FR3018386A1

FR3018386A1 - Assemblage combustible pour reacteur rapide et coeur de reacteur charge avec celui-ci

Info

Publication number: FR3018386A1
Application number: FR1551308A
Authority: FR
Inventors: Katsuyuki Kawashima; Kouji Fujimura
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2015-02-17
Publication date: 2015-09-11
Anticipated expiration: 2035-02-17
Also published as: FR3018386B1; JP2015166700A; JP6219752B2

Abstract

Une pluralité d'aiguilles de combustible (17) remplies de matière fissile en tant que combustible sont mises en paquet et sont stockées dans un tube enveloppe (12). L'aiguille de combustible (17) est remplie avec une pluralité de pastilles de combustible dans un tube de gainage en acier inoxydable, forme un espace au niveau de la région de combustible, et constitue une région de plénum gazeux (16). Un assemblage combustible est constitué de manière à agencer des ouvertures (13) qui incluent l'extrémité inférieure de la région de plénum gazeux (16) et s'étendent vers le haut à partir de celle-ci dans les parois latérales du tube enveloppe (12). En formant les ouvertures (13) de manière à ce qu'elles ne se superposent pas avec la région de combustible, l'extrémité supérieure de la région de combustible où la température d'un tube de gainage de la tige de combustible est la plus élevée peut être refroidie par un fluide de refroidissement.

Description

ASSEMBLAGE COMBUSTIBLE POUR REACTEUR RAPIDE ET COEUR DE REACTEUR CHARGE AVEC CELUI-CI DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un coeur de réacteur pour un réacteur rapide et un assemblage combustible chargé dans le coeur de réacteur. ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION Un réacteur rapide dispose d'un coeur de réacteur à l'intérieur d'une cuve de réacteur, et du sodium liquide (Na) qui est un fluide de refroidissement est introduit à l'intérieur de la cuve de réacteur. Un assemblage combustible chargé dans le coeur de réacteur comprend une pluralité d'aiguilles de combustible remplies d'uranium appauvri (U-238) avec du plutonium enrichi, un tube enveloppe qui regroupe en paquet et stocke les aiguilles de combustible, une buse d'entrée qui supporte une section d'extrémité inférieure de ces aiguilles de combustible et un bouclier neutronique positionné au-dessous des aiguilles de combustible, et une section de sortie de fluide de refroidissement positionnée au-dessus de barres de combustible. Pendant ce temps, parmi les déchets radioactifs de 25 haute activité (HLW) générés lors du retraitement du combustible usé d'un réacteur nucléaire, les actinides mineurs (MA) présentent de la radioactivité pendant une longue période de temps, et des recherches ont été menées pour réduire la charge du site de rejet géologique et 30 réduire la charge environnementale en réduisant le degré de nocivité des HWL en recyclant les MA et la transformation nucléaire des MA dans le réacteur rapide et en augmentant le taux d'amortissement. Cependant, lorsque les MA sont chargés dans le coeur de réacteur du réacteur rapide, la réactivité du vide sodium (la réactivité accompagnant l'ébullition du Na liquide qui est le fluide de refroidissement) en lien avec la sécurité du réacteur tend à augmenter. Comme mesure de suppression de la réactivité du vide sodium, le document de K. Kawashima, K. Fujimura, « Advanced Design of the Axially Heterogeneous Core », Proceedings of International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles (FR91), page 3.3-1 à page 3.3-9, Kyoto, Japon, octobre 1991 (document non de brevet 1) a été proposé.

Dans le document non de brevet 1, la région de plénum sodium est agencée dans la partie supérieure dans la direction axiale du paquet d'aiguilles de combustible. La région de combustible d'un grand coeur de réacteur a la réactivité de vide sodium positive, tandis que la région de plénum sodium a la réactivité de vide sodium négative, et donc la réactivité de vide sodium effective du coeur de réacteur entier peut éventuellement être amenée à être négative par les vides de la région de plénum sodium au moment d'un phénomène transitoire tel que la perte de débit de fluide de refroidissement, et ainsi de suite. Cependant, lorsque la région de plénum sodium arrive à un état de vide de 100 %, l'écoulement du fluide de refroidissement (sodium liquide (Na)) de l'assemblage combustible est bloqué, la résistance à l'écoulement augmente, le débit diminue brusquement, et donc le vide peut éventuellement s'étendre à la région de combustible (en d'autres termes, la réactivité de vide sodium positive peut éventuellement augmenter). En tant que mesure pour éviter cela, le document de K. Sun, thèse de doctorat n° 5480 de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, « Analyse of Advanced Sodium-cooled Fast Reactor Designs with improved Safety Characteristics », page 116 à page 117 (2012) (document non de brevet 2) a été proposé. Dans le document non de brevet 2, il est décrit que 10 des ouvertures sont agencées dans la paroi latérale du tube enveloppe dans la zone de la région de combustible, les ouvertures des assemblages combustibles voisins sont agencées pour s'opposer les unes aux autres, l'écoulement de fluide de refroidissement est communiqué aux 15 assemblages combustibles adjacents à travers les ouvertures, un écoulement de dérivation est formé, et ainsi l'écoulement de fluide de refroidissement dans les assemblages combustibles ne peut pas être bloqué par les vides. 20 Cependant, dans le document non de brevet 2, toutes les surfaces latérales des six surfaces du tube enveloppe ayant une forme hexagonale en coupe transversale comportent une ouverture, et les ouvertures sont disposées dans la région de combustible. Par ailleurs, 25 parce que le débit du fluide de refroidissement par assemblage combustible est réparti de façon à être proportionnel à la sortie de l'assemblage combustible, dans l'assemblage combustible avec une sortie plus élevée, le débit du fluide de refroidissement est plus 30 grand, et la pression d'écoulement est plus élevée. Par conséquent, dans un assemblage combustible à faible sortie, il est possible qu'un écoulement de dérivation ne puisse pas être formé, que l'écoulement de fluide de refroidissement pour l'assemblage combustible soit bloqué, que le débit diminue brusquement, et que les vides s'étendent vers le bas dans la région de combustible qui a la réactivité de vide sodium positive. En d'autres termes, l'écoulement de fluide de refroidissement est bloqué par les vides générés dans le voisinage de l'extrémité supérieure dans la région de combustible, l'écoulement de fluide de refroidissement dans l'assemblage combustible est empêché, et l'augmentation de la réactivité de vide sodium positive ne peut pas être éliminée. Même lors du fonctionnement normal du réacteur rapide, parce que le débit du fluide de refroidissement s'écoulant dans l'assemblage combustible diffère en raison de la différence des sorties des assemblages combustibles contigus les uns aux autres, le fluide de refroidissement est dérivé de l'assemblage combustible à sortie élevée agencé dans la région de combustible vers l'ouverture de l'assemblage combustible à faible sortie. En d'autres termes, il est possible que le débit du fluide de refroidissement s'écoulant dans l'assemblage combustible à sortie élevée diminue, que la région dans le voisinage de l'extrémité supérieure de la région de combustible dans l'assemblage combustible présentant la température la plus élevée ne puisse pas être refroidie, et que la marge thermique de l'aiguille de combustible soit considérablement réduite.

