FR2622039A1 - Crayon combustible a surete amelioree et procede de realisation d'un bouchon utilisable dans un tel crayon - Google Patents

Abstract

Le crayon objet de l'invention est fermé à l'une de ses extrémités par un bouchon 14 comportant un orifice 18 rempli de brasure 20. En cas d'accident, si la température à l'intérieur du crayon 10 atteint des valeurs anormalement élevées, la brasure 18 fond et les gaz contenus dans le crayon 10 peuvent s'échapper à l'extérieur. Une pastille filtrante 22 peut être montée entre les pastilles 16 de combustible et l'orifice 18 et les pastilles de combustible 16 sont de préférence annulaires. Application aux réacteurs nucléaires à eau sous pression.

Description

CRAYON COMBUSTIBLE A SURETE AMELIOREE ET PROCEDE DE REALISATION
D'UN BOUCHON UTILISABLE DANS UN TEL CRAYON
DESCRIPTION
La présente invention a pour objet un crayon combustible utilisabLe notamment, mais non excLusivement, dans
les réacteurs à eau sous pression (REP) et présentant une sécurité accrue par rapport aux crayons actueLLement utilisés.

Dans ce type de réacteur, Les crayons combustibles sont constitués d'une enveloppe étanche, généralement en tircaloy, contenant Les pastilles de combustible. Cette enveloppe étanche est constituée d'un tube obturé aux deux extrémités par des pièces appelées "bouchons".

Dans les réacteurs à eau sous pression, l'étanchéité du crayon combustibLe constitue la première barrière de sûreté pour éviter l'émission des produits de fission. Dans L'analyse de sûreté, l'accident de référence est l"'accident de perte de réfrigérant primaire" (APRP). Les crayons combustibles n'étant plus refroidis, ceci conduit à un gonflement, puis à un éclatement de ta gaine. Ce gonflement peut entraSner Le bouchage partiel ou total des canaux d'eau entre Les crayons, ce qui risque de gêner ou d'empêcher le refroidissement post-accidentel et d'entraîner la dispersion massive de produits de fission et de fragments de combustible irradié.

Les études de sûreté ont donc pour objectif de démontrer le maintien de la possibilité de refroidir le coeur du réacteur, même en cas d'accident. Cependant, dans Les conceptions actuelles, aucune disposition n'est prise en ce qui concerne le comportement des crayons en cas d'accident. On vérifie seulement, par calcul à L'aide de programmes expérimentaux, que ce comportement n'est pas inacceptable.

La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients ci-dessus en proposant un crayon combustible perfectionne sur Le plan de la sécurité dont la constitution permet de maintenir l'intégrité de La première barrière en fonctionnement normal ou incidentel tout en minimisant la déformation des crayons et le relâchement des produits de fission limité aux seuls gaz incondensables en cas d'accident.

Le crayon combustible objet de l'invention comprend, de manière connue, un corps tubulaire destiné à contenir un matériau combustible et fermé de manière étanche à chacune de ses extrémites par un bouchon.

Dans la présente description, le mot "bouchon" est utilisé dans son sens le plus général et désigne toute pièce ou toute masse de matériau servant à fermer le crayon combustible de manière étanche à chacune de ses extrémités.

Selon l'invention, L'un au moins des bouchons comporte un orifice apte à mettre l'intérieur du crayon en communication avec l'extérieur, cet orifice étant ferme de manière étanche par un obturateur qui se détruit lorsque la pression et/ou la température à l'intérieur du corps tubulaire atteint une valeur prédéterminée supérieure à la valeur normale ou incidentelle de fonctionnement, le reste du bouchon et le corps tubulaire restant intacts dans ces conditions.

Selon un premier mode de réalisation, L'obturateur comprend une masse de brasure remplissant au moins partiellement
Ledit orifice. Pour cela, on choisit une brasure dont la température de fusion est comprise entre 4000C et 12000C, de préférence entre 6000C et 8500C. Quant à la brasure, elle est choisie parmi un choix de brasures argent-cuivre (avec additif éventuel).

La brasure peut remplir complètement l'orifice.

Cependant, dans une forme de réalisation particulière, l'obturateur se présente sous la forme d'une brasure remplissant l'espace annulaire défini entre les parois de l'orifice et un noyau central réalisé en un matériau dont le point de fusion est supérieur à celui de la brasure.

Comme on le verra plus loin, cette disposition permet,
Lors de la fabrication de l'ébauche à partir de laquelle sera usiné le bouchon, de remplir cet espace annulaire avec la brasure à l'état liquide en évitant La formation de bulles, ce qui diminue le nombre de pièces à rebuter.

