WO2017077225A1 - Assembly for minor actinide transmutation - Google Patents

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WO2017077225A1
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outer tube
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fuel
central shaft
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Laurent Buiron
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Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the present invention relates to an assembly for a nuclear reactor, and preferably for fast neutron nuclear reactor cooled by a liquid metal.
  • the present invention particularly relates to an assembly for the transmutation of minor actinides in such a reactor.
  • the present invention also relates to a reactor comprising such an assembly.
  • a nuclear reactor comprises a reactor core 1.
  • the reactor core 1 comprises juxtaposed fuel assemblies 2.
  • Each fuel assembly 2 comprises a tube 3 in which fuel rods 4 are arranged.
  • the tube extends along a reference axis X.
  • Each fuel rod 4 also extends along the reference axis X.
  • Each fuel rod 4 generally comprises three zones:
  • an upper zone 7 comprising an upper expansion vessel 9 and
  • a lower zone 8 comprising a lower expansion vessel 10.
  • Expansion tanks are needed to receive the gases formed during fission. However, they limit the space available for the fuel in each pencil.
  • the composition of the fuel contained in the rods varies according to the region of the reactor core in which the rod is located.
  • the reactor core comprises a central region January 1 in which the rods contain mainly fissile material.
  • This central region 11 may be surrounded by a peripheral region 12 in which the pencils contain minor actinides for transmutation in heterogeneous mode. Transmutation transforms minor actinides with a very long half-life into stable elements or shorter half-lives.
  • the minor actinides are placed in assemblies of the peripheral region 12. This peripheral region receives neutrons not absorbed by the central region 1 1 of the heart. Minor actinides then absorb some of these neutrons, leading to changes in their radioactive characteristics or to a fission reaction. Minor actinides are then transformed into stable elements or with a shorter half-life.
  • the assemblies of the prior art are cooled by a liquid metal circulating in the spaces between the fuel rods.
  • thermal energy called residual power
  • the assemblies can not be handled until this residual power has passed under a threshold power.
  • the residual power decreases more or less quickly depending on the elements formed during transmutation. These elements can be different from one pencil to another of the same assembly. In order to be able to shorten the handling times of the assemblies, it would be advantageous to be able to handle the rods separately according to their residual power.
  • the invention aims to overcome the drawbacks of the state of the art by proposing an assembly that allows a uniform exposure of the neutron fuel and which saves time during the handling of the assembly.
  • Another object of the invention is to propose an assembly which allows a greater latitude in the choice of the fuel geometry used and in the choice of the composition of the fuel used.
  • the invention proposes to segment the assembly transversely into several superimposed disks.
  • the needle beam of the prior art is therefore replaced by a stack of sealed fuel disks. These disks are encased on a central shaft that can be rotated to rotate the disks. It is thus possible to homogeneously expose the fuel contained in these discs.
  • the invention proposes to pass the heat transfer fluid in channels that pass through the elementary components of the assembly which are here the fuel discs.
  • a first aspect of the invention relates to a fuel assembly for reactor cooled by a liquid metal, the assembly comprising:
  • a central shaft extending along the reference axis, the central shaft comprising a lower end fixed to the rotary base
  • each cylindrical housing comprising a casing pierced by a central sealed orifice through which the central shaft passes, each envelope defining at least one cavity containing a combustible material, each envelope being traversed by conduits; extending axially, each duct being adapted to to be crossed by the liquid metal.
  • This new assembly geometry makes it possible to homogenize the amount of neutrons received by the fuel contained in the assembly by rotating the cylindrical housings on themselves at regular time intervals. In addition, it allows to separate the assembly into sub-parts, cylindrical housings, which reduces the handling time. In fact, the cylindrical housings have a unit residual power less than the residual power of the assembly so that they can be handled earlier than the assembly.
  • the assembly according to the first aspect of the invention may also have one or more of the following features taken individually or in any technically possible combination.
  • the combustible material is in granular form. Storing the fuel in granular form in a sealed envelope allows greater flexibility in storing the fuel since it can be stored in various geometric forms, for example in the form of powder, beads, spheres. ... and in various chemical compositions, such as, for example, in the form of oxide, metal, carbide, nitride, etc. It is also possible to vary the composition of the fuel from one cylindrical housing to the other .
  • each cavity contains an inert gas so as to fill the free spaces between fuel grains.
  • the outer tube comprises a lower end, the assembly comprising an assembly foot at the lower end of the outer tube, the outer tube having an upper end, the assembly comprising a top wall at the upper end. level of the upper end of the outer tube.
  • the upper wall and the assembly foot allow to keep in place the cylindrical housings inside the outer tube.
