungstène, par exemple l'alliage W-5Re, i.e. qui est un alliage de tungstène avec 5 % de Rhénium. On peut également envisager un alliage tel que le W-ODS. Outre son faible coefficient de dilatation, le tungstène présente l'avantage de gonfler peu sous irradiation aux températures considérées du fait de sa nature réfractaire.

Avantageusement, l'alliage W-5Re offre en outre une ductilité acceptable vis-à-vis des règles de dimensionnement considérées.

Alternativement, on pourrait choisir l'alliage Z10 CNDT15.15 B pour la capsule et l'alliage W-5Re pour la virole, en adaptant le dispositif de déclenchement et d'insertion en conséquence.

Avantageusement l'ensemble absorbant comporte une pluralité d'éléments 4 en matériau absorbant neutronique de forme sphérique enfilée sur un câble 6 assurant une certaine souplesse. L'ensemble absorbant peut comporter à son extrémité supérieure un élément d'extrémité supérieure, qui se distingue des autres éléments, en ce qu'il est destiné à coopérer avec le dispositif de déclenchement et d'insertion. Il peut avoir une forme tronconique formée d'une grande base orientée vers les éléments de forme sphérique et d'une surface latérale.

Les éléments absorbants peuvent être réalisés en tout matériau absorbant neutronique. Par exemple, il peut s'agir de carbure de bore (B4C) plus ou moins enrichi en 10B. Les matériaux décrits dans la demande WO2012/079664 s'appliquent entièrement à la présente demande. L'ensemble absorbant peut comporter un ou des éléments dans un premier matériau absorbant er un ou des éléments dans un autre matériau absorbant.

Le caloporteur peut être formé par tout métal liquide adapté, par exemple le sodium. Les autres métaux liquides qui sont envisageables en réacteur rapide sont le plomb et le plomb-bismuth.

De préférence, il s'agit du sodium qui permet de bons transferts thermiques. En outre, dans le cas d'un absorbant boré, le milieu métal liquide permet d'éviter les problèmes potentiels de mise en forte pression des enceintes (aiguille, capsule ou autre) par l'hélium issu du 10B. Enfin, la viscosité élevée du milieu métal permet en outre une franche décélération progressive en bout de course de chute qui limite fortement le risque de fragmentation de la céramique absorbante.

Le dispositif de déclenchement et d'insertion selon l'invention est tel que le centrage de l'ensemble absorbant est réalisé de manière gravitaire grâce à la liaison entre l'élément 2.1 et les lames, qui est avantageusement une liaison rotule.

Dans l'exemple représenté, le système de déclenchement et d'insertion est rapporté dans l'assemblage, il est alors complètement indépendant de l'assemblage porteur, et peut donc être avantageusement géré indépendamment de l'assemblage combustible.

Il est donc possible d'effectuer des tests de fonctionnement, par exemple de déclenchement et de chute de l'ensemble 2 ex-situ, i.e. hors réacteur, à l'échelle de la capsule 10 uniquement. Ces tests de fonctionnement peuvent être réalisés systématiquement avant l'intégration initiale dans l'assemblage A.

Il est possible de vérifier ou de changer si nécessaire le dispositif de déclenchement et d'insertion ou encore de le réarmer dans le cas d'un dysfonctionnement du système, et ce, indépendamment des autres éléments de l'assemblage combustibles. Ce remplacement ou ce réarmement peut avoir lieu sans réformer l'assemblage dans son entier. Cette possibilité a pour avantage de gérer la durée de vie des systèmes d'insertion indépendamment de celle des assemblages combustibles, ce qui peut être favorablement exploité si l'on souhaite réduire les coûts de fabrication ou minimiser la quantité de déchets activés dans le cadre de l'aval du cycle.

Le dispositif de déclenchement et d'insertion selon la présente invention est particulièrement adapté à un système de déclenchement et d'insertion amovible. En effet, grâce au dispositif de déclenchement et d'insertion, plus particulièrement grâce aux moyens de verrouillage qui assurent un verrouillage à la température de manutention, tout risque de déverrouillage des lames en situation de manutention est évité, ainsi lors du montage de la capsule dans l'assemblage porteur, et par exemple en cas de choc, l'ensemble d'éléments absorbants ne peut pas se décrocher, à moins d'une rupture des lames, de la tête d'accrochage ou du câble. Cet avantage apparaît également lors de l'intégration de l'assemblage dans le cœur (état de manutention décrit précédemment).