Dans un autre mode de réalisation, L'obturateur est constitué par. une partie du bouchon ayant une épaisseur suffisamment faible pour se rompre lorsque la pression à l'intérieur du corps tubulaire atteint ladite valeur prédéterminée.

Pour améliorer La sécurité, on peut encore prévoir une pastille filtrante interposée à L'intérieur du crayon entre le matériau combustible et ledit orifice.

On peut également utiliser un matériau combustible se présentant sous La forme de pastilLes annulaires et diminuer ainsi La pression interne des crayons. Dans les crayons objets de
L'invention, la pression initiale est fixée à la plus basse valeur possible.

L'invention a également pour objet un procédé de réalisation d'un bouchon utilisable dans un tel crayon Lorsque l'obturateur est constitué par une masse de brasure.

Selon la principaLe caractéristique de ce procédé, celui-ci comporte les étapes suivantes : (a) - réalisation d'une ébauche de dimensions supérieures à
celles du bouchon à réaliser ; (b) - perçage, à partir d'une face de cette ébauche, d'un trou ; (c) - introduction dans ce trou d'une masse solide de brasure
ayant un point de fusion inférieur à celui du matériau
constitutif de L'ébauche ; (d) - chauffage de l'ébauche pour fondre la brasure et amener
celle-ci en contact avec les parois du trou sur au moins
une partie de celui-ci ; (e) - refroidissement de L'ébauche pour solidifier la brasure, et (f) - réalisation du bouchon à partir d'un morceau de l'ébauche
contenant une partie, débouchant de chaque côte (interne et
externe), du bouchon de la masse de brasure solidifiée.

La masse de brasure introduite à l'étape (c) peut se présenter sous la forme d'un simple fil introduit dans Le trou qui est alors borgne. Cependant, dans un autre mode de réalisation, cette masse de brasure se présente sous la forme d'une masse solide (par exemple un fil) entourant un noyau réalisé en un matériau dont le point de fusion est supérieur à celui de la brasure, ce noyau étant pose dans Le trou de l'ébauche avant L'étape (d) ; dans ce cas, Le trou peut etre débouchant.

Une pression peut etre également exercée sur le noyau au moment de la liquéfaction de la brasure.

Toujours dans le cas où l'obturateur est constitué au moins partiellement par de la brasure, Le procédé de réalisation du bouchon peut comprendre les étapes suivantes (g) - réalisation d'une ébauche de filage comprenant une masse de
brasure à L'etat solide à l'intérieur d'une masse de
matériau ayant un point de fusion supérieur à celui de la
brasure, (h) - transformation de cette ébauche pour obtenir une barre
ayant une plus grande longueur et une plus faible section
que L'ébauche, (i) - prélèvement d'un morceau de la barre contenant la brasure,
et (j) - usinage du bouchon à partir du morceau prélevé à l'étape
(i).

Dans ce cas, la transformation de l'ébauche pour obtenir une barre de grande longueur et de faible section peut se faire par toutes les méthodes connues pour cela, par exemple étirage, filage, tréfilage, que ces opérations soient effectuées à chaud ou à froid.

L'invention apparattra mieux à la Lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple purement illustratif et nullement Limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels
- la figure 1 est une vue schématique en coupe de La partie supérieure d'un crayon combustible selon l'invention,
- la figure 2 est une vue schématique en coupe d'une ébauche à partir de laquelle sera réalisé le bouchon d'un tel crayon,
- la figure 3 est une vue schématique en coupe montrant l'ébauche de la figure 2 placée à L'intérieur d'un four à induction pour L'introduction de la brasure dans le trou prévu à cet effet,
- la figure 4 est une vue schématique en coupe à échelle agrandie montrant une méthode particulière d'introduction de la brasure dans le trou de l'ébauche prévu à cet effet,
- La figure 5 est une vue schématique en coupe d'un bouchon dans lequel L'obturateur est réalisé par une partie du bouchon ayant une faible épaisseur,
- la figure 6a est une vue schématique en coupe d'une ébauche de filage utilisée pour réaliser des bouchons pour Les crayons combustibles selon l'invention,
- la figure 6b est une vue schématique en perspective de la barre obtenue après transformation de l'ébauche de La figure 6a, et
- la figure 6c est une vue schématique semblable à La figure 6b montrant une manière particulière de réaliser un bouchon à partir d'une telle barre.

