JP5469074B2 - 高温熱伝導ガスを備えたｇｆｒ型核反応炉の核分裂性バンドル用核燃料プレートの支持装置と、該支持装置を含む核分裂性バンドル、及び、該核分裂性バンドルを含む核燃料コアアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、高速中性子試験炉、特に、高温熱伝導ガスを備えた、GFR（ガス高速炉）反応炉と呼ばれる第四世代高速中性子試験炉用の核燃料のプレート形状エレメントの支持装置に関し、核燃料プレートが積み込まれる多数の前記支持装置により形成される核分裂性バンドルと、そのような核分裂性バンドルを含む一体型アセンブリとを備える。

一般に、核分裂反応から電力を生じるプラントは、火力を放出しながら核分裂反応を生じる燃料エレメントを用い、火力は冷却を保証する熱伝導流体による熱交換により抽出される。

燃料プレートの場合、グループにまとめられ、各グループ内で互いに平行に配置される。熱伝導流体、例えばヘリウムは、プレートの間を流れ、熱交換による熱量の抽出を保証する。

反応炉のコアは、複数の機能を有する構造で形成される。

熱水流の観点から、この構造により、すべての運転状況において、燃料エレメントと熱伝導流体との間の熱伝導が保証される、すなわち、燃料エレメントの配置と、冷却に要求される熱伝導流体層の厚みと、熱伝導流体を備えた水流チャネルの提供とを保証する。このため、構造は、プレート間を流れる熱伝導流体層の厚みが僅かであり、さらに、プレートの相対位置が、流体がプレート表面において均質に循環するような状態となるように、燃料エレメントを十分に支持する必要がある。

さらに、これらの構造は、アセンブリにおいて、特に、ある不慮の状況の間、自然対流において剰余電力を排出可能なように、圧力損失が最小であることが要望される。

コアの体積に対するコンポーネントの体積の比は、《コンポーネントの体積比》によって表される。

中性子の観点からは、適切な作用と、反応炉の良好な収率が要求される大電力に達するための核分裂性燃料の所望の充填密度を保障するために、燃料エレメントの空間における配置形状の安定性の保証が求められ、構造は、コアの中性子作用を混乱させないように、中性子に対し、最も《透明》であり、これは、定格運転または不良の状況における運転の場合のいずれにおいても反応炉の運転モードにかかわらない。このため、コアの構造の体積比と、ニュートロン吸収および減速率とは、できるだけ低減されることが求められる。

機械的観点からは、構造は、コアの機械的構造の保証を目的とする。また、これらの構造が、適切なコアの中性子作用を保障し、一次回路を汚染しないために、全寿命において、燃料エレメントの完全性を保証することが要求される。

また、一般に、反応炉の運転中、過熱エレメントである燃料エレメントは、それらの支持構造よりもより高い温度になり、支持構造に相対的な燃料エレメントの正の示差熱膨張を導く。

コアの中性子が減速されない、高速スペクトラム（コアの中性子が減速される場合は、熱スペクトラム）が基準である、高速反応炉の場合は、高速スペクトラムが、示差膨張に加えて示差膨潤現象を招くため、熱スペクトラムの場合よりも、燃料エレメントの分解のより大きな危険性が存在する。変形が可逆的な熱膨張と異なり、膨潤は、材料の明確な変形を意味する。

このため、燃料エレメントと支持構造の間の相互ストレスの危険性が、局所的により高まり、全コアのレベルでは、熱スペクトラムでは重要ではなかった、コア高さに渡るアセンブリの湾曲が重要となり得る。

これは、２つの結果を有し得る。
−支持構造による燃料エレメントの機械的負荷の危険性、
−燃料エレメントに伝わる可能性のある、コアの機械的構造を保証するエレメントの間の機械的負荷の危険性。

また、高速スペクトラムは、特に以下の理由で、放射線照射下で、材料の脆化を生じる。
−延性／脆性遷移温度の増加、
−脆性フェーズおよび材料の過度の膨潤の発生。

この脆化は、材料内のストレスか部品間の相互ストレスかにかかわらず、強制変形タイプの負荷の順応をより困難とする。

また、これらの構造は、燃料サイクルの全ステップの運転、特に、一般取り扱い運転、組み立て、解体、移動、および再処理運転を容易にすることが望ましい。

最終的に、反応コアの全構成要素が環境に対して危険であるため、再処理ステップを受けるべきである。従って、寿命を最適化し、活性廃棄物の量を最小とするために、コアの構造の取り外し可能性を図ることが望ましい。

さらに、反応炉の制御に対する十分な安全性マージンと最終的に核分裂燃料の容認可能な在庫を保証するために、高速スペクトラム、アイソトープ発生、さらに過発生、興味深い収率、制御可能な反応度を得るための、少なくとも20%オーダーの高い体積燃料比が達成されるべきである。

また、第四世代反応炉に設定されたゴールに達するために、GFRタイプの反応炉のコアで、生じるエネルギー単位毎に要求されるウランの量、および／または、廃棄生成物（核分裂性生成物およびマイナーアクチニド）を変化する容量を大幅に低減するために、少なくとも１に等しい変換率を得る可能性を保証する高速中性子束を有するべき事実に加え、熱伝導ガスにより、反応炉の出口において、（例えば直接サイクルにおいて）高収率の電気を生じるため、水素を生じるため、海水を脱塩するため、または、燃料を合成するための、計画的なアプリケーションに適合する、十分に高い平均温度値に達することが可能であるべきである。この値は、400℃のオーダーの吸気口温度に対して約900℃に設定され、コアでの軸性熱勾配を500℃に引き上げる。コアの排気口においてある温度であり、GFRタイプの反応炉のコアにおいて非常に大きな熱勾配を有する、熱伝導ガスを利用するこれらのゴールは、全反応炉シシテムの中で、局所的示差熱膨張に関して、非常に厳しい運転条件となり、燃料エレメントの分解の危険性に繋がる。

実際、熱伝導ガスは、加圧水反応炉の水または高速中性子反応炉のナトリウムと比較すると低いガスの熱伝導率と、燃料エレメントの冷却を保証するために適用されるべき高速とにより、導電性交換による過熱点の局所的冷却を保証するには十分な効果はない。例えば、ガスに対しては、約100m/sが要求され、これに対し、高速中性子反応炉では約10m/s、加圧水反応炉では、約5m/sである。

さらに、コアは、全体として、非常に大きい熱勾配を有する。温度の平均軸性上昇は、高速中性子反応炉ではせいぜい約180℃であり、加圧水反応炉ではわずか37℃であるのに対し、実際には、プレートに沿って、500℃のオーダーで予測される。

また、放射線下での膨潤は、一般に、温度に依存する。このため、これらの示差膨潤の重要性において、強い局所的熱勾配の存在の危険性がさらに増加する。

示差変形は、GFRタイプ反応炉の場合、これらの反応炉の高温に適応する耐熱性材料を適用するため、なおさら厄介であり、これらの材料は、反応炉に従来用いられた金属材料に比べて、本質的に堅牢性が低く、柔軟性を蓄えており、このため、特にこれらの変形に対して敏感である。

プレートタイプの燃料エレメントを用いる反応炉のタイプは、例えば、ジュールホロビッツ反応炉（JHR）等の、例えば、MTR（材料試験炉）実験反応炉等、いくつか存在する。この反応炉では、プレートは、スライド結合により、全高に渡って支持され、プレートは、コアの全高を占有する。このタイプのデザインは、示差膨張および示差膨潤の発生が、プレートに受容し難いストレスの適用を生じるため、GFRタイプの反応炉には適さない。

熱伝導ガスにより冷却される反応炉のプレートタイプの燃料エレメントの支持構造は、特許文献１でも知られている。この支持構造は、箱の全高に渡って伸びるスパイダー形状の中央分離エレメントが取り付けられた、六角形の箱で構成される。プレートは、スパイダーに形成された溝と、六角形の箱の内面とにおいて、横になって支持される。プレートは、コアの全高を占有しないが、互いに積み重ねられ、下方のプレートは、各溝のベースに形成された受部に載置される。プレートの支持構造は、大きい慣性を備えた、全体が区画された厚い箱で構成されるため、特に剛性があり、中央のスパイダーにより、全高に渡って剛性を提供する。

