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±liment combustible nuol'a11'8 et procédé de fabrication de cet élément.
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La présente invention se rapporta à la t8om1:",u8 aucié. aire et concerne particulièrement des éléments combustibles pour réacteurs nucléaires qui servent à produire de 1' énergie. plus précisément., l'invention se rapporte à des éléments combustible dans lesquels un matériau fissile est placé dans un récipient scellé qui lui sert de gaine.
Ces élément. empilés ou autrement assemblés sont plongés dans un liquide d'échange thermique ou de
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t.rro1411.mant qui peut être de l'eau surchauffée à 600 ou 700* f
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.6r ou 371*C) et tous une pression de 2COO livres/pouce carré . 1 kg/csx). Un tel liquide est très corrosif 4 la gaine doit être résistants à la eorrcsun pour protéger le matériau fissile du liquide.
La production de chaleur utile pour des utllisationc d'énergie dans un réacteur de ce type dépend du flux des neutrons au travers du matériau fissile* Lois neutrons émis par le matériau fissile d'un élément peuvent passer au travers du liquide d'échange thermique dans un autre élément. La capture parasite des neutrons
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par la Saine peut sensiblement réduire le flux de noutrcot, La mesure dent laquelle le matériau de lasagne réduit le flux de ai*atroas est indiquée par la section efficace de capture neutronique du matériau. Pour réduire la capture parasite, il est avantageux
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que le matériau as *<t gaine ait une faible section efficace de capture neutronique.
La gaine doit alors non seulement être rdxistan.. te à la corrosion par le liquide d'échange thermique mais doit ouest avoir une faible section efficace de capture neutronique.
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Le zireonima et l'acier inoxydable sont des matériaux qui remplis- sont, ces conditions. Le airconima a une très faiole section effica.. se de capture neutronique !aKba.e$t très ooo.teux et sa fabrication présente des difficultés. L'acier inoxydable est moins coûteux mais il possède une section efficace de capture neutronique nette-
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. ment plus élevée que le xi.rrnu3uu.
Un but poursuivi dans le développement et la conception des réacteurs nucléaires est de réduire le coût par kilowatt heure de l'énergie fournie. Ce coût peut tire nettement réduit en dimi- nuant la capture parasite des neutrons par la gaine des éléments combustibles* Cela étant, le but général de la présente invention est de réduire le coût de l'énergie produite par un réacteur en diminuant nettement la capture parasite des neutrons lors au fonc-
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ticnnaaent du réacteur, â cause au coût élavé du zirconium et des autre* problème* qu'il pose, l'acier inoxydable est un matériau de
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gainage préféré,
et un but p4r%lculiqr lÉr.'i' Pi f 3'-fr?;'r fournir un élément combustible q l oit aine $$.f'.!ad<'16) au cours de l'utilisation duquel la capture parasite des neutraas soit réduite. ,'#' Spécifiquement, la présente inv# -Ùw'î* UiTOi i u .éi4r mant combustible août le aateriau fissile est gaine 4'acier liwxyo dable et aans lequel la capture parasite des neutraKe est sens±- ble,aant réduite en réduisait sensiblement l'épaisseur de la gaine,
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?Jans un élément combustible typique suivant les enseignements des
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techniques antérieures, l'épaisseur de le gaine d'acier inoxyaabld dJpas.' nettement 0,25 "-.,; la gaine t'"y:.rarx.t aambuat.l's la plus
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mince qui ait été utilisée pour un réacteur à eau sous pression
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avait 0,38 mm.
On peut réauire la capture parasita des neutrons par la gaine en réduisant sensiblement l'épaisseur de la air.a ., moins de 0,25 mia. Il s'est avéré qu'une diminution de OM5 m de l'épais- souy du gainage en acier inoxyuaole nos clients combustibles d'un
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réacteur typique aurait pour résultat une économie annuelle au point
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vue cfût l'énergie d'environ 75.000 dollar . de vue cfùt do l'3ner,,e d'environ 75.000 dollars.
L* emploi de daines en acier inoxydable ayant une épatai saur inférieure à 0,23 mx. pose le probité du scellement cse la <'#''' uaiue. Dans un élément combustible typique, le Matériau fissile a la forma d'unu envaluppa tabulaire qui est scellée par un bouchon. \ Ce .iOt141f01s comporte généralement un collet entre una partie atten- dant dans x' enveloppe et une partie s'étendant hors de l'enveleppe* bailVrlopw est par tïl,i4 t t*. twttè"t h'4 Qftnai nttttXa, suivant w* n igniH4#nV4 des )<ees of le scellement est effectua en diipim, uat Un art d1 açtt,uiur autour au joint du oouchon ut de l* enveloppa l*l<Mt!')a!te''4M subatww ce p6rpMndicuLMir l'axe de l'enveloppe et prhe du Joint entre la collet du àûucioon et le bord de 1,arwQlop,sa *4 Contact Avec le
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bouchon.