Si L'on se reporte à la figure 1, on voit que Le crayon combustible objet de L'invention, portant La référence générale 10, se compose essentiellement d'un tube 12 fermé à sa partie supérieure par un bouchon 14. Le bouchon 14 est soudé de manière étanche à la partie supérieure du tube 12 et il est réalisé dans le meme matériau que celui-ci, de préférence du zircaloy. Un ensemble de pastilles 16 de combustible nucléaire, par exemple de l'oxyde d'uranium UO ou de l'oxyde mixte (U, Pu)O p est disposé
2 2 à l'intérieur du tube 12, un espace 17 étant ménagé entre l'ensemble des pastilles 16 et Le bouchon 14.

Selon L'invention, celui-ci présente un orifice 18 de faible diametre (de L'ordre de 1 mm pour un diamètre du crayon de l'ordre de 10 mm) mettant l'intérieur du crayon, c'est-à-dire en fait l'espace 17, en communication avec L'extérieur. Comme on peut le voir sur la figure, l'orifice 18 est rempli d'une brasure 20 qui est en contact intime avec les parois de l'orifice 18 afin que celui-ci soit fermé de manière étanche.

Selon l'invention, on choisit une brasure qui fond à une température donnée inférieure à la température de fusion du matériau constituant le bouchon 14 et le tube 12 et qui correspond à une température pour laquelle on considere que le réacteur fonctionnne dans des conditions anormales (accidentelles).

Dans les conditions normales ou incidentelles de fonctionnement, la gaine du crayon se trouve à des températures de l'ordre de 300 à 4000C en paroi externe. Dans ces conditions, la brasure reste à L'état solide et l'orifice 18 est bouché. Au cours du fonctionnement du réacteur, la température peut s'élever légèrement par rapport à la température nominale de fonctionnement, mais sans qu'il y ait risque de gonflement du tube 12 sous l'effet de l'augmentation de pression qui en résulte à l'intérieur du crayon. On dit qu'on est en régime de fonctionnement "incidentel", c'est-à-dire qu'on est en présence d'un incident de fonctionnement sans gravité.Cependant, si La température à l'intérieur du réacteur atteint des valeurs nettement plus élevées, par exemple de l'ordre de 8000C, on est en régime de fonctionnement "accidentel", c'est-å-dire qu'on risque le gonflement, voire la rupture du tube 12. La température à partir de laquelle on considère qu'on est en fonctionnement accidentel est déterminée lors de la conception du réacteur.

Selon l'invention, on choisit une brasure 20 dont le point de fusion est inférieur, mais voisin, ou égal à cette température critique. Ainsi, lorsque l'accident se produit et que
la température augmente, la brasure 20 fond et est chassée à l'intérieur ou à l'extérieur du crayon selon le signe de la différence de pression (en général, celui-ci est placé verticalement et le bouchon 14 est à l'extrémité supérieure), ce qui a pour effet d'ouvrir l'orifice 18 et de mettre L'espace interne 17 du crayon 10 en communication avec l'extérieur. Ceci permet aux gaz présentes à l'intérieur du tube 12 de s'échapper à
l'extérieur et de maintenir la pression à l'intérieur du crayon à une valeur voisine de la pression externe.

On comprend qu'une telle disposition n'empêche pas
l'accident de se produire et qu'après celui-ci, le crayon est inutilisable. Cependant, on limite les conséquences de L'accident en évitant le gonflement des tubes constituant les crayons, ce qui permet la circulation ou au moins la présence d'une masse d'eau entre ces derniers.

Afin d'augmenter encore la sécurité, on peut prévoir une pastille filtrante 22 montée dans l'espace 17 entre Les pastilles 16 et L'orifice 18. Celle-ci peut etre réalisée en tout matériau compatible avec le matériau constitutif du bouchon 14 et du tube 12, ainsi qu'avec le matériau constitutif des pastilles 16. On peut utiLiser un métal fritté, ou une céramique frittée, telle que ZrO . La pastille 22 joue le rôle d'un filtre qui
2 arrête les produits de fission se présentant sous forme de particules solides ou sous forme de gaz condensables ou d'éventuels fragments de combustible. Ainsi, ces éléments solides ou condensables sont retenus à L'intérieur du crayon et ne s'échappent pas à l'extérieur à travers l'orifice 18.