このタイプの構造は、構造の構成要素の膨潤および膨張を考慮していないため、GFRタイプの場合、常に適しているとは限らない。実際、燃料プレートの変形は、レールにより妨げられ、プレートに損傷を与える可能性のあるストレスを働かせる。さらに、コアの全高に渡るプレートの積み重ねにより、膨潤によるレール内でのプレートの固定化が、他のプレートの軸方向の変形を妨げる。これらの条件下で、燃料エレメントにかかる変形タイプの負荷が得られ、直ちに崩壊へと繋がる。

また、この構造の取り扱いは、容易ではなく、実際、モジュール毎にプレートの分離ができず、プレートの個別取り扱いのみが可能である。

特許文献２も、プレートタイプの燃料エレメントのアセンブリについて述べている。このアセンブリは、スパイダーを形成する３つの中央区画を備えた６角形のケースから構成され、プレートは、直接一体化されている。プレートは、核分裂性バンドルの全高を占有し、バンドルの底部に溶接され、バンドルの上部の空間は、軸方向に自由に伸びる櫛型システムにより保証されている。プレートのサイドエッジは、全長に渡り、ケースの内壁に接している。ケースとの横の接触と、内部区画とが、ケースとプレートとの間の示差横変形を許さず、下端部におけるプレートの溶接は、湾曲を許さない。これらの、ケースの全高に渡るプレートの横接触条件は、さらに、ケースの湾曲の場合に、プレートの負荷に繋がる。

特許文献３は、高速中性子反応炉の燃料プレートの支持システムについて述べている。プレートは、矩形区画を備えた箱の中に配置され、箱の全高を占める。後者は、上部領域および下部領域で、燃料の膨潤効果の下で自由に湾曲可能とする機械的機能遊びを備えた側部枠により、維持される。燃料プレートは、互いに相互依存であり、このため、一つのプレートの変形が、隣接するプレートにも影響する。また、支持システムは剛性があり、このため、プレートは、膨潤および／または膨張で、ストレスを受ける可能性がある。

従って、本発明の目的は、高速反応炉の核燃料のアセンブリを提供することであり、核燃料プレートは、アセンブリを形成する他のエレメントと同様に、プレートと異なるエレメントとの間の相互作用により劣化することなく、変形可能であり、コアにおいて好ましくは少なくとも20%の非常に高い燃料材料の体積比が観察される。

前述した目的は、プレートが階層的に配置され、プレートがグループ毎に互いに平行に配置され、幅方向において下端および上端のみで保持されるケージを形成する構造に囲まれたケースを有するアセンブリにより達成される。従って、互いに平行なプレートは、機械的に独立しており、互いに影響しない。また、本発明によれば、２つの異なる階層のプレート間には、機械的相互作用が存在しない。また、ケージおよびケースは分離しており、ケース／ケージの変形は、それぞれケージ／ケースには影響しない。さらに、ケージは、プレートがケースに接触しないものである。従って、アセンブリの各部の膨張および／または膨潤による変形は、重大な相互作用ストレスなく、自由に生じる。

言い換えれば、本発明は、燃料エレメントと支持構造の機械的分離だけでなく、軸方向の燃料エレメント間の分離をも保証する。さらに、支持構造とコア構造との間の分離も保証する。

本発明は、燃料エレメントの崩壊を導く可能性のある相互作用ストレスの発生を避けるために、各核燃料エレメントと支持構造との間に、平衡型の連結を適用する。平衡型の連結により、構造と燃料エレメントとの間の過剰な連結がなくなり、支持構造において燃料エレメントの自由な変形を可能とするために、機械的機能的遊びが存在し、および／または、現存する連結に対して弾性剛性を支援することを意味する。

本発明によれば、アセンブリは、特に、機械的に独立したプレートの階層を複数含む。

予想より大きな示差変形の場合に、支持構造が燃料プレートに対して顕著なストレスを適用することを回避可能な、相対的にフレキシブルな支持構造が、特に提供される。さらに、この構造は、横方向の支持よりも扱いにくくないプレートの軸方向の支持を行う。この要求スペースの低減は、コアにおける燃料体積比の低減の制限を可能とし、過剰な水流的デッドスペースの回避が可能である。

本発明によれば、このように、燃料プレートの面間の機械的相互作用を回避し、燃料エレメントを支持する構造をコアの機械的構造を保証するものから分離および機械的に分断し、高い体積比を得ることができる。

本発明の課題は、主に、縦方向軸を備えた核燃料プレートの支持装置であって、前記支持装置の縦方向の下端を形成する底部と前記支持装置の縦方向の上端を形成するリッドとを含み、前記底部と前記リッドとが、中央連結手段および周辺連結手段を介して互いに連結され、前記リッドに取り付けられ、前記プレートを支持するための複数の上部手段と、前記底部に取り付けられ、前記プレートを支持するための複数の下部手段とを含み、上部支持手段それぞれは、前記プレートの幅方向において、プレートの縦方向の上端を弾性的に支持し、前記プレートの厚み方向において、前記プレートの前記縦方向の上端の自由変形を可能とし、下部支持手段それぞれは、前記プレートの幅方向において、プレートの縦方向の下端を弾性的に支持し、前記プレートの厚み方向において、前記プレートの前記縦方向の下端の移動を可能とする、支持装置である。

特に好ましい実施形態では、上部支持手段それぞれは、前記底部に向かって縦方向に突出する、整列した歯部を多数備え、前記歯部の一つが前記プレートの前記幅方向に沿って弾性力を働かせることが可能な、上部櫛部を含み、下部支持手段それぞれは、前記リッドに向かって縦方向に突出する、整列した歯部を多数備え、前記歯部の一つが前記プレートの前記幅方向に沿って弾性力を働かせることが可能な、下部櫛部を含む。これらの支持装置は、非常にシンプルであり、大きいデザインではなく、従って、コスト価格と大きさが低減される。また、これらの支持手段は、支持装置の体積比の低減に関与する。

弾性支持を提供する歯部は、歯部の幅に沿う支持および位置基準を提供し、他の歯部は、横方向の変形の自由度、すなわち、プレートの横方向の湾曲の対応力と、プレートの示差変形とを保証しつつ、横方向の支持を保証する。

前記プレートの前記幅方向に沿って弾性力を働かせることが可能な前記歯部が、前記底部および前記リッドの中心部に向かって配置された前記下部櫛部および上部櫛部の軸端にそれぞれ配置され、第一のプレート端と第一のプレートに対して相対的に傾いた第二のプレートの面との間に流れるガス層の幅の順守を保証するのが好ましい。

例えば、前記プレートの前記幅方向に沿って弾性力を働かせることが可能な前記歯部は、単一部品の弾性変形可能な湾曲タブを前記歯部に少なくとも一つ含む。このデザインは、シンプルでロバストな利点を有する。

この支持装置は、正六角形形状を有する断面を有し、前記上部および下部支持手段が３つの菱形形状領域に分配され、前記底部の菱形が前記リッドの菱形に対向してもよい。この形状により、六角形のケースを有する高速中性子反応炉の機械的構造機能を保証することが可能となる。

同じ領域の前記下部櫛部が、前記菱形の２面に平行に配置されるとともに前記所与の距離を隔て、同じ領域における前記上部櫛部すべてが、２面に平行に配置されるとともに前記所与の距離を隔ててもよい。

この支持装置は、前記底部および前記リッドの周囲に取り付けられ、前記底部と前記リッドとを連結する、縦方向連結ロッドを３つ有してもよい。これらの連結ロッドは、底部およびリッドを実質的に平行に保ち、底部とリッドとの間の過度の誤配置の発生を回避し、小体積の構造と質量の低減に関与する。