Un objet de la présente invention est de fournir un assemblage combustible pour un réacteur rapide capable d'éviter le blocage de l'écoulement de fluide de refroidissement provoqué par les vides générés au moment du phénomène transitoire tel que la perte de débit de fluide de refroidissement, et ainsi de suite, et d'éviter la diminution de la marge thermique de l'aiguille de combustible lors du fonctionnement normal, et un coeur de réacteur chargé avec celui-ci. RESUME DE L'INVENTION Afin de résoudre le problème, l'assemblage combustible pour un réacteur rapide selon un aspect de la présente invention est un assemblage combustible pour un réacteur rapide avec une pluralité d'aiguilles de combustible remplies avec au moins une matière fissile en tant que combustible mises en paquet, stockées à l'intérieur d'un tube enveloppe, et chargées dans un coeur de réacteur du réacteur rapide, dans lequel chaque aiguille de combustible comporte une région de plénum gazeux dans la partie supérieure d'une région de combustible, et des ouvertures qui comprennent l'extrémité inférieure de la région de plénum gazeux et s'étendent vers la partie supérieure de celle-ci, sont prévues dans la paroi latérale du tube enveloppe. De préférence, une région de plénum sodium est formée dans la partie supérieure de la région de plénum gazeux, et l'extrémité supérieure de chaque ouverture est positionnée soit dans la région de plénum sodium, soit dans la région de plénum gazeux. La section transversale du tube enveloppe peut avoir 30 une forme hexagonale, et les ouvertures peuvent être formées dans une surface sur deux des parois latérales des six surfaces du tube enveloppe. La largeur de chaque ouverture dans la direction orthogonale au grand axe de l'assemblage combustible est avantageusement égale ou inférieure à la distance entre les centres des aiguilles de combustible périphériques les plus à l'extérieur disposées de manière la plus adjacente aux deux extrémités d'une paroi latérale où l'ouverture est formée.

Une tête de manipulation peut être prévue, laquelle est positionnée au niveau de la partie la plus haute de l'assemblage combustible et peut être un corps creux ayant une section transversale de forme hexagonale, et des marqueurs ayant une section transversale verticale de forme en retrait ou de forme en saillie peuvent être formés à des positions sur les surfaces supérieures de la tête de manipulation et correspondre aux surfaces latérales comportant les ouvertures. La section transversale du tube enveloppe a de préférence une forme hexagonale, les ouvertures étant prévues dans toutes les parois latérales des six surfaces du tube enveloppe, et chaque ouverture étant formée de manière à être décalée dans une même direction par rapport à la partie centrale de chaque paroi latérale dans la direction périphérique de la section transversale du tube enveloppe. Le coeur de réacteur d'un réacteur rapide selon un aspect de la présente invention est un coeur de réacteur d'un réacteur rapide comprenant une région interne de coeur de réacteur, une région externe de coeur de réacteur, et une région de réflecteur de neutrons dans la direction radiale et une région de bouclier neutronique dans la direction radiale qui entourent la région externe de coeur de réacteur, dans lequel une pluralité d'assemblages combustibles avec les aiguilles de combustible remplies avec au moins une matière fissile en tant que combustible mises en paquet et stockées à l'intérieur d'un tube enveloppe sont chargés dans la région interne de coeur de réacteur et la région externe de coeur de réacteur, chaque aiguille de combustible comporte une région de plénum gazeux dans la partie supérieure d'une région de combustible, et chaque assemblage combustible comporte des ouvertures qui comprennent l'extrémité inférieure de la région de plénum gazeux et s'étendent vers la partie supérieure de celle-ci dans la paroi latérale du tube enveloppe. Avantageusement, la section transversale du tube enveloppe a une forme hexagonale, les ouvertures sont formées dans une surface sur deux des parois latérales des six surfaces du tube enveloppe, et la pluralité d'assemblages combustibles sont disposés de manière adjacente de sorte que les ouvertures formées dans les parois latérales ne s'opposent pas les unes aux autres. La section transversale du tube enveloppe peut avoir une forme hexagonale, les ouvertures peuvent être formées dans toutes les parois latérales des six surfaces du tube enveloppe, chaque ouverture peut être formée de manière à être décalée dans une même direction par rapport à la partie centrale de chaque paroi latérale dans la direction périphérique de la section transversale du tube enveloppe, et la pluralité d'assemblages combustibles peut être disposée de manière adjacente de sorte que les ouvertures formées dans les parois latérales ne s'opposent pas les unes aux autres. Selon la présente invention, un assemblage combustible pour un réacteur rapide capable d'éviter le 5 blocage de l'écoulement de fluide de refroidissement provoqué par les vides générés au moment du phénomène transitoire tel que la perte de débit de fluide de refroidissement, et ainsi de suite, et d'éviter la diminution de la marge thermique de l'aiguille de 10 combustible lors du fonctionnement normal, et un coeur de réacteur chargé avec celui-ci peuvent être obtenus. Les problèmes, configurations et effets autres que ceux décrits ci-dessus seront clarifiés par la description de modes de réalisation ci-dessous. 15 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est une vue en coupe verticale de l'assemblage combustible en relation avec un mode de réalisation de la présente invention, et est une vue en 20 coupe partielle montrant la moitié supérieure dans la direction longitudinale. La figure 2 est une vue en coupe le long des flèches A-A de l'assemblage combustible montré sur la figure 1. La figure 3 est une vue de dessus de l'assemblage 25 combustible montré sur la figure 1. La figure 4 est une vue en coupe le long des flèches B-B de l'assemblage combustible montré sur la figure 3, et est un dessin montrant la structure supérieure d'une tête de manipulation. 30 La figure 5 est une vue en plan d'un coeur de réacteur d'un réacteur rapide chargé avec les assemblages combustibles montrés sur la figure 1, et est une vue en coupe montrant un état dans lequel trois unités des assemblages combustibles montrés sur la figure 2 sont disposées adjacentes les unes aux autres.