Un autre moyen pour augmenter la sécurité consiste à choisir des pastilles combustibles 16 de forme annuLaire, c'està-dire présentant en leur centre un évidement 24. Cette disposition permet d'augmenter le volume disponible pour les gaz à l'intérieur du tube et donc de limiter l'augmentation de pression due à une élévation excessive de la température ou au dégagement de produits de fission durant l'irradiation. Ceci améliore également la dissipation ou "déstockage" de l'énergie
Lors de l'accident sans grande perte de chauffage, la partie centrale du combustible étant partiellement isolée du fluide caloporteur.

Un ressort 19 maintient les pastilles 16, une rondelle 21 étant interposée entre le ressort 19 et les pastilles 16.

Enfin, la sécurité peut etre encore améliorée en choisissant une pression de remplissage du crayon 10 inférieure aux pressions habituellement utilisées.

En effet, à l'heure actuelle, Les crayons combustibles utilisés dans les réacteurs à eau sous pression sont remplis d'un gaz neutre, par exemple l'hélium, à une pression de L'ordre de 30 ou 40 bars. Cette pression est déterminée par un compromis entre une bonne conductivité thermique (qui est augmentée si on augmente la quantité d'hélium) et une bonne tenue à l'éclatement (qui est améliorée si on diminue la quantité d'hélium). En principe, le crayon doit avoir en fin de vie une pression interne inférieure à celle du réacteur en fonctionnement nominal.

Selon l'invention, la pression de remplissage est la plus basse possible.

On va maintenant décrire un procédé de réalisation d'un bouchon tel que le bouchon 14 dans lequel L'orifice 18 est obture par de la brasure.

Ce procédé est illustré aux figures 2 à 4 ci-jointes.

Si l'on se reporte à la figure 2, on voit qu'on commence par réaliser une ébauche 26 dans Le matériau constitutif du bouchon, par exemple Le zircaloy, cette ébauche ayant un diamètre sensiblement égal à celui du bouchon (donc du crayon combustible), et une longueur supérieure à celle du bouchon.

Cette ébauche peut avoir, par exemple, un diamètre de L'ordre de 10 mm et une longueur d'environ 35 mm. Cette ébauche est donc de forme cyLindrique et a ses deux faces d'extrémités 27 et 29 planes et perpendiculaires aux génératrices de ce cylindre. A partir de la première face 27 est creuse un trou borgne 28 dont la profondeur est, par exemple, de 12 mm. A partir de L'autre face d'extrémité 29 est creusé, de manière classique, un deuxième trou borgne 30, en général disposé sensiblement suivant l'axe de
L'ébauche 26, la Longueur des trous 28 et 30 etant telle que, sur une partie au moins de la longueur de l'ébauche 26, une section droite de celle-ci coupe les deux trous.Le trou 28 est destiné à recevoir de la brasure tandis que le trou 30 est destiné à Loger un thermocouple de contrôle, comme cela sera indiqué ci-dessous en reference à la figure 3.

Il est à noter cependant que le trou 30, repercé pour lui conférer un diamètre plus important, a une autre utilité. En effet, lorsqu'en fin de fabrication on remplit les crayons combustibles avec un gaz sous pression, par exemple de L'hélium, cette opération est faite à partir du bouchon supérieur par ce trou central agrandi. On prélèvera donc ultérieurement une partie de l'ébauche 26 comprenant une partie du trou 28 et une partie du trou 30 agrandi afin de réaliser le bouchon, Le trou 28 contenant la brasure et le trou 30 agrandi servant au remplissage du crayon avec de l'hélium. Cependant, on ne sortirait pas du cadre de
L'invention en remplissant le crayon à partir du bouchon inférieur. Dans ce cas, le trou contenant la brasure peut se trouver au centre du bouchon.

L'étape suivante consiste à introduire la brasure dans
Le trou 28 de l'ébauche 26. Cependant, avant de procéder au remplissage du trou 28 par la brasure, il peut être nécessaire d'effectuer un décapage de l'ébauche 26. Dans ce cas, le trou 28 sera aLésé juste avant L'opération de décapage. CelLe-ci peut être effectuée dans une soLution fluonitrique à froid contenant, en volume, 10% d'acide fluorhydrique HF, 45X d'acide nitrique HNO3, et 45 d'eau. L'ebauche est trempée pendant environ 15 secondes dans cette solution, puis rincée à l'eau et trempée dans un bain d'alcool éthylique et, enfin, séchée à l'air chaud. Ce traitement est effectué juste avant la mise en place dans le four.