また、この支持装置は、前記底部と前記リッドとの間に挿入された中央ビームを有し、前記ビームが縦方向貫通経路を有してもよく、このビームは、上部の支持装置を支持する。このビームは、気流的デッドスペースを制限するために、この中央ビームとプレートのエッジとの間に一定の距離を保証する、六角形形状を有し、ベースに対するリッドの角度位置の幾何学的交差を保証するのが好ましい。

また、本発明による支持装置は、好ましくは、上方の支持装置を正しい位置に配置する手段を有し、前記支持装置に配置された前記プレートが、前記上方の支持装置に配置されたプレートと整列するように、底部が前記リッドに載置され、スタックの全高にわたるプレートの整列と改善されたガスフローとを可能とする相対的配置が、ガス循環に対する連続的なプレート間チャネルにより、実質的に一定の部位を備えて、プレート間において得られる。

この配置手段は、六角形形状の周囲を区切るように、前記リッドの周囲に取り付けられ、前記底部から縦方向に突出する小プレートであってもよい。これらは非常にシンプルなデザインであり、アセンブリのケースとの選択的接触手段を形成する。

前記配置手段（２８）は、例えば、前記縦方向連結ロッド（１０）に取り付けられる。

この支持装置は、燃料サイクル（取り付け、取り扱い、運搬、貯蔵、再処理）の全ステップに対する燃料プレートのための選択的な取り扱い手段を形成し、活性化廃棄物の量の最小化を可能とする。

また、本発明の課題は、本発明の少なくとも二つの支持装置と、前記各支持装置に積載される核燃料プレートとを有し、一方の前記支持装置が、他方の前記支持装置の上にスタックされ、一方の前記支持装置の前記底部が、他方の前記支持装置の前記リッドに載置される、核分裂性バンドルである。

そして、このプレートは、縦方向の端部に、歯部の形状に対応する形状の軸方向のキャビティを有するのが好ましい。この核分裂性バンドルの分割により、支持装置の互いに相対的な屈曲によるケースの湾曲に対応することが可能となる。

本発明による核分裂性バンドルは、他方の前記支持装置の前記底部が載置されるベースと、前記ベースの中央領域に取り付けられ、前記中央ビームを縦方向に貫通する中央連結ロッドと、前記中央連結ロッドに取り付けられた上部受部とを有するのが好ましい。これにより、核分裂性バンドルは、容易に取り扱いが可能となる。さらに、中央連結ロッドを備えることにより、連結ロッドの頂部に取り付けられた上部受部により、バスケットの非局在化の回避が可能となる。

この核分裂性バンドルは、前記底部が前記ベースに載置される下方の支持装置を正しい位置に配置するための手段を有し、前記配置手段が、前記ベースの周囲に取り付けられ、六角形形状の周囲を区切るように、前記底部に向かって縦方向に突出する小プレートを有するのが好ましい。これらの小プレートの大きさは、ベースに相対する下方の支持装置の屈曲能力をも決定する。

前記プレートは、縦方向端部に、前記歯部に適合する形状の軸方向のキャビティを有し、該キャビティの深度が、前記歯部の縦方向の大きさよりも大きく、該キャビティの幅が、前記歯部の幅よりも大きいのが好ましい。

前記プレートは、例えば、第一のパネルと、分離セルを形成するために前記第一のパネルに相まって取り付けられた多数の壁のグリッドと、２つの対向する面の間の軸に沿って延びる少なくとも一つの核燃料ペレットとを有し、前記ペレットが、壁と前記ペレットとの間に半径方向の遊びを備えてセルに位置し、前記ペレットの前記軸が、前記セルの前記壁に対して実質的に平行であってもよい。

前記プレートは、前記セルを閉じるために、前記グリッドに相まって取り付けられ、前記第一のパネルに平行で対向する、第二の平面パネル、または、前記セルを閉じるために、前記第一のパネルの前記グリッドに対して補完的な突出グリッドを含み、前記第一のパネルの前記グリッドに相まって取り付けられる、第二のパネルを有してもよい。

前記グリッドは、六角形のセルを備えたハニカム構造である。

また、本発明の課題は、本発明の核分裂性バンドルと、縦方向軸と六角形断面とを備え、前記核分裂性バンドルの周囲に取り付けられるケースとを特に有する、熱伝導ガスを備えた高温高速核反応炉用の核燃料コアアセンブリである。

前記ケースと前記核分裂性バンドルとの間に遊びが設けられ、この遊びが、前記支持装置の前記周囲に取り付けられた前記小プレートと、前記ベースの前記周囲に取り付けられた小プレートとにおいて、より小さく、プレートおよび／またはケースの変形の場合に、プレートとケースとの間の機械的相互作用が回避可能である。

さらに、第四世代高速反応炉に対し、再処理を最適化するために、反応炉の貯蔵水により生じるマイナーアクチニドを燃料に導入する対策がなされている。本発明によれば、燃料エレメントのユニットは用意に取り扱われるので、燃料エレメントの取り扱いは、燃料サイクルの全ステップ（アセンブリの組み立ておよび分解、運搬、再処理）に対して、遮蔽されたセル状態の下で実施される。

本発明は、以下の記述と添付図面により、より一層理解される。

本発明による燃料プレート支持装置の斜視図である。 プレートが部分的に充填された図１の燃料プレート支持装置の斜視図である。 プレートが完全に充填され、核分裂性バンドルのベースに配置された、図１の燃料プレート支持装置の斜視図である。 本発明による支持装置に特に適応される燃料プレートの縦方向断面図である。 図４Ａのプレートの縦方向端の外観図である。 図４Ａの燃料プレートのコンセプトの分解斜視図である。 プレートの下端との接点における支持装置の詳細図である。 本発明による支持装置に取り付けられたプレートの下端および他のプレートの上端の縦方向断面図である。 本発明による支持装置の側端部の詳細図である。 ケースが軸方向に少しシフトされた、本発明によるアセンブリ図である。 本発明による２つの核分裂性バンドル支持装置の間の擬似的な屈曲の略図である。 本発明による２つの核分裂性バンドル支持装置の間の擬似的な屈曲の略図である。 本発明による核分裂性バンドルの上部の詳細図である。

図１に、高速中性子核反応炉、特に高温の熱導電ガスを備えた高速中性子核反応炉のコアを形成する一体型アセンブリの一部の、本発明による核燃料プレート支持装置の斜視図を示す。

以下の説明は、熱導電ガスを備えた反応炉を考慮してなされ、このため、《気流》という表現は、本発明のフロー特性と、ガスフローに曝される本発明のエレメントを説明するために用いられ、特に、プレートに区切られるチャネルは、気流チャネルとして指定される。

しかしながら、本発明は、詳述はしないが、水流により冷却、例えば、ナトリウムにより冷却される反応炉にも適用される。これらの場合、適切な表現は、特にチャネルの説明に対して、《水流》となる。

ここで、核燃料アセンブリは、特に、アセンブリの外壁を形成する外部ケースと、核燃料プレートを支持する内部構造とを含み、核分裂性バンドルとも呼ばれる。

本発明によれば、核分裂性バンドルは、図３に示す、核燃料プレート４が積まれた複数の支持装置２の積み重ねによって形成される。核燃料プレートは、以降の説明で、プレート４と呼ぶ。

支持装置２またはバスケットは、縦方向軸Ｘを備えた一般的な六角形形状を有し、バスケットの下端を形成する正六角形形状を有する底部６と、バスケットの上端を形成する正六角形形状を有するリッド８とを有する。底部６およびリッド８は、軸Ｘに平行で、リッド８の上部と底部６の上部との間に伸びる、外部連結ロッド１０で連結されている。

連結ロッドは、低部とリッドとの間の均衡のとれた連結を実現するために、底部およびリッドの周辺部に規則正しく配置されるのが好ましい。図例では、外部連結ロッド１０は、数が３つであり、ロッドは、限定された密集状態で均衡のとれた力の分散を保証するように分配されている。