Grâce à la structure de l'assemblage combustible selon la présente invention et à l'intégration du système de déclenchement et d'insertion selon la présente invention, la fraction volumique de combustible est peu réduite, et de fait les performances neutroniques du cœur également.

En outre, la conception de l'assemblage selon l'invention permet d'appliquer le cycle du combustible des assemblages de l'état de la technique avec un minimum de modifications et ainsi d'optimiser les coûts.

De plus, la structure de l'assemblage selon l'invention a peu d'impact sur la perte de charge de l'assemblage combustible porteur et donc sur l'optimisation de la thermohydraulique du cœur.

Associé au dispositif de déclenchement et d'insertion selon l'invention, l'assemblage selon l'invention utilise de manière optimale le débit de l'assemblage combustible ce qui assure une rapidité et une précision de déclenchement maximales. En effet, du fait de l'emplacement central de la virole dans l'assemblage et de sa structure, celle-ci voit un débit très proche du débit d'un assemblage combustible standard, sa dilatation est donc représentative de la température du caloporteur et donc de l’état de l'assemblage.

Un niveau de sûreté global très important est atteint grâce au système de déclenchement et d'insertion selon l'invention, puisqu'il est totalement indépendant des autres systèmes d'arrêt et est de conception diversifiée.

Le dispositif de déclenchement et d'insertion, le système de déclenchement et d'insertion et l'assemblage porteur selon la présente invention sont particulièrement adaptés à une mise en oeuvre dans des réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium. Ils peuvent également s'appliquer à d'autres types de réacteurs nucléaires (réacteurs rapides refroidis avec d'autres métaux liquides comme le plomb ou le plomb-bismuth, réacteurs rapides refroidis au gaz, réacteurs à eau pressurisée ou à eau bouillante).

Claims (26)