A l'intérieur de celui-ci, L'ébauche 26 est placée verticalement sur un support métallique 32 (figure 3) de sorte que sa face inférieure 29 repose sur la partie supérieure du support 32. Une virole 34 en molybdène, qui repose également sur la partie supérieure du support 32, entoure complètement l'ébauche 26. Le chauffage est assure par un générateur à haute fréquence dont la bobine 36 est placée à L'extérieur d'un tube de quartz 38, lequel entoure te support 32 sur lequel reposent
L'ébauche 26 et la virole 34. Ainsi, la bobine 36 est couplée sur la virole 34 et l'échange de chaleur se fait essentiellement par rayonnement. Le contrôle de température est assuré par un thermocouple 40 (par exemple en chrome I-a lumel) qui passe dans un orifice central 42 du bloc 32 et pénètre jusqu'au fond du trou 30 prévu dans L'ébauche 36.

La brasure est introduite sous forme d'un fil 44 dans
Le trou 28. Auprès un chauffage rapide, on maintient un palier à une température inférieure ou egale à 8500C durant 5 minutes environ. Cette température est fonction de la brasure choisie et doit être supérieure à la température de fusion de cette brasure.

Par exemple, on peut utiliser l'alliage EL51 commercialisé par la
Société COMPTOIR-LYON-ALEMAND-LOUYOT et qui contient, en poids, 72X d'argent, 23X de cuivre et 5X de palladium et a une température de fusion comprise entre 7970C et 8180C. Le refroidissement est effectué en coupant complètement le chauffage haute fréquence. Le vide dans le four avant chauffage est de -6 de t,10-6 à 5.10-6 -6 (2,7.10-4 -4 -4
L'ordre de 2.10 à 5.10 Torr (2,7.10 à 6,7.10 Pa) et
-5 -3 inférieur ou égal à 5.10 torr (6,7.10 Pa) durant Le palier.

Après refroidissement de l'ébauche, un certain nombre de contrôles sont nécessaires avant et pendant L'usinage du bouchon. On vérifie d'abord par un contrôle visuel que la brasure a bien coulé dans le trou 28 de l'ébauche. On effectue ensuite un contrôle radiographique pour vérifier la bonne fusion de la brasure et déterminer la zone de l'ébauche utilisable pour
L'usinage du bouchon.Bien entendu, cette zone doit comporter au moins une partie du trou 28 et une partie du trou 30 agrandi afin que L'on puisse effectuer Le remplissage du crayon avec de l'hélium par la partie centrale du bouchon. Auprès usinage de l'ébauche du bouchon à partir de l'ébauche 26, on effectue un test sous pression avec de l'hélium par bullométrie. Enfin, après l'usinage définitif du bouchon, on effectue un nouveau contrôle en pression, puis les contrôles ultérieurs qui font partie de la procédure habituelle de fabrication des crayons combustibles.

Bien entendu, ce procédé est donne à titre d'exemple et peut y avoir des variantes en fonction de chaque application particulière. Par exemple, si Le remplissage d'hélium est effectué par l'un des bouchons et que l'orifice fermé par la brasure se trouve dans L'autre bouchon, le trou 28 de L'ébauche 26 peut se trouver suivant l'axe de celle-ci. La température choisie est fonction de La brasure utilisée. Quant à la section
2 de l'orifice 28, qui est généralement de l'ordre du m , elle peut être modifiée, mais son augmentation rend difficile l'opération de remplissage par La brasure. Enfin, Le mode de chauffage ou de décapage cité plus haut est donné à titre indicatif ainsi que t'atmosphère de chauffage.Dans l'exemple cidessus, le chauffage est effectué sous vide, mais on pourrait le faire sous un gaz neutre ou sous atmosphère contrôlée.

La vue en coupe à échelle agrandie de la figure 4 illustre une amélioration de ce procédé destinée à améliorer l'efficacité de remplissage du trou 28 par la brasure. En effet, le remplissage d'une cavité par un métal fondu sous vide conduit parfois à La formation de bulles dans la brasure. Ceci peut être du par exemple au dégazage du zircaloy constituant L'ébauche 26.

Ceci conduit à un taux de rebut que L'on peut réduire par la méthode illustrée à la figure 4.