La figure 6 est une vue en coupe le long des flèches C-C de deux unités des assemblages combustibles montrés sur la figure 5, et est un dessin montrant l'écoulement périphérique et l'écoulement entre les tubes enveloppes des assemblages.

La figure 7 est une vue en coupe verticale d'un assemblage combustible en relation avec un autre mode de réalisation de la présente invention, et est une vue en coupe partielle montrant la structure de la moitié supérieure dans la direction longitudinale.

La figure 8 est une vue en coupe le long des flèches A-A de l'assemblage combustible montré sur la figure 7. La figure 9 est une vue de dessus de l'assemblage combustible montré sur la figure 7. La figure 10 est une vue en coupe le long des 20 flèches B-B de l'assemblage combustible montré sur la figure 9, et est un dessin montrant la structure supérieure d'une tête de manipulation. La figure 11 est une vue en plan d'un coeur de réacteur d'un réacteur rapide chargé avec les assemblages 25 combustibles montrés sur la figure 7, et est une vue en coupe montrant un état dans lequel trois unités des assemblages combustibles montrés sur la figure 8 sont disposées adjacentes les unes aux autres. 30 DESCRIPTION DETAILLEE DES MODES DE REALISATION PREFERES L'assemblage combustible selon un aspect de la présente invention est constitué d'aiguilles de combustible qui forment une région de combustible en stockant une pluralité de pastilles de combustible qui sont une matière fissile dans la direction longitudinale et comportent une région de plénum gazeux disposée à l'extrémité supérieure de la région de combustible, une région de plénum sodium qui regroupe en paquet une pluralité des aiguilles de combustible et qui est agencée au-dessus de l'extrémité supérieure du paquet d'aiguilles de combustible, un tube enveloppe qui regroupe en paquet les aiguilles de combustible, stocke la région de plénum gazeux et la région de plénum sodium, présente une forme en coupe hexagonale, et est constitué d'acier inoxydable, et une tête de manipulation qui permet l'insertion ou l'extraction dans ou du coeur de réacteur du réacteur rapide par une machine de manipulation de combustible. Les aiguilles de combustible sont introduites avec les pastilles de combustible dans des tubes de gainage en acier inoxydable, forment un espace dans la région de combustible, et constituent une région de plénum gazeux. Par ailleurs, des ouvertures sont agencées dans le tube enveloppe, l'extrémité inférieure des ouvertures est située à une position correspondant à l'extrémité inférieure de la région de plénum gazeux, et des sections d'ouvertures sont formées à partir de là vers le haut. En d'autres termes, les ouvertures sont formées de façon à inclure l'extrémité inférieure de la région de plénum gazeux et à s'étendre vers le haut à partir de celle-ci.