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Les tentatives faites pour sceller la bouchon de cette
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8anitre à une gaine ayant un* épaisseur de moins de 0,25 Ma ont échoué. Au. lieu de fondre en un joint soudé, le métal mince de la gaine s'incurve et est brûlé sans fendre sous.l'effet de la chaleur de l'arc. On a tenté de surmonter cette difficulté en soudant avec un arc à courant faible, mais également sans succès. Lorsque le
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courant de l'are est réduit 4 un faible &lD.9'ral" pas exemple de l'ordre de 15 ampères, l'arc devient trop ..nateb,e pour être utilité pour la soudure.
Cela étant, un but particulier de l'invention est de fournir un procédé de soudure d'un bouchon dans une gaine L
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paroi Mince ayant une épe1,..ur de moine due ce25 * #
Suivant cet aspect de l'invention, en scelle le bouchon à la gaine en soudant à ).,'arc; à la jonction du prolongement sfté- rieur et du collet du oouchon, du côté du collet éloigné du beru de la gaine qui doit être soudé et qui est en contact avec le col-
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let. On place une électrode de saumure non consumable en position de soudure près de cette jonction, en produit un arc et on déplace l'électrode et l'arc avec elle, autour de la région à souder.
Le courant de l'arc est suffisant pour fondre le collet et! la partie
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de la gaine en contact avec lui. Un joint étanchez la pression est ainsi obtenu, entre le bouchon et la gaine.
Bien que la présente invention intéresse en particulier
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les éléments combustibles comportant une i'61na en acier 1n.ox:t,uu1t trus Mince, elle peut s'appliquer aussi aux éléments combustibles
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dont la gaine est en un autre matériau, tel que le sirconima. Coma* la ***tien efficace de tapturt neutfenaette du sirteniu est très faible la diminution de l'épaisseur du gainage réduit la capture parasite des neutrons dans le cas au sireaniusa et rend ld Jnc1on- n8l48ntr plus rentable.
Les caractéristiques nouvelles de la prâtunte invention suint mentionnées ci-dessus d'une manière générale. Pour quu l'in- yt1on soit bien comprise, on se référera dans la suite du la description au dessin annexé, dans lequel!
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Fig. 1 est une coupe montrant les positions respecti- ves de l'électrode et de l'élément combustible lors de la soudure suivant la présente invention;
Fig. 2 est une coup d'un élément combustible soudée et @
Figs. 3, 4 et 5 sont des phtoomicrograpies montrant les soudures de bouchons à la gaine d'éléments combustibles suivant la présente invention.
La Fil. 1 représente une partie d'un élément combusti- ble avant soudure, Cet élément combustible comprend une enveloppe de forme générale cylindrique C en acier Inoxydable, à 1' intérieur de laquelle une série de pastilles F de matériau fissile sont en- fermées. l"enveloppe C est fermée par un bouchon P comportant un prolongement extérieur OE, un prolongement intérieur Le, et un collet L. L'épaisseur de l'envelloppe C est inférieure à 0,25 mm.
Il est nécessaire de sceller le bouchon P à l'enveloppe par une souaure autogène. On y arrive en soudant le collet L au bord R de l'enveloppe C, Pour que la soudure puisse être réalisée de manière efficace, on place une électrode de soudure non consuma- ble E en position de soudure A la Jonction J du prolongèrent exté- rieur OE et au collet L un arc est formé entre l'électrode ± et la jonction J, et on uéplaoe l'arc autour de la jonction J pour produira la souaure. L'électrode ± peut être disposée et déplacée autour de la jonction J à un angle de 45 avec le plan du collet.
Le courant de l'arc est propre a faire fondre le collet Let le bord de l'enveloppe C en produisant une soudure par fusion W (Fig 2) au collet et au bord. Un élément soudé est représenté @ sur la Fig. 2, où la soudure W englooe le collet et une partie au bord.
'Les Figs. 3,4 et 5 sont des phtoomicrographies de sou- dures d'un bouchon P à une envellppe C, faites suivant l'invention.