Sur cette dernière, on voit La partie supérieure de l'ébauche 26 avec te trou 28 percé à partir de sa face supérieure 27. Dans l'exemple illustré ici, Le trou 28 est percé à peu près suivant l'axe de L'ébauche 26. Cependant, dans cet exemple, la brasure n'est pas introduite sous La fome d'un simple fil comme dans le cas de la figure 3. Dans cette variante, on utilise un obturateur 46 qui est de préférence réalisé dans Le même matériau que L'ébauche 26, généralement le zircaloy. Cet obturateur comprend une tête 48 proLongée par un corps 50. La tête 48 peut reposer dans un évidement 52 de forme correspondante ménagé à partir de la face supérieure 27 de l'ébauche 26. Quant au corps 50, iL est cylindrique et de diamètre Légèrement inférieur à celui du trou 28. IL peut pénétrer dans ce trou et sa longueur est pratiquement égaLe à celle de ce trou. Quant à la brasure, elle se présente sous la forme d'un fil 54 enroulé autour du corps 50 de l'obturateur 46.

Une fois que le fil 54 est enroulé autour du corps 50 de L'obturateur 46, celui-ci est introduit dans le trou 28. On arrive ainsi à la situation illustrée à La figure 4, le corps 50 de l'obturateur se trouvant dans le trou 28 et la tête 48 se trouvant dans l'évidement 52. L'ebauche est introduite dans Le four afin de fondre La brasure par la méthode décrite ci-dessus en réference à la figure 3. Le fil 54 fond et remplit l'espace compris entre le corps 50 et les parois du trou 28 par capillarité.

Le fait que le remplissage du trou (ou plus exactement de l'espace annulaire) se fasse par capillarité et non par gravité fait qu'on obtient moins de bulles, ce qui diminue le nombre de pièces à rebuter. L'ensemble des autres operations, notamment le décapage préalable et les contrôles ultérieurs, est identique à ce qui a été décrit ci-dessus.

La figure 5 illustre une variante dans laquelle l'orifice prévu dans le bouchon pour permettre la sortie des gaz se trouvant à l'intérieur du crayon n'est pas obturé par une brasure, mais par une membrane mince.

Cette figure représente, vue en coupe, la partie supérieure d'un bouchon 14 avec l'orifice 18 pratiqué sensiblement suivant l'axe de celui-ci. Il n'y a pas de brasure dans cet orifice, mais L'obturateur est constitué par une membrane 54 qui est obtenue par un affaiblissement local du bouchon. Par exemple, le trou 18 est ménagé à partir de l'intérieur du bouchon jusqu'à ce qu'on obtienne, au fond de L'orifice, une membrane 54 d'épaisseur légèrement inférieure à l'épaisseur minimale des parois du crayon combustible. Cette épaisseur peut être déterminée par calcul afin que la membrane 54 se brise lorsque la pression à l'intérieur du crayon atteint une valeur prédéterminée correspondant à des conditions considérées comme accidentelles.

Les figures 6a et 6b illustrent une autre méthode de réalisation de bouchons utilisables dans des crayons combustibles selon L'invention.

Selon cette méthode, on réalise l'ébauche du bouchon, c'est-à-dire une masse métallique de diamètre sensiblement égal ô celui du bouchon et contenant un trou longitudinal rempli de brasure, par filage à chaud ou toute méthode voisine à partir d'une ébauche telle que celle qui est illustrée à la figure 6a.

On voit que cette ébauche se compose d'une masse de zircaloy ou autre matériau 56 se- présentant sous la forme d'un cylindre de faible longueur et de diamètre très supérieur à celui du bouchon à réaliser. Sensiblement suivant l'axe du cyLindre 56 se trouve un orifice 58 rempli d'une masse de brasure 60. Le diamètre du trou 58 est supérieur à celui du trou contenant la brasure dans le bouchon terminé. Afin de faciliter L'opération de filage, un gainage 62 (par exempLe en cuivre) entoure l'ensemble constitué par le bloc 56 et la brasure 60.

Après l'opération de filage à chaud, on obtient une barre 64 illustrée à La figure 6b dont La Longueur est nettement supérieure à celle du bloc 56 tandis que son diamètre est nettement inférieur. En fait, le diamètre final de la barre 64 est égal ou légèrement supérieur à celui des bouchons à réaliser.

La longueur de la barre 64 dépend des dimensions du bloc 56 et des conditions de filage. Elle peut atteindre plusieurs mètres, ce qui permet de réaliser de nombreux bouchons à partir d'une seule barre. Bien entendu, au cours du filage, les dimensions de
L'orifice 58 se sont modifiées et, dans la barre 64, La masse de brasure 60 a un diamètre sensibLement égal au diametre de
L'orifice prévu dans le bouchon. Dans la barre 64 sont taillées des ébauches de bouchons 66. Suivant que l'on désire avoir un orifice rempli de brasure au centre du bouchon ou un orifice excentré, on modifie la place de L'orifice 58 à l'intérieur du bloc 56.C'est ainsi que, dans le cas de l'ébauche de bouchon 66a, la brasure se trouve sensiblement suivant L'axe de cette ébauche, tandis que, dans le cas de L'ébauche de bouchon 66b, la masse de brasure est décentrée. Une fois Les ébauches de bouchons 66 prélevées dans la barre 64, les opérations d'usinage et de contrôle se déroulent comme indiqué ci-dessus.