Parce que l'extrémité inférieure des ouvertures est située à une position correspondant à l'extrémité inférieure de la région de plénum gazeux et est formée de manière à ne pas se superposer avec la région de combustible comme décrit ci-dessus, le fluide de refroidissement s'écoulant dans l'assemblage combustible à partir de la partie inférieure de celle-ci vers le haut peut s'écouler sûrement vers l'extrémité supérieure de la région de combustible même dans un état de fonctionnement normal du réacteur rapide, et l'extrémité supérieure de la région de combustible où la température des tubes de gainage des aiguilles de combustible est la plus élevée peut être refroidie. Ainsi, même dans l'état de fonctionnement normal, la diminution de la marge thermique des aiguilles de combustible peut être évitée. En ce qui concerne le fluide de refroidissement, bien qu'un métal liquide tel que le Na ou le Pb soit utilisé, une description va être donnée ci-dessous d'un exemple d'un cas d'utilisation de sodium liquide en tant que fluide de refroidissement. Des modes de réalisation de la présente invention 20 vont être décrits ci-dessous, à l'aide des dessins. (Mode de réalisation 1) La figure 1 montre une vue en coupe verticale de l'assemblage combustible d'un mode de réalisation de la présente invention, en particulier une vue en coupe 25 partielle montrant la moitié supérieure dans la direction longitudinale lors du chargement dans le coeur de réacteur du réacteur rapide. Comme montré sur la figure 1, un assemblage combustible 1 est constitué d'aiguilles de combustible 17 qui constituent une région de combustible 30 18 en stockant une pluralité de pastilles de combustible qui sont une matière fissile dans la direction longitudinale et comportent une région de plénum gazeux 16 disposée à l'extrémité supérieure de la région de combustible 18, une région de plénum sodium 15 est agencée au-dessus de l'extrémité supérieure du groupe d'aiguilles de combustible, un bouclier neutronique 14 disposé au-dessus de la région de plénum sodium 15, un tube enveloppe 12 qui met en paquet les aiguilles de combustible 17, stocke le bouclier neutronique 14, présente une forme hexagonale en coupe, et est constitué d'acier inoxydable, et une tête de manipulation 11 qui est agencée au-dessus du bouclier neutronique 14 et permet l'insertion ou l'extraction dans ou d'un coeur de réacteur 101 (fig. 5) du réacteur rapide par une machine de manipulation de combustible. Les aiguilles de combustible 17 sont introduites avec les pastilles de combustible dans les tubes de gainage en acier inoxydable, forment un espace au niveau de la région de combustible 18, et constituent la région de plénum gazeux 16. La région de plénum gazeux 16 fonctionne comme un espace stockant le gaz généré par la fission nucléaire, ou un réservoir de gaz. Bien que cela soit omis sur la figure 1, l'assemblage combustible 1 comporte un bouclier neutronique qui est disposé à l'extrémité inférieure des aiguilles de combustible 17 et une buse d'entrée qui supporte le bouclier neutronique et introduit du sodium liquide (Na) qui est un fluide de refroidissement au-dessous de la région de combustible 18 en plus de ce qui précède. Le fluide de refroidissement introduit à partir de la buse d'entrée refroidit la chaleur générée par la fission nucléaire en s'écoulant vers le haut dans la direction longitudinale à l'intérieur de l'assemblage combustible 1 qui est entre la pluralité des aiguilles de combustible 17 et entre les aiguilles de combustible 17 périphériques les plus à l'extérieur et la paroi interne du tube enveloppe 12. Comme montré sur la figure 1, la partie supérieure de la tête de manipulation 11 a une forme creuse, de forme hexagonale en coupe comme le tube enveloppe 12, et comporte une section de renfoncement en forme de coin de tête de manipulation 22 qui forme un renfoncement d'une forme de coin au-dessous d'une surface supérieure de tête de manipulation 21 espacée d'une distance prédéterminée. Parce que la tête de manipulation 11 présente une telle forme, en insérant la section d'extrémité avant de la machine de manipulation de combustible dans la tête de manipulation 11 à partir du dessus et en ouvrant la section d'extrémité avant, la section d'extrémité avant de la machine de manipulation de combustible et la section de renfoncement en forme de coin de tête de manipulation 22 s'ajustent l'une avec l'autre, et l'extraction de l'assemblage combustible 1 du coeur de réacteur 101 du réacteur rapide devient possible. Par ailleurs, en tant que pastille de combustible, par exemple, un combustible à mélange d'oxydes (MOX) obtenu en mélangeant de l'uranium appauvri (U-238) avec du plutonium enrichi, de l'oxyde de plutonium (PuO2), et de l'oxyde d'uranium appauvri (UO2) est utilisé. Comme montré sur la figure 1, des ouvertures 13 sont agencées dans le tube enveloppe 12. L'extrémité 30 inférieure des ouvertures 13 est située à une position correspondant à l'extrémité inférieure de la région de plénum gazeux 16, et des sections d'ouvertures sont formées à partir de là vers le haut. En d'autres termes, les ouvertures 13 sont formées de manière à inclure l'extrémité inférieure de la région de plénum gazeux 16 et à s'étendre vers le haut à partir de celle-ci. Bien qu'un exemple de formation des ouvertures 13 dans la plage de la région de plénum gazeux 16 soit montré sur la figure 1, la présente invention n'est pas limitée à celui-ci, et l'extrémité supérieure des ouvertures 13 peut être formée également de façon à s'étendre à l'intérieur de la plage de la région de plénum sodium 15. Parce que l'extrémité inférieure des ouvertures 13 est située à une position correspondant à l'extrémité inférieure de la région de plénum gazeux 16 et est formée de manière à ne pas se superposer avec la région de combustible 18, comme décrit ci-dessus, le fluide de refroidissement qui s'écoule dans l'assemblage combustible 1 de la partie inférieure de celui-ci vers le haut peut s'écouler sûrement vers l'extrémité supérieure de la région de combustible 18 même dans un état de fonctionnement normal du réacteur rapide, et l'extrémité supérieure de la région de combustible 18 où la température des tubes revêtus des aiguilles de combustible 17 est la plus élevée peut être refroidie.

Ainsi, même dans l'état de fonctionnement normal, la diminution de la marge thermique des aiguilles de combustible peut être évitée. La figure 2 montre une vue en coupe le long des flèches A-A de l'assemblage combustible d'un mode de 30 réalisation de la présente invention montré sur la figure 1. Cette vue en coupe montre la section transversale au niveau de la région de plénum gazeux 16, les aiguilles de combustible 17 sont disposées densément dans le tube enveloppe 12 ayant une forme hexagonale en coupe, et l'ensemble de celles-ci prend une forme de treillis triangulaire. Dans le tube enveloppe 12 qui forme les parois latérales des six surfaces de l'assemblage combustible 1, les ouvertures 13 sont agencées toutes les deux surfaces comme montré sur la figure 2. En d'autres termes, les parois latérales comportant les ouvertures 13 sont disposées de façon à ne pas être contiguës les unes aux autres. La largeur W1 (la largeur dans la direction orthogonale au grand axe de l'assemblage combustible 1) des ouvertures 13 peut être élargie à W2 au maximum, c'est-à-dire à la distance entre les centres des deux aiguilles de combustible 17 périphériques les plus à l'extérieur disposées dans le coin parmi les aiguilles de combustible 17 périphériques les plus à l'extérieur. Par ailleurs, la largeur minimum des ouvertures 13 n'est pas particulièrement limitée, et devrait simplement être une largeur telle que permettant d'assurer un écoulement de dérivation dans lequel le fluide de refroidissement s'écoule à l'extérieur de l'assemblage combustible 1 à travers les ouvertures 13. De plus, comme décrit ci-dessus, dans un état dans lequel l'assemblage combustible 1 est chargé dans le coeur de réacteur 101, les passages d'écoulement du fluide de refroidissement sont formés dans lesquels le fluide de refroidissement s'écoule entre la pluralité des aiguilles de combustible 17 dans l'assemblage combustible 1 et entre les aiguilles de combustible 17 périphériques les plus à l'extérieur et la paroi interne du tube enveloppe 12 vers le haut dans la direction longitudinale. L'écoulement du fluide de refroidissement communiquant travers le passage d'écoulement formé entre les aiguilles de combustible 17 périphériques les plus à l'extérieur et la paroi interne du tube enveloppe 12 parmi ces passages d'écoulement est appelé écoulement périphérique d'assemblage (le détail de celui-ci sera décrit ci-dessous) dans la présente spécification. La figure 3 montre une vue de dessus de l'assemblage combustible 1 montré sur la figure 1, et la figure 4 est une vue en coupe le long des flèches B-B de l'assemblage combustible montré sur la figure 3 et montre la structure supérieure de la tête de manipulation 11. Sur la figure 3, afin de faciliter la compréhension de la relation de disposition de la surface supérieure de tête de manipulation 21 et de la section de renfoncement en forme de coin de tête de manipulation 22, et des aiguilles de combustible 17, la position de disposition des aiguilles de combustible 17 est montrée par la ligne en pointillés.