連結ロッドは、大きい細長比を有するロッドで形成される。

本適用例では、細長比は、断面の厚さに対する部位の長さの比により定義される。

図２により、以降の説明で用いる方向を定義する。

プレートの半径方向Ｒは、プレートの幅により定義され、横方向Ｔは、プレートの厚みにより定義され、軸および半径方向に直交する。

また、バスケットは、底部６の中心と、リッド８の中心とを連結する中心ビーム１２を有する。このビーム１２は中空であり、後述する中心連結ロッド１４に通過される。このため、底部６とリッド８とは、この中心連結ロッド１４を貫通させる中心開口部１５を有する。

例えば、中央ビーム１２は、底部６とリッド８の中心部分に形成された六角形の突起に取り付けられる。

このビーム１２は、軸方向においてバスケットを強化して、上方のバスケットの支持を可能とし、リッドと底部との間に距離を設定して、Ｘ軸に沿うプレート４に対するストレスの適用を回避する。

さらに、これにより、バスケットの幾何学的公差、特に、底部とリッドの同軸性、それらの平行性、およびそれらの相対角度位置を保証することが可能となる。

また、このビームにより、プレートの冷却には関与しない熱伝導流を消費する中心デッドスペースをなくすことができる。

底部６およびリッド８は、それぞれ、プレート４を支持する下部支持手段１６、上部支持手段１８を有する。

プレートは、軸方向に沿って伸びる長さ、半径方向に沿って伸びる幅、および横方向に沿って延びる厚みにより、定義される。

プレートは６面体であり、平行六面体であるのが好ましい。

大きい表面の面は、異なる形状を有してもよい。これは、例えば、実質長方形、二等辺であるか否かを問わない不等辺四角形、長方台形等の平行四辺形であってもよい。

また、プレートの他の面も、このような形状を有してもよい。

一般に、平行六面体の角度は、90°近くが好ましく、この値からせいぜい数度しか外れず、角度は、例えば［85°、105°］の間に含まれる。

底部６とリッド８とを隔てる、より詳しくは、同じプレートを支持する下部支持手段１６と上部支持手段１８との間の距離は、プレートの長さよりも大きく、この距離は、損傷なしにプレートの自由変形を可能とする軸方向の遊びを保証するように選択される。以降の説明で、多数の例が示される。

本発明によれば、下部支持手段１６、上部支持手段１８は、半径方向に沿ってプレートを支持するのみであり、横方向に沿う小さい変位を可能とし、この遊びは、ミリメータの十分の一オーダーである。

バスケットに配置されたプレートは、３つのグループＧ１、Ｇ２、Ｇ３に分配され、各グループにおける各プレート４はすべて互いに平行であり、２つのグループのプレートは、60°をなす。以降、特にプレートグループＧ１を説明するが、説明は、他のグループＧ２およびＧ３にも適用される。

底部を支持する下部支持手段１６は、リッド用の上部支持手段１８と同一であり、従って、下部支持手段１６の詳細を説明する。

各プレート４は、他のプレートを支持する手段とは独立した、下部支持手段１６により支持され、これは、すべて同一であり、以降、単一のプレートを支持する下部支持手段１６の詳細を説明する。

図５で確認できる支持手段１６は、プレート４の軸方向端４．１に形成された凹部２４に嵌る歯部２２を供えた櫛形状を有する。歯部２２は、一般的な三角形形状を有し、所与の幅e_dを有する。凹部２４は、底部２４．１により規定され、その形状は、歯部および側壁２４．２の形状と補完的であり、壁２４．２の内面を隔てる距離は、厚みe_dよりも大きい。歯部２２の高さは、図６に示すように、凹部２４の深さよりも小さい。

図例では、下部櫛部は、５つの歯部を有するが、プレートの幅に依存して、２つまたは３つの歯部、または、４つ以上の歯部が規定されても良い。

また、下部櫛部は、下部櫛部の方向に沿ってプレートを固定する手段を有する。

この手段は、相まって歯部２２´に取り付けられ、凹部２４の底部２４．１の一側方にもたれる、２つのタブ２６により形成される。これらのタブの弾性変形が、歯部の底部の他の側を押し付け、半径方向に沿ってプレート４を固定する。タブにより形成される突起の弾性剛性は、歯部の基準面に対してプレート４を維持する。

歯部２２´は、下部櫛部の最も奥の歯であるのが好ましく、これにより、他のグループのプレートの面に沿って流れ、歯部２２´に維持されるプレート端４とは反対側に位置するガスギャップが保証可能となる。

前述した他の歯部は、プレートの横方向、すなわち、厚み方向に沿う支持を保証する。このため、横方向の機能的機械的な遊びが、コアにおける燃料体積比に影響することなく、厚みに沿ったプレートの自由変形を保証するために、凹部２４と歯部２２との間に提供される。この横方向の遊びは、4mmのプレート間距離に対して十分の一ミリメートルのオーダーであるため、この遊びでもたらされる横方向の自由度は、プレートの冷却特性を変更するものではない。

他の実施形態において、２つの中央の歯部に対してより大きな横方向の遊びを設ける対応が可能であり、これにより、幅方向におけるプレートの湾曲に対しより大きな自由度が得られるのが望ましく、２つの中心的な連結の一つが悪化した場合でも、プレートの横方向の支持を保証することを留意されたい。実際、軸方向まわりのプレートの湾曲の場合、（横方向における）プレートの変位は、中央の歯部双方で最大となり、これらの両歯部の横方向の遊びを、２つの外側の歯部に対して増すことにより、湾曲の受容性が増し、横方向の位置基準を保証する。さらに、２つの外側の歯部の一つが劣化した場合でも、中央の歯部によりプレートの横方向の支持が保証される。

下部櫛部方向における単一の歯部によるプレートの支持により、弾性タブが備えられた歯部で単一の基準面を有することが可能であり、この基準面は、タブが設けられた一方とは反対となるのが好ましい。これは、できる限り小さい公差のプレート位置を保証することを可能とする。

従って、下部櫛部は、相互作用ストレスを働かせることなく、プレートの支持および位置基準を保証する。

下部櫛部及び上部櫛部が金属材料で作られる場合、例えば金属シート細片の折り曲げまたはエンボス加工により作られ、タブ２６は、歯部における細片の切削と、凸湾曲を有するためのタブの変形により得られる。

プレートの半径方向の維持を可能とする力を働かせるために、十分な剛性を備えた単一のタブの形成が提供される。

下部櫛部及び上部櫛部が金属材料で作られる場合、下部櫛部及び上部櫛部は、底部およびリッドに、例えばレーザーで溶接され、または圧着される。

このように、各プレート４は、リッド８に取り付けられた上部櫛部と底部６に取り付けられた下部櫛部との間で維持される。

外部連結ロッド１０は、バスケットに組み付けられた底部６およびリッド８の間の大きな誤配置を回避するため、下部櫛部及び上部櫛部の歯部において、燃料プレートの適切な支持を保証する。底部６およびリッド８は、実際、特に製造直後に、平坦性の問題を有する可能性があり、プレートの搭載下で、かなり変形する可能性がある。さらに、連結ロッドは、底部とリッドとの間の連結を保証しつつ、バスケットの取り扱いを可能とする。

このように、本発明によるバスケットは、外部連結ロッド１０により連結された底部６とリッド８とを通じてプレート４の軸方向の個別支持を可能とする、籠タイプのフレキシブルな構造を形成する。そして、プレート４は、相互作用ストレスなしで、支持される。実際、この支持で、自由な軸方向の変形と、自由な半径方向の湾曲とが可能となる。従って、本発明により、プレート４のお互いの、およびバスケットとの機械的分離が得られる。

また、本発明によるバスケットは、核分裂性バンドルを形成するために、プレートの積載が容易な手段を形成する。

また、プレートは、核燃料サイクルの複数のステップ：運搬、核分裂性バンドルの取り付け、核分裂性バンドルの分解、再処理、に対して、支持バスケットにおいて取り扱い可能である。