  • each envelope is pierced by at least one notch sealed device adapted to be traversed by a holding rod arranged to block the rotation of the cylindrical housings relative to each other.
  • the holding rod makes it possible to ensure the solidarity of the disks in the stack.
  • the rotation of the stack is done via the rotating base that supports it.
  • each envelope comprises a metal wall, for example steel, zircaloy or a vanadium alloy, or ceramic, for example silicon carbide, which has sufficient strength to store the fuel.
  • the combustible material is in one of the following forms: oxide, metal, carbide, nitride.
  • the combustible material comprises at least one minor actinide.
  • the assembly is particularly useful for transmutation of minor actinides heterogeneous mode since it reduces their handling time and homogenize the amount of neutrons they receive.
  • the assembly could also be used in other areas of the reactor core.
  • a second aspect of the invention also relates to a fuel assembly for reactor cooled by a liquid metal, the assembly comprising:
  • each cylindrical housing comprising a casing pierced by a central sealed orifice through which the central shaft passes, each envelope defining at least one cavity containing a combustible material in granular form, each envelope being crossed; by axially extending sealed conduits, each conduit being adapted to be traversed by the liquid metal.
  • the assembly according to the second aspect of the invention may also have one or more of the features presented in connection with the assembly according to the first aspect of the invention, taken individually or in any technically possible combination.
  • a third aspect of the invention relates to a nuclear reactor core comprising at least one assembly according to the first and / or second aspect of the invention.
  • a fourth aspect of the invention relates to a nuclear reactor core having a central region surrounded by a blanket loaded with minor actinides, the blanket loaded with minor actinides having at least one according to the first and / or second aspect of the invention.
  • FIG. 1 a cross-sectional view of a nuclear reactor core of the prior art
  • FIG. 9 a cross-section of a nuclear reactor core according to a embodiment of the invention.
  • FIG. 5 An assembly according to one embodiment of the invention is shown in Figure 5.
  • This assembly 13 comprises an outer tube 14.
  • the outer tube 14 extends along a reference axis 15.
  • the outer tube 14 has a hexagonal section.
  • the outer tube is preferably steel.
  • the outer tube 14 has a lower end 16 and an upper end 17.
  • the assembly comprises an assembly foot 18 at the lower end 16 of the outer tube 14.
  • the assembly also comprises a top wall 24 which at the of the upper end 17 of the outer tube.
  • the assembly comprises a central shaft 20 which extends inside the outer tube 14.
  • the central shaft 20 preferably extends along the reference axis 15.
  • the central shaft 20 has a lower end 21 and an upper end 22.
  • the assembly comprises a rotary base 23 adapted to rotate about the reference axis 15.
  • the rotary base 23 is preferably fixed on the foot of the assembly 18.
  • the lower end 21 of the central shaft 20 is fixed to the rotary base 23.
  • the rotary base preferably comprises a support 42.
  • the assembly comprises an upper holding grid 19 traversed by the central shaft 20.
  • the upper end 22 of the central shaft 20 is fixed to the top wall 24.
  • the upper holding grid 19 is arranged to rotate on it -even.
  • the assembly comprises a plurality of cylindrical housings 25 which are stacked in the outer tube 14.
  • the cylindrical housings 25 are also called disks. They are stacked on the rotary base 23.
  • the cylindrical housings 25 contain the combustible material.
  • the assembly may comprise a neutron protection zone 32.
  • the neutron protection zone 32 is preferably arranged between the cylindrical housings 25 and the upper protection grid 19.
  • the cylindrical housings 25 of the same assembly preferably have identical dimensions. Each cylindrical housing 25 has dimensions that depend on the power of the reactor. If the outer tube has an internal transverse dimension of D / 2, the radius R of the cylindrical case 25 is preferably between 97% and 99% of D / 2 so as to allow the rotation of each cylindrical case inside the case. outer tube, while maximizing the space available for the fuel within each cylindrical housing.
  • a cylindrical housing 25 is shown more precisely in Figures 6 and 7. It comprises a casing 26.
  • the casing 26 comprises a metal or ceramic wall.
  • the wall is metal, it may be for example steel, zircaloy, vanadium alloy.
  • the wall is ceramic, it may for example be silicon carbide.
  • the casing 26 defines at least one sealed cavity 27 which contains the combustible material.
  • the thickness e of the envelope depends on the pressure in the cavity 27 and the material used for the wall forming the envelope.
  • the wall forming the envelope is made of steel, it preferably has a thickness e of between 0.50 mm and 1.25 mm
  • Each cylindrical housing 25 is pierced by a sealed central orifice 28 which is isolated from the cavity 27.