Comme montré sur la figure 3, des marqueurs 23 généralement en forme de croix sont agencés à trois emplacements de la surface supérieure de tête de manipulation 21. Les positions des marqueurs 23 correspondent aux parois latérales du tube enveloppe 12 comportant les ouvertures 13 montrées sur la figure 2. Par ailleurs, ces marqueurs 23 sont formés en tant que protubérances ayant une section verticale de forme en saillie comme montré sur le dessin du haut de la figure 4 ou en tant que rainures ayant une section verticale d'une forme en creux comme montré sur le dessin du bas de la figure 4. Ces marqueurs 23 permettent de saisir la position de la paroi latérale du tube enveloppe 12 comportant l'ouverture 13 au moment de l'insertion de l'assemblage combustible 1 par la machine de manipulation de combustible dans le coeur de réacteur 101 décrit ci- dessous, et l'opérabilité peut être améliorée. Le coeur de réacteur 101 du réacteur rapide est rempli avec le sodium liquide qui est le fluide de refroidissement. Bien que les marqueurs 23 ne puissent pas être confirmés visuellement par l'opérateur, les marqueurs 23 peuvent être facilement confirmés par imagerie par ultrasons, et l'opérabilité au moment de l'échange du combustible peut ainsi être améliorée. La forme du marqueur 23 n'est pas limitée à une forme généralement en croix, et peut être n'importe 15 quelle forme en coupe de forme généralement circulaire ou de forme rectangulaire. Ensuite, le coeur de réacteur du réacteur rapide dans lequel les assemblages combustibles 1 sont chargés va être décrit. La figure 5 est une vue en plan du coeur de 20 réacteur 101 du réacteur rapide chargé avec les assemblages combustibles 1 montrés sur la figure 1, et est une vue en coupe latérale montrant un état dans lequel trois unités des assemblages combustibles 1 montrés sur la figure 2 sont disposées de manière 25 adjacente les unes aux autres. Le coeur de réacteur 101 du réacteur rapide est disposé dans une cuve de réacteur (non montrée), et comprend une région interne de coeur de réacteur 102, une région de coeur de réacteur comprenant une région externe de coeur de réacteur 103 qui entoure la 30 région interne de coeur de réacteur 102, une région de réflecteur de neutrons dans la direction radiale 104, une région de bouclier neutronique dans la direction radiale 105, et des barres de commande 106. Dans la direction radiale du coeur de réacteur 101, la région de réflecteur de neutrons dans la direction radiale 104 entoure la région de coeur de réacteur et est contiguë à la région de combustible de coeur de réacteur, et la région de bouclier neutronique dans la direction radiale 105 entoure la région de réflecteur de neutrons dans la direction radiale 104.

Dans la région de coeur de réacteur (y compris la région interne de coeur de réacteur 102 et la région externe de coeur de réacteur 103) du coeur de réacteur 101, une pluralité d'unités d'assemblages combustibles 1 contenant le combustible MOX sont chargées, et des barres de commande 106 utilisées pour démarrer et arrêter le réacteur rapide et pour ajuster la sortie sont chargées. La barre de commande 106 comprend une pluralité de barres d'absorption de neutrons obtenues en introduisant des pastilles de carbure de bore (B4C) dans le tube de gainage en acier inoxydable. Comme montré sur le dessin du bas de la figure 5, trois unités d'assemblages combustibles la, lb, le disposées de manière adjacente les unes aux autres sont disposées de sorte que les ouvertures 13 respectivement agencées dans les parois latérales du tube enveloppe 12 ne s'opposent pas les unes aux autres (ou ne se font pas face). Par ailleurs, un espace entre tubes enveloppes 19 est formé qui est l'espace entre les parois externes des parois latérales qui s'opposent l'une à l'autre parmi les parois latérales des tubes enveloppes 12 de l'assemblage combustible la et de l'assemblage combustible lb. D'une manière similaire, les espaces entre tubes enveloppes 19 sont formés également entre l'assemblage combustible la et l'assemblage combustible lc et entre l'assemblage combustible lb et l'assemblage combustible lc. Cet espace 5 entre tubes enveloppes 19 devient un passage d'écoulement du fluide de refroidissement qui s'écoule vers le haut dans la direction axiale du coeur de réacteur dans le coeur de réacteur 101, et l'écoulement du fluide de refroidissement qui communique dans l'espace entre tubes 10 enveloppes 19 est appelé un écoulement entre tubes enveloppes dans la présente spécification. La figure 6 est une vue en coupe le long des flèches C-C des deux unités des assemblages combustibles montrés sur la figure 5, et est un dessin montrant un écoulement 15 périphérique d'assemblage 31 et un écoulement entre tubes enveloppes 32. Comme montré sur la figure 6, l'écoulement périphérique d'assemblage 31 dans l'assemblage combustible la s'écoule vers le haut dans la direction longitudinale à travers le passage d'écoulement formé 20 entre l'aiguille de combustible 17 périphérique la plus à l'extérieur et la paroi interne du tube enveloppe 12, passe à travers la région de combustible 18, et s'écoule ensuite dans l'espace entre tubes enveloppes 19 à travers l'ouverture 13. A ce moment, parce que l'ouverture 13 25 n'est pas formée dans la paroi latérale du tube enveloppe 12 de l'assemblage combustible lb qui s'oppose à l'ouverture 13 de l'assemblage combustible la, l'écoulement périphérique d'assemblage 31 qui s'est écoulé hors de l'espace entre tubes enveloppes 19 devient 30 l'écoulement entre tubes enveloppes 32, et s'écoule vers la direction de sortie d'assemblage (vers le haut dans la direction longitudinale de l'assemblage combustible 1). Comme décrit ci-dessus, dans le présent mode de réalisation, afin d'obtenir l'écoulement de dérivation pour éviter le blocage de l'écoulement de fluide de refroidissement par les vides générés au moment d'un phénomène transitoire tel que la perte de débit de fluide de refroidissement, et ainsi de suite, pour tous les assemblages combustibles 1 chargés dans le coeur de réacteur 101, la configuration est telle que l'écoulement de dérivation est formé par l'écoulement périphérique d'assemblage 31 et l'écoulement entre tubes enveloppes 32. Comme décrit ci-dessus, l'écoulement périphérique d'assemblage 31 est un écoulement le long du passage d'écoulement formé entre les aiguilles de combustible 17 périphériques les plus à l'extérieur et la paroi interne du tube enveloppe 12, la zone de passage d'écoulement est plus grande (la résistance du passage à l'écoulement est plus faible) par rapport aux passages d'écoulement formés entre les aiguilles de combustible 17 disposées au centre de l'assemblage combustible 1 comme montré sur la figure 2 ou la figure 5, et, parce qu'un côté de celui-ci vient en contact avec le tube enveloppe 12 qui est un corps non chauffant, la température du fluide de refroidissement est faible. Par conséquent, dans les passages d'écoulement où l'écoulement périphérique d'assemblage 31 communique, la formation de vide est retardée par rapport au passage d'écoulement au centre, et l'écoulement périphérique d'assemblage 31 est maintenu en tant qu'écoulement en phase liquide ou en tant qu'écoulement à deux phases. Par ailleurs, parce que l'aiguille de combustible 17 périphérique la plus à l'extérieur qui est la plus proche de la paroi interne du tube enveloppe 12 qui a une conductivité thermique élevée est refroidie par l'écoulement entre tubes enveloppes 32, même lorsque le vide peut être généré, le vide ne s'étend pas à la région où l'aiguille de combustible 17 périphérique la plus à l'extérieur est disposée par l'écoulement périphérique d'assemblage 31 et l'écoulement entre tubes enveloppes 32.