Chacune de ces soudures est faite avec un bouchon en place dans l'enveloppa le bouchon Pet l'enveloppe C étant dans chaque.cas
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an acier Inoxydable AISI 304* Sur la Fil' 3, l'enveloppe C a une épaisseur de 0,125 Mt et sur les Fils, 4 et 5 l'enveloppe a une épaisseur de 0,2 me La sotilàte de la Fit. 3a été fait* avec un courent de soudure de 28 aa,pàris; pour la soudure de la Fig. 4 le courant était de 24 aaapèes,, et pour celle de la Fil. 5, de 16 .père.. Les photomicrographies montrent que la qualité de la soudure n'est pas affectée par le courant, Les différents courants ne produisent qu'une différence de pénétration dans lo bouchon P.
La pénétration la plus profonde est obtenue dans le cas de la sou-
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dure représentée sur la Fig. 3 la pénétration de la soudure sur , la Fil. 4 est tn4r. et celle de la soudure sur la Il est eMere lIG1nQr.. Les variations ou courant n'affectent pas l'état de la soudure entre l'enveloppe et le bouchon.
Chaque soudure est* eoxMte Montré par le* pbotorolrapb1.., parfaitement saine*
Des éléments combustibles obtenus par la mise en pra- tique de l'invention ont été essayés dans de l'eau à pression 'le- vée et à température élevée. Ces essais ont démontré que l'en- veloppe %±ne* est capable de supporter la pression et la tempéra- ture
Le procédé de soudure suivant l'invention a pour résul-
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tat un certain nombre 4#avantagti. 1.'élément. combustlble à gaine tek* tainee est devenu une réalité.
Les bouchons d'txtréntté peuvent être facilement soudés 4 la gaine Mine*. Le.$ jointe soudés peuvent être reproduite avec des résultats constants et tous les jointe sont
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résistant! à la pression et aux fluides. Les variations de courant et de tension de soudure qui semblent itre inhérentes au procédé de soudure au tungstène tous gaz Inerte ne paraissent pas affecter le joint* En dépit de ces variations on obtient une soudure saine* Le bouchon à collet se prête bien à une fabrication économique.
Le Joint produit peut être facilement examiné aux rayons X.
Bien qu'une seule forme de réalisation de l'invention
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ait été décrite a1-d.tau., il va de soi que des modifications peu-
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vent y atre apport* ##Ai sortir du eau$ de 'iftY81'i8A. 1 RZV<NBÏOAg'ï8!tB<
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1. 114ment eonbuatible nucléaire comprenant Ma maté- riau fieeile dans une gaine en un matériau "1""'" . la corrosion ayant une faible Motion ae capture d'absorption de neutrons,
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caractérisé an ce que l'épaisseur de la gaine est inférieure à
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0#25 me 2. Slénent combustible nucléaire suivent la ,e.en41,.. tion 1 Mract<yi<4 en ce que la gaine est tarde par un obtura- tour qui est aoud< par rusion à la Saine par soudure lfaro avec une élsotroda non OOJ\I\UU1:Jl..
3. 'mant ecabuttible nu.old.±,..",1VII' la ,.vln4ioa. tion 1 ou 2# caractérisé en 00 que la gain@ est an acier inoxyda- ble* 4. Elément ooiabuatible nuaidaira auivat la ravandioa- tion lp 2 ou 3< 0&1'60t'r1.' en ce que la gaina t une forma gérait
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cylindrique et l'obturateur est un bouchon@
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5* procédé pour souder de façon aut6<M un bouchon à uns gaine ayant une épaisseur intérieurs à 0,Z3 =# et bouchon comportant un prolongement extérieur ralié à un isolltt dont le
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côté opposé à ce prolongement extérieur et% en ' nt"1 avec le bord de la lune, caractérisé en ce qu'on 91&08 une dlootrode non ooMUMble en position de soudure à la Jonction du prolongement et du colleta on produit un aro de soudure entre l'électrode et la jonction,
et on déplace l'électrode autour de la fonction pour déplacer l'aro autour da la jonction, la courant de Itare étant propre à couder par fusion le collet et la région &4110." da la gaine pour produira un loel1Imtn'..
6. Procède suivant la r4vendi4à" do caractérisé an ce qu'on place 1* électrode non oon4uuble en position de soudure
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ex A'M-e * 9on |oa r x MM région 1¯.P'ï '4 au ; collet éloignés de la gaine et en déplacé l'4i*atredt autour 414. prolongeait tout en minttmont là arc dmi 14 dit* ration.
7, Minent oolbuitible augliatte et procédé de 444ueu sont# en subatmot coamt déorit oî-400#ug ea <MM< au deditu Ma<x<t ..'