プレートが積載された本発明のバスケットは、積み重ねを意図されている。

図例における各バスケットは、それぞれがリッドの頂部に取り付けられた３つの配置手段２８を有し、その一つを図７に示す。３つの頂部は、角度120°で分離され、軸方向の上方に突出する。これらの小片は、リッドで規定される六角形の両側に対して平坦となるように、折り曲げられる。従って、小片の突出は、リッドにより形成される六角形を延長する。

図例では、配置手段２８は、外部連結ロッド１０に取り付けられるのが好ましい。連結ロッドは、支持装置の相対的屈曲条件下で、小片の土台を形成する。実際、小片が連結ロッドなしで３つの頂部に位置する場合、燃料プレートが土台を形成するものとなり、プレートの機械的完全性にダメージを受けやすくなる。また、連結面を形成する連結ロッドでの連結は容易である。

これらの小片は、相対的に互いのバスケットの位置を保証する。この相対的位置の維持は、プレート間で規定され熱伝導ガスが流れるチャネルの連続性を保証し、ケースの湾曲に対応可能となるように、相対的に互いのバスケットの屈曲を可能とする。

さらに、配置手段２８は、バスケットと、ケースの内側面との間に挿入されるスペーサーを形成し、プレートとケースとの直接接触を回避し、外部プレートとケースとの間の気流層厚を設定する。

バスケットは、燃料プレートとコアの構造との機械的分離を可能とするプレートまわりの機能的機械的遊びの分配を保証する。

以下、本発明による核分裂性バンドルの作り方を説明する。

核分裂性バンドルは、本発明によるバスケット２の積み重ねにより形成され、バスケットにはプレート４が積載される。

核分裂性バンドルは、適合する六角形形状を備えたベース３０を有し、このベース３０は、六角形フレーム３０．１と、プレートのグループの位置３箇所を縁取るクロスビーム３０．２を有する。ベース３０は、バスケット２の配置手段２８と同様の配置手段３２も有し、これらの配置手段は、バスケットに対するものと同様、ベース３０上の第一のバスケット２の適切な配置を保証する。

また、ベース３０は、３つのクロスビーム３０．２の収束点に取り付けられ、軸方向に伸びる、中央連結ロッド１４を有し、後述するように、バスケットを貫通する。

スタックの第一のバスケットは、スタックのベースを形成し、ベースに正しく置かれ、中央連結ロッド１４が中央ビーム１２を貫通する。

次のバスケットは、配置手段２８の間に配置され、両バスケットの中央ビーム１２が揃えられ、中央連結ロッド１４の貫通が可能となる。プレートも、各グループ毎に軸方向に揃えられ、バスケット２つ分の高さに渡るプレート間の連続したチャネルが形成される。

プレートが積載された第三のバスケットは、前述のように第二のバスケットに積み重ねられ、プレート４の所望数に至るまで行われる。

この結果、スタックは、中空ビームの一直線配列により規定され、中央連結ロッドに貫通される中央経路と、プレート間の連続するチャネルとを有する。

中央連結ロッド１４は、特に図１０に示される、上部受部３１を有する。この上部受部３１は、運転だけではなく、燃料取り扱いステップでの、バスケットの非局在化の回避を目的としている。また、これは、核分裂性バンドルを六角形ケースにマウントする取り扱いを促進可能である。図８において、ケース３４は、バスケットのスタックの一部に配置されている。

また、ベース３０は、核分裂性バンドルの六角形ケースへの取付けを可能とする。

以下、特に、本発明に適用される、特許文献４に記載された、核燃料プレート４の例を説明する。

図４Ａ−４Ｃに示されたプレート４は、各ペレットに対する個別セルを規定するマクロ構造を備えたプレートとしての複合エレメントを有する構造を含んでいる。マクロ構造複合プレートエレメント４は、２つの金属被覆パネル１０２、１０４を備えたサンドイッチパネルをベースとして作られており、そのコアは、ハニカム配列で、プレート１０２、１０４の面に実質的に垂直に配置される、セル１０８のグリッド１０６である。

壁１０６に区画され、プレートエレメント４の面１０２、１０４により終端が閉じられる各セル１０８は、その中に局在する燃料１１０と、熱伝導ガスにより冷却される金属被覆パネル１０２、１０４の面との間の熱伝導を保証するために、基本セルを形成し、核分裂性ガスの膨張体積を調整し、セル構造において低ストレスの、燃料１１０／金属被覆１０２、１０４の機械的相互作用を促進する。

これらのプレートは、細長比が小さく、曲げ剛性が大きく、湾曲を十分の数ミリメータに制限可能である。その結果、この小さい湾曲は、プレートの面により区画される、熱伝導流体の循環用のチャネル厚の大きな変化を回避する。

エレメント４の構造全体、すなわち、グリッド１０６および各金属被覆パネル１０２、１０４は、同じ耐火性材料で作られるのが好ましく、これは、金属、またはセラミックであってもよく、セラミックはモノリシックであってもセラミックのファイバーを含んでもよい。

一例として、プレートは、257.3 x 128.9 x 8.4のmm寸法を有してもよい。

特許文献４に記載のプレートは、本発明による装置における支持に特に適用されるために、変更されている。特に、歯部２２を受ける凹部２４は、六角形のハーフセルにより形成され、セルは、ペレットを一つ収容する。これらのハーフセルは台形であり、その大きい基部は、プレートの下部または上部軸端に一致する。

さらに、プレートの側端部は、硬く、特許文献４のプレートのそれに比べて、実質上滑らかな表面を形成する。側端部のこの滑らかな構造により、
−プレートの端部に位置する三角形のサブチャネルにより形成されるデッドスペースを満たし、
−隣り合うプレートの温度プロファイルの不均質を制限し、
−プレートの端部での不完全なセル形状により生じる異常圧力損失を回避する、
ことが可能である。

さらに、中央連結ロッドを貫通させるために要求される空間をクリアするために、３つの中央プレートに対する内部セルの列が抑制される。この抑制は、燃料体積比を約0.3%しか低減しないことに留意されたい。

本発明は、上述したプレートのアセンブリに限定されず、他のタイプのプレート、例えば、核燃料がペレットとしてではなく、粒子の配列分散として備えられるプレート、または燃料の層状配置を提供するプレートにも適していることを一層理解されたい。

続いて、核分裂性バンドルは、断面が六角形のチューブにより形成されたケース３４に挿入され、バンドルのケースへの挿入は、配置手段２８および３２によりガイドされる。

本発明によれば、核分裂性バンドルは、バスケットのスタック、特に、プレートのスタックにより形成され、その結果、核分裂性バンドルをプレートの小グループユニットに軸方向に分割する。この分割により、互いに相対的なバスケット２の屈曲によるケースの湾曲に対応可能である。また、ケース３４は、核分裂性バンドルと、小プレートでのみ接する。核分裂性バンドルは、支持装置の相対的屈曲がケースの湾曲に対応可能である限り、ケースの機械的剛性に貢献しないことに留意されたい。

さらに、この分割により、湾曲を各プレートのスケールに分配可能であり、その結果、特に熱領域に関して受け入れ難い、大きい全体的湾曲に代わり、小さい局所的湾曲を有することが可能である。実際、気流チャネルの大きな収縮の場合、プレートの適切な冷却ができない。また、逆の場合である気流チャネルの大きな膨張の場合、ガスの一部が利用されない熱伝導流体のデッドボリュームが生じる。