Selon le présent mode de réalisation, un assemblage combustible pour un réacteur rapide capable d'éviter le blocage de l'écoulement de fluide de refroidissement provoqué par les vides générés au moment du phénomène transitoire tel que la perte de débit de fluide de refroidissement, et ainsi de suite, et d'éviter la diminution de la marge thermique de l'aiguille de combustible en fonctionnement normal et un coeur de réacteur chargé avec celui-ci peuvent être obtenus. Selon le présent mode de réalisation, même lorsque la région de plénum sodium 15 arrive à un état de vide de 100 %, parce que la région de combustible 18 dans l'assemblage combustible 1 est refroidie par l'écoulement de dérivation formé par l'écoulement périphérique d'assemblage 31 et l'écoulement entre tubes enveloppes 32, il est possible d'éviter que le vide s'étende à la région de combustible 18. Ainsi, la réactivité effective du vide sodium devient négative, et la sécurité du réacteur rapide peut être améliorée. Selon le présent mode de réalisation, par imagerie 30 par ultrasons et avec référence aux marqueurs 23 agencés dans la surface supérieure de tête de manipulation 21, l'opérabilité de l'échange de l'assemblage combustible 1 peut être améliorée. [Mode de réalisation 2] La figure 7 montre une vue en coupe verticale d'un assemblage combustible en relation avec le mode de réalisation 2 et en particulier montre une vue en coupe partielle montrant la moitié supérieure dans la direction longitudinale alors que l'assemblage combustible est chargé dans le coeur de réacteur du réacteur rapide. Les éléments constitutifs similaires à ceux du mode de réalisation 1 sont indiqués par les mêmes symboles de référence. Bien que les ouvertures 13 soient agencées dans une surface sur deux des parois latérales des six surfaces de l'assemblage combustible 1 du mode de réalisation 1, le présent mode de réalisation diffère dans le fait que les ouvertures 13 sont agencées dans toutes les parois latérales des six surfaces. Comme montré sur la figure 7, de façon similaire au mode de réalisation 1, l'assemblage combustible 1 est constitué d'aiguilles de combustible 17 qui constituent la région de combustible 18 en stockant une pluralité de pastilles de combustible qui sont une matière fissile dans la direction longitudinale et dont la région de plénum gazeux 16 est disposée à l'extrémité supérieure de la région de combustible 18, la région de plénum sodium 15 est agencée au-dessus de l'extrémité supérieure du paquet d'aiguilles de combustible, le bouclier neutronique 14 est disposé au-dessus de la région de plénum sodium 15, le tube enveloppe 12 qui regroupe en paquet les aiguilles de combustible 17 stocke le bouclier neutronique 14, a une forme hexagonale en coupe, et est réalisé en acier inoxydable, et la tête de manipulation 11 est agencée au-dessus du bouclier neutronique 14 et permet l'insertion ou l'extraction dans ou hors du coeur de réacteur 101 (fig. 11) du réacteur rapide par une machine de manipulation de combustible. Par ailleurs, les ouvertures 13 sont agencées dans le tube enveloppe 12, l'extrémité inférieure des ouvertures 13 est située à une position correspondant à l'extrémité inférieure de la région de plénum gazeux 16, et les ouvertures 13 sont formées de manière à s'étendre vers le haut à partir de là jusqu'à ce qu'elles atteignent une partie de la région de plénum sodium 15. Parce que l'extrémité inférieure des ouvertures 13 est située à une position correspondant à l'extrémité inférieure de la région de plénum gazeux 16 et est formée de manière à ne pas se superposer avec la région de combustible 18 comme décrit ci-dessus, le fluide de refroidissement qui s'écoule dans l'assemblage combustible 1 de la partie inférieure de celui-ci vers le haut peut sûrement s'écouler vers l'extrémité supérieure de la région de combustible 18 même dans un état de fonctionnement normal du réacteur rapide, et l'extrémité supérieure de la région de combustible 18 où la température des tubes de gainage des aiguilles de combustible 17 est la plus élevée peut être refroidie. Ainsi, même dans l'état de fonctionnement normal, la diminution de la marge thermique des aiguilles de combustible peut être évitée. La figure 8 montre une vue en coupe le long des 30 flèches A-A de l'assemblage combustible d'un mode de réalisation de la présente invention montré sur la figure 7. Comme montré sur la figure 8, les ouvertures 13 sont agencées dans toutes les surfaces latérales du tube enveloppe 12 qui forment les parois latérales des six surfaces de l'assemblage combustible 1. Ces ouvertures 13 sont agencées de manière à être décalées vers un côté par rapport au centre de la paroi latérale respectivement. Par ailleurs, en ce qui concerne la direction de décalage vers un côté, les ouvertures 13 sont décalées vers un côté dans la direction périphérique inverse des aiguilles d'une montre de la forme hexagonale en coupe dans les six surfaces comme montré sur la figure 8. En ce qui concerne la largeur de l'ouverture 13 dans la direction orthogonale au grand axe de l'assemblage combustible 1, l'ouverture 13 est formée de sorte qu'une extrémité soit décalée par rapport au centre de la paroi latérale d'une distance prédéterminée et que l'autre extrémité soit située dans une plage jusqu'à une position qui correspond au centre d'une unité de l'aiguille de combustible 17 périphérique la plus à l'extérieur disposée dans le coin parmi les aiguilles de combustible 17 périphériques les plus à l'extérieur. Par ailleurs, la direction de décalage des ouvertures 13 vers un côté par rapport au centre de chaque paroi latérale devrait juste être une même direction pour la totalité des six surfaces dans la direction périphérique, et il peut également s'agir de la direction opposée à la direction montrée sur la figure 8 qui est la direction périphérique dans le sens des aiguilles d'une montre. La figure 9 est une vue de dessus de l'assemblage 30 combustible montré sur la figure 7, et la figure 10 est une vue en coupe le long des flèches B-B de l'assemblage combustible montré sur la figure 9 et montre la structure supérieure de la tête de manipulation. Comme montré sur la figure 9 et la figure 10, les marqueurs 23 généralement en forme de cercle sont agencés à six emplacements de la surface supérieure de tête de manipulation 21. Les positions de ces marqueurs 23 correspondent aux ouvertures 13. Par imagerie par ultrasons des marqueurs 23 de manière similaire au mode de réalisation 1, les positions des ouvertures 13 agencées dans les parois latérales des six surfaces du tube enveloppe 12 peuvent être saisies. Toutefois, dans le présent mode de réalisation, les marqueurs 23 ne doivent pas nécessairement être disposés comme décrit ci-dessous.