  • the central orifice 28 extends parallel to the reference axis 15.
  • the central orifice 28 passes through the cylindrical housing 25 from one end to the other. go.
  • the central shaft 20 is inserted into the central orifice 28.
  • the cylindrical housings 25 are encased on the central shaft 20.
  • the central shaft 20 rotates the cylindrical housings 25 when it itself is rotated. . It is thus possible to rotate the cylindrical casings radially without having to change position the assembly who contains them.
  • the central shaft 20 also makes it possible to center the cylindrical housings in the outer tube 14 and to hold them in place radially.
  • Each cylindrical housing 25 is also pierced by conduits 29 in which a heat transfer fluid which is here a liquid metal can flow.
  • This liquid metal is preferably sodium.
  • Each duct 29 passes through the cylindrical housing 25 from one side to the other.
  • Each duct 29 extends along the reference axis 15.
  • Each duct 29 is sealed so that the coolant is isolated from the combustible material contained in the cavity 27.
  • the ducts 29 are positioned at the same location in all the cylindrical housings of FIG. so that when the cylindrical housings are stacked on top of each other the ducts of the various cylindrical housings are aligned and form a continuous channel. The heat transfer fluid can thus flow over the entire height of the stack of cylindrical housings. As shown in FIG.
  • the ducts 29 are preferably distributed over the assembly of each cylindrical casing 25.
  • the number and size of the ducts 29 are determined as a function of the energy to be discharged and as a function of the irradiation conditions. of the assembly and in particular according to the spatial power density distribution, the pressurization of the cylindrical housing, the accumulated damage rate ...
  • the number of ducts 29 passing through each cylindrical housing is generally between 10 and 30.
  • Each duct 29 preferably has a diameter of between 0.5 cm and 1.5 cm.
  • Each cylindrical housing 25 has peripheral notches 30.
  • the peripheral notches 30 are preferably distributed around the circumference of each cylindrical housing 25. They are intended to receive holding rods 31.
  • the holding rods 31 are intended to be inserted into the peripheral notches 30 of the cylindrical housings so as to prevent their rotation relative to one another.
  • the retaining rods are intended to be fixed on fixed parts of the outer tube 14.
  • the retaining rods 31 are removable, so that they can be removed from the peripheral notches 30 when it is desired to remove the disks.
  • the locking system of the axis of rotation may for example comprise:
  • the holding spring is shown more precisely in Figure 10.
  • the spring 40 is adapted to exert an axial force upwardly at the base of rotation 23;
  • the rotation of the disks is effected by exerting an axial force from below upwards along the axis 15, via the assembly handling system, which has the effect of compressing the spring 40 and of unlocking the locking means 41.
  • the rotation can be done according to the angle provided by the gears.
  • the locking of the axis of rotation is done by relaxing the spring 40.
  • the different cylindrical housings 25 of the same assembly can contain different compositions of combustible material. Segmenting the assembly into several discs stacked on top of each other makes it easier to disassemble the assembly and to manipulate the different disks that compose it separately so as to shorten the assembly handling times.
  • the combustible material is not caught in a matrix but is free in the cavity.
  • the cavity does not contain a matrix.
  • the cavity contains the combustible material in the form of grains and a gas contained in the cavity.
  • the gas contained in the cavity is preferably an inert gas so that it does not interact with the fuel.
  • the combustible material contained in the casing of each cylindrical casing is preferably granular.
  • the combustible material may take the form of a powder, spheres, beads ...
  • the grains of combustible material may be coated or not.
  • the fragmentary appearance of the combustible material allows only reduced fill rates in comparison with the fuel pellets used in the prior art. However, the volume remaining in each cavity accommodates the accumulation of fission gas and helium released under irradiation, so that we can do without expansion tanks in each assembly. It is therefore possible to stack the cylindrical housings on a greater height than that which was occupied by the needles in the assemblies of the prior art.
  • the combustible material can be stored in the form of an oxide, a metal, a carbide, a nitride, etc.
  • the combustible material preferably comprises:
  • a minor actinide in the form of dioxide ([AM] O 2 ), metal (alloy [AM-Zr], [AM-Mo], etc.), carbide ([AM] C) or nitride ([AM] N);
  • This minor actinide can be formed of a single element such as americium (or neptunium) or a minor actinide mixture. It can also be present in a mixture with depleted uranium.
  • uranium dioxide UO 2
  • UPuO 2 or MOX uranium dioxide
  • each cylindrical casing with the combustible material depends on the size of the grains or spheres. It is preferably between 50 and 85
  • the size of the fuel grains contained in the cylindrical packages depends on the desired maximum filling rate. It is preferably between 30 micrometers and 1000 micrometers.