さらに、この軸方向の区画は、核分裂性バンドルの組み立ておよび分解と、燃料エレメントおよび支持装置の作製を容易にする。

バスケットは、実質的に固有のフレキシビリティを有しており、すなわち、プレートが搭載された際のバスケット全体の強固な全体的剛性を考慮する必要がない。この剛性は、プレートの固有の剛性に起因ものであり、これは、小さい細長比を有し、互いに相対的に60°傾く３つのバンドルに搭載されることに因る。この固有のフレキシビリティにより、予期されたものより大きな差分的変形の場合に、燃料プレートに対する大きな相互作用ストレスの適用を回避することができる。このフレキシビリティは、非常に薄く、良好に換気されるケージ型構造に関連がある。このフレキシビリティは、区画された線対称軸方向エレメントのみを形成する中央ビームがニュートラルファイバーに近い限りにおいて、プレートが積載されない場合に、バスケット全体の湾曲および捻れにより、バンドルの軸に相対して、特により一層得られる。外部連結ロッドに関しては、周囲に配置されているため、非常に大きな細長比であるために、屈曲および特に捻れにおいて、強い剛性を提供しない。

このフレキシビリティは、厚みが薄いため、底部およびリッドに対する屈曲で特に得られる。

本発明によれば、特に、ケースの内面とプレートとの間に現れる気流デッドスペースを低減することが可能である。実際、本発明は、軸方向の支持を提供し、プレート４を支持構造の外側限界にできるだけ近く配置することができ、この場合、プレートのエッジと表面は、外部連結ロッド１０の面と同じ面に配置され、後者は、バスケットの外部枠を区画する。その結果、非常に小さい周辺気流デッドスペースのみが存在し、燃料体積比の損失は、従来技術の側方レールタイプの横支持に比べ、大幅に低減される。実際、バンドルの外部周辺での連結により形成される体積と、その機能的機械的遊びは、プレートの軸端に位置する連結のそれに比べ、十分大きいことが分かる。

また、本発明は、連結の数を制限し、これにより、プレートの平衡位置が保証可能である。

軸方向の遊びにより、移動の危険性なく、プレートは自由に変形可能であり、例えば、支持深度4.3mmに対して1.7mmの遊びが可能である。支持深度4.3mmは、歯部の凹部２４に対する侵入距離に対応し、1.7mmの遊びは、歯部の頂部と凹部２４の底部との間の遊びである。

さらに、半径方向、すなわち、プレートの幅方向に沿う位置決めは、本発明によれば、単一の歯部によってのみ保証され、この位置決めは、さらに弾性的である。

また、本発明は、燃料プレートの湾曲による気流チャネルの開口部の過度の変動を回避するために、隣接するプレート間に、スペーサーを用いる必要がない可能性を与える。実際、プレートの複数の階層の挿入による、核分裂性バンドルの高さに渡るバンドルの区画は、プレートの細長比を強く制限し、その結果、十分の数ミリメータのオーダーの小さな局所的湾曲が各プレートのスケールで得られてもよく、熱気流の視点からは、特に何らかの重大性を及ぼさない。

一方、プレートが、バンドルの全高に渡って伸びる場合、気流チャネルがかなり閉鎖した場合に、プレートの適切な冷却を妨げ、気流チャネルがかなり開口した場合に、デッドスペースの発生を生じるため、全体の湾曲は受容し難い。

本発明に関連して説明したプレートは、低い細長比のため、バンドルの区画に特に適用される。

また、本発明によれば、燃料エレメントの支持を保証する構造、すなわちバスケットと、コアの機械的構造を保証する構造との間が分離される。

実際、ケースと核分裂性バンドルとの間の接触は、バスケットの支持を保証する核分裂性バンドルのベースと、バスケットと形成スペースとの間の結合部に位置する配置手段２８とでのみ発生する。これらの小プレートは、プレートのエッジがバスケットの外部連結ロッドと同じ周辺面に位置する、すなわち、小プレートの外面からセットバックされているため、プレートとケースとの直接接触に代わって、核分裂性バンドルと六角形ケースとの優先的接触点を形成する。

横方向の遊びは、ケースと、各バスケットの外部周辺に位置する小プレートとの間で規定される。この横方向の遊びは、全体照射の間と、核分裂性バンドルのケースへの取り付けの間の示差変形を対応可能とする。さらに、この横方向の遊びは、核分裂性バンドルの軸方向区画により、制限される。前述したこの区画は、核分裂性バンドルのケースからの機械的分離に対する所望の横方向の遊びの低減を特に可能とする。

一般に、高速中性子反応炉の場合、高速反応炉の六角形チューブは、最大フラックス面とバンドルの高さとの間に位置する最大示差膨潤の領域において、1%のオーダーのグリッドからの最大湾曲を有してもよく、これは、メータあたり約10mmの偏差に相当することが知られている。核分裂性バンドルの高さを2,349mmと仮定した場合、核分裂性バンドルの半分の高さに渡る12mmのオーダーのGFRアセンブリケースのグリッドからの最大湾曲が期待されてもよい。最大フラックス面は、ニュートロンフラックスが最大であるコアの軸方向断面に相当し、すなわち、ほぼ中間コア面に相当する。グリッドからの湾曲は、コアから外された場合、従って、隣り合うアセンブリからグリッドストレスを受けない場合に、アセンブリが有する湾曲である。

本発明による核分裂性バンドルでは、図９に図示するように、ケースの湾曲に対応可能な、互いに相対的なバスケットの相対的屈曲が生じる。また、各バスケットとケースとの間の機能的機械的遊びが、バスケットのスケールでのケースの湾曲に対応可能なように提供される。この直径方向の遊びは、バスケットの高さが250mmである場合、2.5mmのオーダーである。

例えば、核分裂性バンドルが、プレートの単一のバスケットのみで構成されている場合、言い換えれば、プレートのバスケットが、核分裂性バンドルの全高、すなわち2,349mmを占める場合、ケースの湾曲に対応可能なように、核分裂性バンドルとケースとの間に、少なくとも12mmの直径方向の機能的遊びが保証される必要がある。実際には、ユニットでの運転の間だけではなく、ユニット外でのアセンブリの取り扱いの間も、機械的分離が保証されるのが望ましい。そのような遊びは、中性子の視点からは、燃料の体積比の減少があるため、熱気流的視点からは、プレートとケースとの間にデッドスペースが生じるため、受け入れ難い。

小プレート（配置手段２８）の軸方向の突起の高さと、小プレートの平面と上部バスケットのベースとを横切る内部距離を規定する直径方向の遊びは、２つのバスケット間の相対的屈曲容量を規定する。例えば、0.2ミリメータの最小の直径方向の遊びが運転中に考慮される場合、この遊びが、製造誤差とバスケット間の示差変形とに関して最も不利な条件に曝された場合、0.3低減された0.5の初期機能的マーカーに対応し、12mmの軸方向突起に対して、９つのバスケットのスタックの全屈曲は、約15mmの値を有し、12mmのケースの最大湾曲の対応が実際に可能となる。例えば、0.5の直径方向の遊びは、２つのバスケット間で、バンドル周囲での0.2〜0.3ミリメータのオーダーの、気流チャネルが最大限カバーされる角度シフトを可能とする。このカバーは、バンドルのスケールで、欠陥的な圧力低下を生じない。

軸方向の遊びは、バスケットのスタックと、核分裂性バンドルの中央連結ロッドの上部受部との間で規定され、この軸方向の遊びにより、バスケットのスタックと連結ロッドとの間の示差変形に対応が可能であるが、核分裂性バンドルの最大屈曲も可能となり、この軸方向の遊びは、約10mmである。核分裂性バンドル内でのバスケットの移動の可能性を回避するため、この軸方向の遊びよりも好ましくは大きい、バスケットのリッドに相対する小プレートの軸方向の突起を有するように設定される。

前述したように、バスケットの外部連結ロッドに相対する小プレートにより形成される半径方向の突起は、プレートの外面を冷却するために要求される、核分裂性バンドルの周辺に位置する周辺気流チャネルの厚みを保証する。

また、核分裂性バンドルの中央連結ロッドとバスケットの中央ビームに作られた穴との間に、大きな半径方向の遊びが備えられるのが好ましい。この遊びにより、屈曲状態において、連結ロッドとバスケットの接触を最大限遅らせることが可能となり、連結ロッドは、核分裂性バンドルに曲げ剛性を与えず、核分裂性バンドルとケースとの機械的分離を確定する。