1. REVENDICATIONS

   1. Dispositif de déclenchement et d'insertion d'un ensemble à insérer dans une zone fissile d'un réacteur nucléaire dans lequel circule un caloporteur, présentant un axe longitudinal (X) destiné à être sensiblement vertical, comportant une partie (F) destinée à être fixe longitudinalement et une partie (M) destinée à être mobile longitudinalement, la partie destinée à être fixe (F) comportant des moyens de maintien (11) de l'ensemble à insérer (2) en position suspendue au-dessus de la zone fissile, ledit ensemble à insérer étant libérable au moins en partie sous l'action de la partie destinée à être mobile (M), la partie destinée à être mobile (M) comportant au moins des moyens de verrouillage (13) des moyens de maintien (11) en position suspendue de l'ensemble à insérer (2), lesdits moyens de verrouillage (13) étant formés par au moins une première surface (31), dite surface de verrouillage, et des moyens de déplacement le long de l'axe longitudinal (X) de ladite surface de verrouillage (31), lesdits moyens de déplacement étant formés par une virole (19) apte à se dilater longitudinalement de manière différentielle par rapport à la partie destinée à être fixe (F) sous l'effet de l'élévation de la température du caloporteur, ladite surface de verrouillage (31) étant disposée de sorte que, lors de l'augmentation de la température du caloporteur, la surface de verrouillage (31) s'éloigne axialement des moyens de maintien (11), la surface de verrouillage (31) étant écartée des moyens de maintien (11) au moins lorsque le caloporteur est à la température de déclenchement, dans lequel les moyens de maintien comportent au moins trois éléments flexibles (20) répartis autour de l'axe longitudinal, lesdits éléments flexibles étant conformés de sorte à former un siège pour une extrémité de l'ensemble à insérer, ledit ensemble étant destiné à être disposé entre les éléments flexibles, et dans lequel la surface de verrouillage (31) est disposée par rapport aux éléments flexibles (20) de sorte à empêcher l'élément d'extrémité de se dégager du siège de maintien au moins tant que la température du caloporteur est inférieure à une température donnée inférieure ou égale à la température de déclenchement, la libération de l'élément d'extrémité étant obtenue par déformation des éléments flexibles, ladite déformation résultant soit de la dilatation de la virole, soit d'un effort exercé par la masse de l'ensemble à insérer.
2. 2. Dispositif de déclenchement et d'insertion selon la revendication 1, dans lequel les éléments flexibles délimitent un siège de maintien en forme de tulipe déformable radialement.
3. 3. Dispositif de déclenchement et d'insertion selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la surface de verrouillage (24) est une surface disposée radialement à l'extérieur des éléments flexibles (20).
4. 4. Dispositif de déclenchement et d'insertion selon la revendication 1, 2 ou 3, dans lequel les éléments flexibles présentent une rigidité telle qu'ils s'écartent radialement les uns des autres sous l'effort exercé par la masse de l'ensemble à insérer en l'absence de la surface de verrouillage et dans lequel la température donnée est égale à la température de déclenchement
5. 5. Dispositif de déclenchement et d'insertion selon la revendication 4, dans lequel les éléments flexibles ont une épaisseur comprise entre 0,5 et 1,5 mm.
6. 6. Dispositif de déclenchement et d'insertion selon la revendication 1, 2 ou 3, dans lequel les éléments flexibles (20) présentent une rigidité telle qu'ils supportent l'ensemble insérer en l'absence de la surface de verrouillage (31), dans lequel la température donnée est strictement inférieure à la température de déclenchement et dans lequel la partie destinée à être mobile (M) comporte une surface d'activation (38) déplacée par la virole et destinée à coopérer avec les éléments flexibles (20) de sorte à les déformer en éloignement de l'axe longitudinal au moins à la température de déclenchement.
7. 7. Dispositif de déclenchement et d'insertion selon la revendication 6, dans lequel les éléments flexibles ont une épaisseur comprise entre 2 et 4 mm.
8. 8. Dispositif de déclenchement et d'insertion selon la revendication 6 ou 7, dans lequel la surface d'activation (38) est une surface annulaire formée par une extrémité longitudinale d'un manchon fixée à une extrémité aval de la virole (19) et à l'intérieur de celle-ci, et dans lequel chaque élément flexible (20) comporte une zone inclinée vers l'axe longitudinal et destinée à être écartée en éloignement de l'axe longitudinale par coopération avec la surface d'activation.
9. 9. Dispositif de déclenchement et d'insertion selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel la partie destinée à être fixe (F) comporte au moins une portion sensiblement tubulaire coaxiale à l'axe longitudinal (X) à l'intérieur de laquelle est disposée la virole (19) et dans lequel le dispositif comporte des moyens pour immobiliser axialement une extrémité amont de la virole et la partie destinée à être fixe (F), lesdits moyens étant activés par la température du caloporteur.