Ensuite, le coeur de réacteur du réacteur rapide chargé avec les assemblages combustibles 1 du présent mode de réalisation va être décrit. La figure 11 est une vue en plan du coeur de réacteur du réacteur rapide chargé avec les assemblages combustibles montrés sur la figure 7, et est une vue en coupe montrant un état dans lequel trois unités des assemblages combustibles montrés sur la figure 8 sont disposées adjacentes les unes aux autres. Parce que la structure du coeur de réacteur 101 du réacteur rapide montrée sur le dessin du haut de la figure 11 est similaire à celle du mode de réalisation 1, sa description sera omise. Comme montré sur le dessin du bas de la figure 11, en ce qui concerne les 3 unités des assemblages combustibles la, lb, le agencées de manière adjacente les unes aux autres, les ouvertures 13 agencées dans les parois latérales des six surfaces des tubes enveloppes 12 respectifs sont formées de manière à être décalées vers un côté par rapport au centre des parois latérales respectives dans la direction inverse des aiguilles d'une montre dans la direction périphérique de la section transversale des assemblages combustibles la, lb, lc. Par conséquent, les ouvertures 13 formées dans les parois latérales qui s'opposent l'une à l'autre parmi les parois latérales de l'assemblage combustible la et de l'assemblage combustible lb ne s'opposent pas les unes aux autres, parce qu'elles sont décalées vers un côté dans les directions opposées par rapport au centre de la paroi latérale. Lorsque toutes les ouvertures 13 formées dans les parois latérales des six surfaces de tous les assemblages combustibles chargés dans le coeur de réacteur 101 sont décalées dans la même direction par rapport au centre de la paroi latérale dans la direction périphérique de la section transversale, les assemblages combustibles 1 peuvent être chargés dans le coeur de réacteur 101 sans tenir compte de la position des ouvertures 13. Par conséquent, par rapport au mode de réalisation 1, l'opérabilité du chargement des assemblages combustibles 1 dans le coeur de réacteur 101 s'améliore encore. Ici, la formation de l'écoulement de dérivation par l'écoulement périphérique d'assemblage 31 et l'écoulement entre tubes enveloppes 32 dans le présent mode de réalisation va être décrite. Bien que l'écoulement périphérique d'assemblage 31 et l'écoulement entre tubes enveloppes 32 ne soient pas illustrés sur le dessin du bas de la figure 11, par exemple, l'écoulement périphérique d'assemblage 31 s'écoule dans l'espace entre tubes enveloppes 19 à travers l'ouverture 13 formée dans la paroi latérale de l'assemblage combustible la qui s'oppose à l'assemblage combustible lb. A ce moment, parce que l'ouverture 13 formée dans la paroi latérale de l'assemblage combustible lb est décalée vers un côté, vers le côté opposé du centre de la paroi latérale de celui-ci, en général la totalité ou la majeure partie de l'écoulement périphérique d'assemblage 31 qui s'est écoulé vers l'espace entre tubes enveloppes 19 devient l'écoulement entre tubes enveloppes 32 sans s'écouler dans l'ouverture 13 de l'assemblage combustible lb, et s'écoule vers la sortie de l'assemblage (dans la direction longitudinale de l'assemblage combustible 1). Selon le présent mode de réalisation, un assemblage combustible pour un réacteur rapide capable d'éviter le blocage de l'écoulement de fluide de refroidissement provoqué par les vides générés au moment du phénomène transitoire tel que la perte de débit de fluide de refroidissement, et ainsi de suite, et d'éviter la diminution de la marge thermique de l'aiguille de combustible en fonctionnement normal et un coeur de réacteur chargé avec celui-ci peuvent être obtenus. Selon le présent mode de réalisation, en plus de l'effet du mode de réalisation 1, parce que le chargement dans le coeur du réacteur devient possible sans tenir compte de la position de l'ouverture formée dans la paroi latérale de l'assemblage combustible, l'opérabilité est encore améliorée par rapport au mode de réalisation 1. Bien que les assemblages combustibles comportant 37 30 éléments des aiguilles de combustible par assemblage combustible soient utilisés dans le mode de réalisation 1 et le mode de réalisation 2, la présente invention n'est pas limitée à ceux-ci, et peut être appliquée de manière similaire à de grands assemblages combustibles qui augmentent encore le nombre d'éléments de l'aiguille de combustible stockés. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus, et diverses modifications sont incluses dans celle-ci. Par exemple, les modes de réalisation décrits ci-dessus ont été décrits en détail pour faciliter la compréhension de la présente invention, et la présente invention n'est pas nécessairement limitée à ceux présentant toutes les configurations décrites. En outre, une partie de la configuration d'un mode de réalisation peut être substituée à une configuration d'un autre mode de réalisation, et il est également possible d'ajouter une configuration d'un autre mode de réalisation à une configuration d'un mode de réalisation. En outre, en ce qui concerne une partie de chaque mode de réalisation, il est possible d'effectuer l'ajout d'autres configurations, une suppression et un remplacement.