しかしながら、そのような接触が生じた場合、その大きい細長比と、核分裂性バンドルのニュートラルファイバーでの位置とにより、核分裂性バンドルの曲げ剛性への貢献は小さいことに留意されたい。既に述べたように、中央ビームにより、中央連結ロッドの経路を保証するためにバスケットにクリアされたスペースを、熱伝導流体に対する顕著なデッドスペースの形成から防ぐことが可能である。

プレートの冷却を保障する気流チャネルの寸法を実現し、プレートとコア構造との機械的分離を保証するために燃料プレートと六角形ケースとの間に全体的に形成された半径方向の機能的機械的遊びが、欠陥的なデッドスペースと、燃料プレートの端部の受容し難い過冷却とをもたらさないことを確認するために、FLUENT、Star-CD、およびTrio_U等のプログラムが用いられてきた。実際に、燃料プレートの幅における大きい非線形熱勾配が、損傷を生じ得る。CATHAREプログラムにより、核分裂性バンドル内で生じる圧力損失が、偶発的な過渡状態での余剰電力の排出容量と適合することを確認することがさらに可能であった。

中性子の観点から、ERANOSプログラムにより、コアの適切な中性子運転に対する主な基準、特に、再生ゲイン、定格および不測（ドップラーおよびヘリウム減圧、材料在庫等）の状況における反応係数が観察されることを確認することが可能であった。

本発明による支持装置は、すべての運転条件において、熱伝導流体を備えた気流チャネルを提供する良好なキャパシティを保証する利点を有する。実際に、バスケット構造は、ケース内で気流チャネルを区画せず、バスケットの究極的な≪通風構造≫と、燃料プレートと構造との間の半径方向および軸方向に作られた全ての遊びにより、これらのチャネルのシステマティックな空間を可能とするものである。これにより、あらゆる運転に対して、燃料プレートの冷却を保証することができる。実際に、気流チャネルの不測の閉塞の場合に、この非分割により、異なるチャネル間に提供される再循環経路によって、閉塞チャネルの熱伝導流体の供給を再び保証することができる。

また、23%に等しいコアの燃料体積比が本発明によって得られ、少なくとも20%オーダーの高い燃料体積比が要求されることを想起されたい。これは、アセンブリの構造の体積の低減と、燃料エレメントの保持のために適用される実際の手段の密集の制限と、全核分裂性バンドルにおける機能的機械的遊びの適切な配分とによって可能である。

例として、異なるコアコンポーネントで以下の体積比配分が与えられてもよい。
−２つのアセンブリ間の体積に対して1.2%、
−気流チャネル（プレートの直接冷却に要求され、最小厚がコア圧力損失により大きく制約される）に対して30%、
−燃料プレート（燃料は考慮せず、すなわち、全被覆、膨張管、および不完全な半セル）に対して37.3%、
−コア構造、支持システムサイズ、および機能的機械的遊びに対して8.5%、この8.5%は、以下のように配分される。構造の3.5%（バスケットおよび核分裂性バンドルの連結ロッドに対して1.0%、六角形ケースに対して2.5%）、バスケットヘッドの軸方向遊びに1%、支持システムのサイズおよび機械的遊び（プレートと六角形ケースの内壁との間の半径方向の距離により実質上形成される遊び）に4%。

また、構造体積比の最小化は、コアの中性子運転を混乱させないように、中性子に対してできるだけ≪透明≫な構造を形成する、他の中性子基準にも適合することに留意されたい。

また、本発明により、燃料サイクルの全ステップの運転を可能とする、燃料エレメントの小型のユニットを作ることができる。

それらは、燃料プレートの調整用の選択的ユニットであり、燃料サイクルの多数のシステム、例えば、取り扱いアーム、エアロックおよび取り扱い通路、燃料エレメント組み立て用シールド室、運搬室、貯蔵および再処理等の、大きさと寸法の最適化を可能とする。これらすべてのシステムのサイズは、プレートの調整用ユニットの小型化により、低減可能である。

また、核分裂性バンドルの取り付けは、燃料エレメントおよび支持構造の作成と同様に、促進される。

また、構造の解体可能性は、寿命を最適化し、活性化廃棄物を最少化することができ、再処理を改善可能である。核分裂性バンドルと六角形ケースの分離により、核分裂性バンドルの複数のユニットへの分割により、および最終的に支持構造への燃料エレメントの取り付けがないことにより、コアの核分裂性部位の構造の解体可能性を最大限促進することができる。

また、核分裂性バンドルの分解可能な個別ユニットへの分割は、各新サイクルでの核分裂性バンドルにおけるユニットの配分を調整することにより、コアにおける燃料調整の最適化の可能性を与えることに留意されたい。

以下、本発明による核分裂性バンドルと対応するコアの例示的実施形態を示す。

核分裂性コアは、高さが2,349mm、直径が3,789mmである。

六角形ケースは、面間の内部距離が223mmである。

燃料プレートのグループを支える構造を形成するバスケットは、幅220.5mm、27プレートが搭載された場合の質量が約47kgで、高さ約257mmである。

バスケット構造は、数ミリメータの相対的に小さい厚みを有する。

その結果、核分裂性バンドルあたり9のバスケットで、バスケットあたり27のプレートに設定される。

標準運転では、この核分裂性バンドルは、9.8MWの平均熱電力を有する（246核分裂性アセンブリを有する全コアは、2,400熱MWの総合電力を有する）。

熱伝導ガスとして、ヘリウムが用いられる。

アセンブリの入口（および核分裂性バンドルのほぼ入口）での熱伝導流体の温度は、約400℃に設定される。アセンブリの出口（および実質的に核分裂性バンドルの出口）での熱伝導流体の平均温度は、約900℃である。

核燃料プレートの外皮の最大温度は、約985℃である。

最大燃料温度は、約1,375℃である。

核分裂性バンドルにおける1.10バールを含む、1.34バールのコアの圧力損失が測定される。

使用される材料は、以下であってもよい。
−燃料用として、(U, Pu)C、
−燃料プレート構造（燃料の金属被覆）として、炭化ケイ素のファイバーで強化された炭化ケイ素、
−高速中性子反応炉で従来使用される金属材料が使用できない高温に曝される核分裂性バンドル構造、バスケット、および連結ロッドは、例えば、上述したバンドルの場合、炭化ケイ素のファイバーで強化された炭化ケイ素で、または、耐火金属合金で作られる。

耐火金属合金に対して、以下、本発明による核分裂性バンドルの製造の容易さを示しながら、核分裂性バンドル構造の例示的製造方法を説明する。

本発明によるバスケットの製造方法は、以下のステップを含む。
−バルク加工によるバスケットの底部とリッドの形成、
−折り曲げ加工および／またはエンボス加工による下部櫛部及び上部下部の形成、
−引き抜きによる中央スリーブの形成、
−機械加工による外部連結ロッドの形成、
−圧着、溶接、またはろう付けによる下部櫛部及び上部下部の底部およびリッドへの取り付け、
−溶接、またはろう付けによる小プレートの外部連結ロッドへの取り付け、または、連結ロッド全体での小プレートの機械加工、
−溶接、またはろう付けによる連結ロッドの底部およびリッドへの取り付け、場合によっては、中心ピンの取付けで保証される付加的な機械結合で強化、
−内部取付けと溶接またはろう付けによる中央スリーブの底部およびリッドへの取り付け、
−専用装置によるプレートの取り付け、
−溶接、またはろう付けによるリッドの連結ロッドへの取り付け、場合によっては、中心ピンの取付けで保証される付加的な機械結合で強化。

本発明は、主に、熱伝導ガスを備えた高温高速反応炉に適用されるが、運転条件が困難ではない反応炉に適用してもよいことが分かる。

例えば、ガスよりも良好な伝導性交換容量を有する熱伝導流体、例えばナトリウムを用い、低い熱伝導流体温度で運転を行う反応炉に適用できる。さらに、本発明は、例えば、特許文献４に記述されるようなプレート、または、核燃料が配列状に分散されるプレート等、前述したどのようなタイプのプレートの支持に対しても適用できる。