10. 10. Dispositif de déclenchement et d'insertion selon la revendication 9, dans lequel des moyens pour immobiliser axialement une extrémité amont de la virole (19) et la partie destinée à être fixe (F) comportent un manchon (21) interposé entre la virole (19) et la partie destinée à être fixe (F) et coopérant avec la virole et la partie destinée à être fixe (F) par des ensembles de nervures et rainures.
11. 11. Dispositif de déclenchement et d'insertion selon l'une des revendications 1 à 10, comportant un manchon support (26) sur lequel sont fixées les lames (20), ledit manchon support (26) étant inséré dans la partie destinée à être fixe (F).
12. 12. Dispositif de déclenchement et d'insertion selon la revendication 4 ou 5, dans lequel la partie destinée à être mobile (M) comporte une tête de commande (18) portant la surface de verrouillage (31), ladite tête de commande (18) se prolongeant par la virole (19).
13. 13. Dispositif de déclenchement et d'insertion selon la revendication 6 à 8, dans lequel la partie destinée à être mobile (M) comporte une tête de commande (18) portant la surface de verrouillage (31) et la surface d'activation (38), ladite tête de commande (18) se prolongeant par la virole (19).
14. 14. Dispositif de déclenchement et d'insertion selon l'une des revendications 1 à 13, dans lequel la virole (19) est en acier austénitique et la partie destinée à être fixe (10) est en alliage à base de tungstène.
15. 15. Dispositif de déclenchement et d'insertion selon l'une des revendications 1 à 13, dans lequel la virole (19) est en acier austénitique et la partie destinée à être fixe est en acier ferritique ou ferrito-martensitique.
16. 16. Système de déclenchement et d'insertion comportant un dispositif de déclenchement et d'insertion selon l'une des revendications 1 à 15, une capsule (10) d'axe longitudinal formant la partie destinée à être fixe (F), et l'ensemble à insérer (2), ladite capsule (10) comportant un corps tubulaire d'axe longitudinal dans lequel est logé l'ensemble à insérer (2) et une tête de préhension (9) par laquelle le système peut être saisi, le dispositif de déclenchement et d'insertion étant disposé en amont de la tête de préhension dans le sens d'écoulement du caloporteur.
17. 17. Système de déclenchement et d'insertion selon la revendication 16, dans lequel la capsule (10) est ouverte au niveau de son extrémité inférieure pour permettre au caloporteur d'entrer en contact avec la virole (19).
18. 18. Système de déclenchement et d'insertion selon la revendication 16 ou 17, dans lequel l'ensemble à insérer (2) comporte un élément d'extrémité (2.1) reçu dans le siège défini par les éléments flexibles (20), la forme de l'élément d'extrémité et la conformation des éléments flexibles sont telles qu’une liaison rotule existe entre l'élément d'extrémité et le siège.
19. 19. Système de déclenchement et d'insertion selon la revendication 18 en combinaison avec les revendications 6 à 8 ou 13, dans lequel l'élément d'extrémité (2.1) comporte au moins une partie hémisphérique présentant un rayon extérieur et dans lequel la différence entre le rayon intérieur du siège dans un état non déformé et le rayon extérieur de la partie hémisphérique de l'élément d'extrémité (2.1) est supérieure à la distance entre la surface de verrouillage (31) et la partie des éléments flexibles (20) en regard.
20. 20. Assemblage de combustible nucléaire comportant un boîtier d'axe longitudinal, une zone fissile, un espace central libre dans la zone fissile s'étendant sur une partie au moins de la hauteur de la zone fissile à partir de son extrémité supérieure, un système de déclenchement et d'insertion (SI) selon l'une des revendications 16 à 19, une extrémité inférieure de la capsule étant insérée dans l'espace central libre et un ensemble à insérer (2) suspendu dans le système de déclenchement et d'insertion (SI).
21. 21. Assemblage de combustible nucléaire selon la revendication 20, comportant un fourreau (54) bordant l'espace central libre (52) et recevant une extrémité inférieure de la capsule (10).
22. 22. Assemblage de combustible nucléaire selon la revendication 20 ou 21, dans lequel l'ensemble à insérer (2) comporte au moins un élément absorbant neutronique et/ou mitigateur.
23. 23 Assemblage porteur selon la revendication 22, dans lequel l'ensemble à insérer (2) comporte une pluralité d'éléments (4) montés articulés les uns aux autres, un des éléments d'extrémité formant une tête d'accrochage (2.1) coopérant avec des moyens de maintien (11) du dispositif de déclenchement et d'insertion (DI), au moins une partie des éléments (4) étant avantageusement de forme sphérique.
24. 24. Assemblage porteur selon la revendication 23, dans lequel les éléments (4) sont enfilés sur un câble (6).
25. 25. Assemblage porteur selon la revendication 23 ou 24, dans lequel les éléments absorbants (4) comportent au moins des éléments dans un premier matériau absorbant et des deuxièmes éléments dans un deuxième matériau absorbant.
26. 26. Réacteur nucléaire comportant des assemblages contenant uniquement des aiguilles de combustible nucléaire et au moins un assemblage de combustible selon l'une des revendications 20 à 25, le réacteur étant avantageusement à neutrons rapides refroidi au sodium.