Dans une variante, le décentrement est obtenu, à partir d'une ébauche à brasure axiale, lors de l'usinage du bouchon.

Ceci est illustré à la figure 6c où l'on voit qu'on a réalisé une barre 67 de diamètre supérieur à celui du bouchon, la brasure 60 étant disposée axialement dans la barre 67. L'ébauche de bouchon 68 a un diametre inférieur à celui de La barre 67 et elle est taillée dans La barre 67 à un endroit tel que, dans cette ébauche, la brasure 60 soit décentrée.

Il est bien entendu que la brasure doit être choisie de manière à avoir un point de fusion et des caractéristiques mécaniques compatibles avec les conditions du filage à chaud. Si les conditions de filage ou d'usinage ne permettent pas facilement une excentration suffisante de la brasure 60, on peut envisager le remplissage du crayon avec de l'hélium par le deuxième bouchon, c'est-à-dire celui qui ne comporte pas
L'orifice rempli de brasure. Quant à la transformation de l'ébauche, elle peut se faire par tout moyen de codéformation métallurgique tel que le cotréfilage, le coétirage, le comartelage et le colaminage.La température de transformation est déterminée par le choix du métal constituant l'ébauche 56, et donc le bouchon (dans la plupart des cas du zircaloy), et par le choix du matériau constituant l'alliage fusible, par exemple l'alliage mentionné ci-dessus. Quant à l'incorporation de la brasure dans la masse de matériau constitutif du bouchon, elle peut se faire soit avant déformation de l'ébauche comme cela a été décrit ci-dessus, soit à un stade de transformation intermédiaire. Dans ce dernier cas, il peut être nécessaire d'effectuer un traitement de finition pour assurer L'étanchéité entre le bouchon et l'alliage fusible constituant la brasure.

Ainsi, le crayon combustible objet de L'invention présente des avantages particulièrement intéressants puisque les conséquences d'un accident dû à un manque de refroidissement sont limitées. Ceci est dû au fait que L'obturateur fermant l'orifice 18 du bouchon 14 se détruit Lorsque la pression etou la température à l'intérieur du crayon atteint des valeurs prédéterminées correspondant à des conditions de fonctionnement accidentelles. Ceci permet à une partie au moins des gaz présents à L'intérieur du crayon de s'échapper à L'extérieur et d'éviter une surpression à l'intérieur du crayon pouvant conduire à un gonflement de ceLui-ci, ce qui entraSne toutes les conséquences mentionnées au début de la présente description.De plus, la sécurité peut etre améliorée, comme indiqué ci-dessus, en utilisant une pastille filtrante telle que la pastille 22 illustrée à La figure 1 qui arrête les matières solides, en donnant aux pastilles de combustible une forme annulaire et en diminuant la pression de remplissage des crayons par un gaz neutre tel que L'hélium.

De pLus, La réalisation d'un tel bouchon est simple et facile par la méthode décrite ci-dessus, en particulier celle illustrée à la figure 4 qui entrain un bon remplissage de l'orifice par ta brasure sans risque de bulles. Quant à la méthode de réalisation des embauches de bouchons par codéformation métallurgique, comme cela est illustré aux figures 6a et 6b, elle permet d'obtenir une barre de grande longueur à partir de laquelle on peut réaliser de nombreux bouchons.