  • the pressure in the cavity 27 is preferably between 1 bar at the beginning of irradiation and 100 bars.
  • the invention has been implemented by filling the cylindrical housings with a fuel in the form of mixed oxide spheres of uranium dioxide and minor actinide dioxide. More specifically, the invention has been implemented for a liquid reference liquid coolant consisting of sodium with the following parameters:
  • fractions expressed in the above table correspond to the average volume fractions occupied by the various media constituting the assembly (fuel and inert gas, structure, coolant medium) in the axial zone containing the disks.
  • the assemblies according to the invention therefore have volume fractions substantially equal to those of the prior art, while allowing a uniform exposure of the fuel contained in the assembly and a shortening of the handling times.
  • the characterization of the residual power of an embodiment of such an assembly was performed by considering the maximum values considered in transmutation studies of minor actinides:
  • 'A fuel in the form of a mixture of minor actinide oxides (americium, neptunium and curium) and depleted uranium,
  • FIG. 8 represents the evolution of the residual power of the assembly at the end of irradiation.
  • the blue curve corresponds to the assembly as a whole, the red curve corresponds to the maximum unit power of the disks.
  • the green curve represents the power threshold below which the assemblies can be transported to the reprocessing station with the current technology.
  • the assembly can be separated into its different cylindrical housings once the total power of the assembly is less than 8 kW, which corresponds to the washing phase of the assembly treatment station. irradiated, the standard object to be treated then has a unit power of less than 500 W (red curve) in the case of a stack of 33 disks 3 cm high, which is compatible with the current threshold of 2.5 kW for the post for transport.
  • the gain in time before transport is very important, since it is several thousand days.
  • FIG. 9 represents a nuclear reactor core comprising assemblies according to one embodiment of the invention.
  • This reactor core comprises a central region 32 in which the assemblies comprise mainly fissile material and a minor actinide-filled cover 33 which surrounds the central region 32.
  • the minor actinide-loaded cover 33 comprises assemblies as described with reference to FIGS. Figures 5-7.
  • the invention is not limited to the embodiments described with reference to the figures and variants could be envisaged without departing from the scope of the invention.

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Abstract

The invention relates to a fuel assembly (13) for a reactor cooled by a liquid metal. The assembly comprises: an outer tube (14) extending along a reference axis (15); a rotatable base (23) placed inside the outer tube (14); a central shaft (20) extending along the reference axis (15), the central shaft (20) comprising a lower end (21) attached to the rotatable base (23); and a plurality of cylindrical housings (25) stacked on the rotatable base (23), each cylindrical housing (25) comprising a casing (26) bored with a sealed central opening (27) having the central shaft (20) passing therethrough. Each casing (26) defines at least one cavity (27) containing a fuel material. Each casing (26) has axially extending sealed pipes (29) passing therethrough. The liquid metal is capable of passing through each pipe (29).

Description

ASSEMBLAGE POUR LA TRANSMUTATION D'ACTINIDES MINEURS  ASSEMBLY FOR TRANSMUTATION OF MINOR ACTINIDES
DOMAINE TECHNIQUE TECHNICAL AREA
La présente invention se rapporte à un assemblage pour réacteur nucléaire, et de préférence pour réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi par un métal liquide. La présente invention concerne tout particulièrement un assemblage pour la transmutation des actinides mineurs dans un tel réacteur. La présente invention concerne également un réacteur comportant un tel assemblage. The present invention relates to an assembly for a nuclear reactor, and preferably for fast neutron nuclear reactor cooled by a liquid metal. The present invention particularly relates to an assembly for the transmutation of minor actinides in such a reactor. The present invention also relates to a reactor comprising such an assembly.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEUR STATE OF THE PRIOR ART
En référence aux figures 1 à 4, un réacteur nucléaire comporte un cœur de réacteur 1 . Le cœur de réacteur 1 comporte des assemblages combustibles 2 juxtaposés.With reference to FIGS. 1 to 4, a nuclear reactor comprises a reactor core 1. The reactor core 1 comprises juxtaposed fuel assemblies 2.
Chaque assemblage combustible 2 comporte un tube 3 dans lequel sont disposées des crayons de combustibles 4. Le tube s'étend suivant un axe de référence X.Each fuel assembly 2 comprises a tube 3 in which fuel rods 4 are arranged. The tube extends along a reference axis X.
Chaque crayon de combustible 4 s'étend également selon l'axe de référence X.Each fuel rod 4 also extends along the reference axis X.