Claims

REVENDICATIONS1. Assemblage combustible (1 ; la ; lb ; 1c) pour un réacteur rapide avec une pluralité d'aiguilles de combustible (17) remplies avec au moins une matière fissile en tant que combustible mises en paquet, stockées à l'intérieur d'un tube enveloppe (12), et chargées dans un coeur de réacteur (101) du réacteur rapide, caractérisé en ce que chaque aiguille de combustible (17) comporte une région de plénum gazeux (16) dans la partie supérieure d'une région de combustible, et en ce que des ouvertures qui comprennent l'extrémité inférieure de la région de plénum gazeux (16) et 15 s'étendent vers la partie supérieure de celle-ci, sont prévues dans la paroi latérale du tube enveloppe (12).
2. Assemblage combustible pour un réacteur rapide selon la revendication 1, dans lequel une région de plénum sodium (15) est formée dans la 20 partie supérieure de la région de plénum gazeux (16), et l'extrémité supérieure de chaque ouverture est positionnée soit dans la région de plénum sodium (15), soit dans la région de plénum gazeux (16).
3. Assemblage combustible pour un réacteur rapide 25 selon la revendication 1, dans lequel la section transversale du tube enveloppe (12) a une forme hexagonale, et les ouvertures sont formées dans une surface sur deux des parois latérales des six surfaces du tube 30 enveloppe.
4. Assemblage combustible pour un réacteur rapide selon la revendication 3, dans lequel la largeur de chaque ouverture dans la direction orthogonale au grand axe de l'assemblage combustible est égale ou inférieure à la distance entre les centres des aiguilles de combustible périphériques les plus à l'extérieur disposées de manière la plus adjacente aux deux extrémités d'une paroi latérale où l'ouverture est formée.
5. Assemblage combustible pour un réacteur rapide selon la revendication 3, dans lequel une tête de manipulation (11) est prévue, laquelle est positionnée au niveau de la partie la plus haute de l'assemblage combustible et est un corps creux ayant une 15 section transversale de forme hexagonale, et des marqueurs (23) ayant une section transversale verticale de forme en retrait ou de forme en saillie sont formés à des positions sur les surfaces supérieures de la tête de manipulation (11) et correspondent aux surfaces 20 latérales comportant les ouvertures.
6. Assemblage combustible pour un réacteur rapide selon la revendication 1, dans lequel la section transversale du tube enveloppe a une forme hexagonale, 25 les ouvertures sont prévues dans toutes les parois latérales des six surfaces du tube enveloppe, et chaque ouverture est formée de manière à être décalée dans une même direction par rapport à la partie centrale de chaque paroi latérale dans la direction 30 périphérique de la section transversale du tube enveloppe.
7. Coeur de réacteur d'un réacteur rapide, comprenant : une région interne de coeur de réacteur (102) ; une région externe de coeur de réacteur (103) ; et une région de réflecteur de neutrons (104) dans la direction radiale et une région de bouclier neutronique (105) dans la direction radiale qui entourent la région externe de coeur de réacteur (103), caractérisé en ce que une pluralité d'assemblages combustibles avec une 10 pluralité d'aiguilles de combustible (17) remplies avec au moins une matière fissile en tant que combustible mises en paquet et stockées dans un tube enveloppe (12) sont chargés dans la région interne de coeur de réacteur (102) et la région externe de coeur de réacteur (103), 15 chaque aiguille de combustible (17) comporte une région de plénum gazeux (16) dans la partie supérieure d'une région de combustible, et chaque assemblage combustible comporte des ouvertures (13) qui incluent l'extrémité inférieure de la 20 région de plénum gazeux (16) et s'étendent vers l'extrémité supérieure de celle-ci dans la paroi latérale du tube enveloppe (12).
8. Coeur de réacteur d'un réacteur rapide selon la revendication 7, dans lequel 25 la section transversale du tube enveloppe (12) a une forme hexagonale, les ouvertures sont formées dans une surface sur deux des parois latérales des six surfaces du tube enveloppe (12), et 30 la pluralité d'assemblages combustibles sont disposés de manière adjacente de sorte que les ouverturesformées dans les parois latérales ne s'opposent pas les unes aux autres.
9. Coeur de réacteur d'un réacteur rapide selon la revendication 7, dans lequel la section transversale du tube enveloppe (12) a une forme hexagonale, les ouvertures sont formées dans toutes les parois latérales des six surfaces du tube enveloppe (12), chaque ouverture est formée de manière à être décalée dans une même direction par rapport à la partie centrale de chaque paroi latérale dans la direction périphérique de la section transversale du tube enveloppe (12), et la pluralité d'assemblages combustibles sont 15 disposés de manière adjacente de sorte que les ouvertures formées dans les parois latérales ne s'opposent pas les unes aux autres.