GB2,021,844 A GB 1,162,641 GB 907,393 FR 2 889 765

Claims (21)

1. 縦方向軸（Ｘ）を備えた核燃料プレート（４）の支持装置であって、
   前記支持装置の縦方向の下端を形成する底部（６）と前記支持装置の縦方向の上端を形成するリッド（８）とを含み、
   前記底部（６）と前記リッド（８）とが、中央連結手段および周辺連結手段を介して互いに連結され、
   前記リッド（８）に取り付けられ、前記プレート（４）を支持するための複数の上部支持手段（１８）と、
   前記底部（６）に取り付けられ、前記プレート（４）を支持するための複数の下部支持手段（１６）とを含み、
   上部支持手段（１８）それぞれは、前記プレート（４）の幅（Ｒ）方向において、プレート（４）の縦方向の上端を弾性的に支持し、前記プレートの厚み（Ｔ）方向において、前記プレート（４）の前記縦方向の上端の自由変形を可能とし、
   下部支持手段（１６）それぞれは、前記プレート（４）の幅（Ｒ）方向において、プレート（４）の縦方向の下端を弾性的に支持し、前記プレート（４）の厚み（Ｔ）方向において、前記プレート（４）の前記縦方向の下端の移動を可能とする、支持装置。
2. 上部支持手段（１８）それぞれは、前記底部（６）に向かって縦方向に突出する、整列した歯部（２２、２２´）を多数備え、前記歯部の一つ（２２´）が前記プレート（４）の前記幅（Ｒ）方向に沿って弾性力を働かせることが可能な、上部櫛部を含み、
   下部支持手段（１６）それぞれは、前記リッド（８）に向かって縦方向に突出する、整列した歯部（２２、２２´）を多数備え、前記歯部の一つ（２２´）が前記プレート（４）の前記幅（Ｒ）方向に沿って弾性力を働かせることが可能な、下部櫛部を含む、
   請求項１に記載の支持装置。
3. 前記プレート（４）の前記幅（Ｒ）方向に沿って弾性力を働かせることが可能な前記歯部（２２´）が、前記底部（６）および前記リッド（８）の中心部に向かって配置された前記下部支持手段（１６）の前記下部櫛部および前記上部支持手段（１８）の前記上部櫛部の軸端にそれぞれ配置される、
   請求項２に記載の支持装置。
4. 前記プレート（４）の前記幅（Ｒ）方向に沿って弾性力を働かせることが可能な前記歯部（２２´）が、単一部品の弾性変形可能な湾曲タブ（２６）を前記歯部（２２´）に少なくとも一つ含む、
   請求項２または３に記載の支持装置。
5. 正六角形形状を有する断面を有し、前記上部支持手段（１８）および前記下部支持手段（１６）が３つの菱形形状領域に分配され、前記底部（６）の菱形が前記リッド（８）の菱形に対向する、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の支持装置。
6. 同じ領域の前記下部支持手段（１６）の前記下部櫛部が、前記菱形の２面に平行に配置されるとともに所与の距離を隔て、同じ領域における前記上部支持手段（１８）の前記上部櫛部すべてが、２面に平行に配置されるとともに前記所与の距離を隔てる、
   請求項５に記載の支持装置。
7. 前記底部（６）および前記リッド（８）の周囲に取り付けられ、前記底部（６）と前記リッド（８）とを連結する、縦方向連結ロッド（１０）を３つ有する、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の支持装置。
8. 前記底部（６）と前記リッド（８）との間に挿入された中央ビーム（１２）を有し、前記中央ビーム（１２）が縦方向貫通経路を有する、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の支持装置。
9. 上方の支持装置を正しい位置に配置する配置手段（２８）を有し、前記支持装置に配置された前記プレート（４）が、前記上方の支持装置に配置されたプレートと整列するように、底部（６）が前記リッド（８）に載置される、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の支持装置。
10. 前記配置手段（２８）が、六角形形状の周囲を区切るように、前記リッド（８）の周囲に取り付けられ、前記底部（６）から縦方向に突出する小プレートである、
    請求項９に記載の支持装置。
11. 前記配置手段（２８）が、前記縦方向連結ロッド（１０）に取り付けられた、
    請求項７と組み合わされた請求項１０に記載の支持装置。
12. 請求項１〜１１に記載の少なくとも二つの支持装置と、前記各支持装置に積載される核燃料プレート（４）とを有し、一方の前記支持装置が、他方の前記支持装置の上にスタックされ、一方の前記支持装置の前記底部（６）が、他方の前記支持装置の前記リッド（８）に載置される、核分裂性バンドル。
13. 前記他方の前記支持装置の前記底部（６）が載置されるベース（３０）と、前記ベース（３０）の中央領域に取り付けられ、前記中央ビーム（１２）を縦方向に貫通する中央連結ロッド（１４）と、前記中央連結ロッドに取り付けられた上部受部とを有する、
    請求項８と組み合わされた請求項１２に記載の核分裂性バンドル。
14. 前記底部（６）が前記ベース（３０）に載置される下方の支持装置を正しい位置に配置するための配置手段（３２）を有し、前記配置手段（３２）が、前記ベース（３０）の周囲に取り付けられ、六角形形状の周囲を区切るように、前記底部（６）に向かって縦方向に突出する小プレートである、
    請求項１３に記載の核分裂性バンドル。
15. 前記プレート（４）が、縦方向端部に、前記歯部（２２、２２´）に適合する形状の軸方向のキャビティ（２４）を有し、該キャビティ（２４）の深度が、前記歯部（２２、２２´）の縦方向の大きさよりも大きく、該キャビティ（２４）の幅が、前記歯部（２２、２２´）の幅よりも大きい、
    請求項２と組み合わされた請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の核分裂性バンドル。
16. 前記プレート（４）が、第一のパネル（１０４）と、分離セル（１０８）を形成するために前記第一のパネル（１０４）に相まって取り付けられた多数の壁のグリッド（１０６）と、２つの対向する面の間の軸（ＡＡ）に沿って延びる少なくとも一つの核燃料ペレット（１１０）とを有し、前記ペレット（１１０）が、壁と前記ペレット（１１０）との間に半径方向の遊び（１１４）を備えてセル（１０８）に位置し、前記ペレット（１１０）の前記軸（ＡＡ）が、前記セル（１０８）の前記壁に対して実質的に平行である、
    請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の核分裂性バンドル。
17. 前記プレートが、前記セル（１０８）を閉じるために、前記グリッド（１０６）に相まって取り付けられ、前記第一のパネル（１０４）に平行で対向する、第二の平面パネル（１０２）を有する、
    請求項１６に記載の核分裂性バンドル。
18. 前記プレートが、前記セル（１０８）を閉じるために、前記第一のパネル（１０４）の前記グリッド（１０６）に対して補完的な突出グリッド（１０６´）を含み、前記第一のパネル（１０４）の前記グリッド（１０６）に相まって取り付けられる、第二のパネル（１０２）を有する、
    請求項１７に記載の核分裂性バンドル。
19. 前記グリッド（１０６）が、六角形のセル（１０８）を備えたハニカム構造である、
    請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の核分裂性バンドル。
20. 請求項１２〜１９のいずれか１項に記載の核分裂性バンドルと、縦方向軸と六角形断面とを備え、前記核分裂性バンドルの周囲に取り付けられるケース（３４）とを有する、
    熱伝導ガスを備えた高温高速核反応炉用の核燃料コアアセンブリ。
21. 前記ケースと前記核分裂性バンドルとの間に遊びが設けられ、この遊びが、前記支持装置の前記周囲に取り付けられた前記配置手段（２８）と、前記ベースの前記周囲に取り付けられた配置手段（３２）とにおいて、より小さい、
    請求項２０に記載のコアアセンブリ。

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