Enfin, iL est bien entendu que l'invention ne se limite pas aux seuls modes de réalisation qui viennent d'être décrits, mais qu'on peut imaginer de nombreuses variantes sans sortir pour autant du cadre de L'invention. C'est ainsi que l'homme du métier pourra choisir les matériaux constitutifs du crayon, du bouchon, et de la brasure en fonction de chaque application particulière envisagée. IL pourra aussi faire varier les conditions des méthodes décrites en référence aux figures 2 à 4, ainsi que de La méthode décrite en référence aux figures 6a et 6b. Enfin, on ne sortirait pas du cadre de l'invention en utilisant d'autres méthodes de fabrication du bouchon pourvu que celui-ci comporte un orifice fermé par un obturateur qui se détruit Lorsqu'on atteint des conditions de température et de pression à l'intérieur du crayon qui correspondent à des conditions accidentelles. Enfin, si le crayon combustible objet de
L'invention s'applique plus particulièrement aux réacteurs à eau sous pression, il peut en fait être utilisé dans n'importe quel type de reacteur où L'on risque l'éclatement des crayons, notamment Les réacteurs à variation de spectre et les réacteurs sousmodérés. Dans ce cas particulier, la distance entre les crayons combustibles est plus faible, ce qui augmente le risque de bouchage des canaux d'eau, et l'invention ne s'applique que mieux.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Crayon combustible comprenant un corps tubulaire (12) destiné à contenir un matériau combustible (16) et fermé de manière étanche à chacune de ses extrémités par un bouchon (14), caractérisé en ce que l'un au moins des bouchons comporte un orifice (18) apte à mettre l'intérieur du crayon en cormunication avec l'extérieur, cet orifice (18) étant fermé de manière étanche par un obturateur (20, 54) qui se détruit lorsque la pression et/ou la température à l'intérieur du corps tubuLaire (12) atteint une valeur prédéterminée superieure à la valeur normale ou incidentelle de fonctionnement, le reste du bouchon (14) et le corps tubulaire (1Z) restant intacts dans ces conditions.

2. Crayon combustible selon La revendication 1, caractérisé en ce que ledit obturateur comprend une masse de brasure (20) remplissant au moins partiellement ledit orifice (18).

3. Crayon combustible selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite brasure a une température de fusion comprise entre 400 et 12000C, de préférence entre 600 et 8500C.

4. Crayon combustible seLon La revendication 2, caractérisé en ce que ladite brasure est une brasure du type argent-cuivre.

5. Crayon seLon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit obturateur se présente sous la forme d'une brasure remplissant l'espace annulaire défini entre les parois de l'orifice (18) et un noyau central (50) réalisé en un matériau dont le point de fusion est supérieur à celui de la brasure.

6. Crayon selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit obturateur (54) est constitué par une partie du bouchon (14) ayant une épaisseur suffisamment faible pour se rompre lorsque la pression à L'intérieur du corps tubulaire (12) atteint ladite valeur prédéterminée.

7. Crayon combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une pastille filtrante (22) interposée entre le matériau combustible et ledit orifice (18).

8 Crayon combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau combustible (16) se présente sous la forme de pastilles annulaires.

9. Crayon combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps tubulaire (12) est rempli d'un gaz neutre sous une pression fixée à la plus basse valeur possible.

10. Procédé de réalisation d'un bouchon utilisable dans le crayon combustible selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes (a) - réalisation d'une ébauche (26) de dimensions supérieures à

celles du bouchon à réaliser, (b) - perçage, à partir d'une face de cette ébauche (26), d'un

trou (28), (c) - introduction dans ce trou (28) d'une masse solide de

brasure (44, 54) ayant un point de fusion inférieur à celui

du matériau constitutif de L'embauche (26), (d) - chauffage de l'ébauche (26) pour fondre la brasure et

l'amener en contact avec les parois du trou (28) sur au

moins une partie de celui-ci, (e) - refroidissement de L'ébauche (26) pour solidifier la

brasure, et (f) - réalisation du bouchon (14) à partir d'un morceau de

l'ébauche (26) contenant une partie de la masse de brasure

solidifiée.

11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la masse de brasure introduite dans le trou (28) à l'étape (c) se présente sous la forme d'une masse solide (54) entourant un noyau (50) réalisé en un matériau dont le point de fusion est supérieur à celui de la brasure (54), ce noyau (50) étant posé dans le trou de l'ébauche (26) avant l'étape (d).

12. Procédé de réalisation d'un bouchon utilisable dans le crayon combustible selon La revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes

(g) - réalisation d'une ébauche de filage comprenant une masse de

brasure (60) à L'état solide à l'intérieur d'une masse de

matériau (56) ayant un point de fusion supérieur à celui de

la brasure,

< h) - transformation de cette ébauche pour obtenir une barre

(64) ayant une plus grande longueur et une plus faible

section que l'ébauche,

(i) - prélèvement d'un morceau de la barre (64) contenant la

brasure (60), et

(j) - usinage du bouchon à partir du morceau prélevé à L'étape

(i).

13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en -ce que l'étape (h) est effectuée par l'une des méthodes

suivantes : étirage, filage, tréfilage, Laminage à chaud ou à

froid.