Chaque crayon de combustible 4 comporte généralement trois zones : Each fuel rod 4 generally comprises three zones:
- une zone centrale 6 contenant le combustible sous forme de pastilles,  a central zone 6 containing the fuel in the form of pellets,
- une zone supérieure 7 comportant un vase d'expansion supérieur 9 et  an upper zone 7 comprising an upper expansion vessel 9 and
- une zone inférieure 8 comportant un vase d'expansion inférieur 10.  a lower zone 8 comprising a lower expansion vessel 10.
Les vases d'expansion sont nécessaires pour recevoir les gaz formés lors de la fission. Toutefois, ils limitent la place disponible pour le combustible dans chaque crayon.  Expansion tanks are needed to receive the gases formed during fission. However, they limit the space available for the fuel in each pencil.
La composition du combustible contenu dans les crayons varie en fonction de la région du cœur de réacteur dans laquelle se trouve le crayon. Dans le cas d'un réacteur de quatrième génération à neutrons rapides refroidi par un métal liquide (Gen IV RNR-Na), le cœur de réacteur comporte une région centrale 1 1 dans laquelle les crayons contiennent majoritairement de la matière fissile. Cette région centrale 1 1 peut être entourée par une région périphérique 12 dans laquelle les crayons contiennent des actinides mineurs en vue de leur transmutation en mode hétérogène. La transmutation permet de transformer les actinides mineurs dont la période radioactive est très longue en éléments stables ou à période radioactive plus courte. Pour cela, les actinides mineurs sont placés dans des assemblages de la région périphériques 12. Cette région périphérique reçoit des neutrons non absorbés par la région centrale 1 1 du cœur. Les actinides mineurs absorbent alors certains de ces neutrons, ce qui conduit à en modifier les caractéristiques radioactives ou à provoquer une réaction de fission. Les actinides mineurs sont alors transformés en éléments stables ou dont la période radioactive est moins longue. The composition of the fuel contained in the rods varies according to the region of the reactor core in which the rod is located. In the case of a fourth generation reactor fast neutrons cooled by a liquid metal (Gen IV RNR-Na), the reactor core comprises a central region January 1 in which the rods contain mainly fissile material. This central region 11 may be surrounded by a peripheral region 12 in which the pencils contain minor actinides for transmutation in heterogeneous mode. Transmutation transforms minor actinides with a very long half-life into stable elements or shorter half-lives. For this, the minor actinides are placed in assemblies of the peripheral region 12. This peripheral region receives neutrons not absorbed by the central region 1 1 of the heart. Minor actinides then absorb some of these neutrons, leading to changes in their radioactive characteristics or to a fission reaction. Minor actinides are then transformed into stable elements or with a shorter half-life.
Toutefois, tous les crayons d'un même assemblage ne reçoivent pas la même quantité de neutrons. En effet, les crayons de l'assemblage qui sont proches de la région centrale 1 1 du cœur reçoivent plus de neutrons que les crayons de l'assemblage qui sont plus éloignés de la région centrale du cœur. Pour remédier à ce problème, il peut être nécessaire d'imposer à chaque assemblage de la zone périphérique une rotation de 180° de façon à ce que les crayons qui étaient placés à l'extérieur de la région périphérique soient placés à l'intérieur de la région périphérique et inversement. Pour ce faire, chaque assemblage doit être sorti de son logement et replacé de façon à ce que les crayons qui étaient les moins exposés aux neutrons deviennent ceux qui sont le plus exposés aux neutrons et inversement. Toutefois, ces manipulations sont longues et compliquées. However, not all rods in the same assembly receive the same amount of neutrons. Indeed, the rods of the assembly which are close to the central region 1 1 of the core receive more neutrons than the rods of the assembly which are further from the central region of the heart. To remedy this problem, it may be necessary to impose on each assembly of the peripheral zone a rotation of 180 ° so that the rods which were placed outside the peripheral region are placed inside the peripheral zone. the peripheral region and vice versa. To do this, each assembly must be removed from its housing and replaced so that the rods that were the least exposed to neutrons become those who are most exposed to neutrons and vice versa. However, these manipulations are long and complicated.
Par ailleurs, les assemblages de l'art antérieur sont refroidis grâce à un métal liquide qui circule dans les espaces entre les crayons de combustible. Toutefois, lors de la transmutation des actinides mineurs, de l'énergie thermique, dite puissance résiduelle, est dégagée. Les assemblages ne peuvent pas être manipulés tant que cette puissance résiduelle n'est pas passée sous une puissance seuil. Or, la puissance résiduelle décroit plus ou moins vite en fonction des éléments formés lors de la transmutation. Ces éléments peuvent être différents d'un crayon à l'autre d'un même assemblage. Afin de pouvoir raccourcir les délais de manutention des assemblages, il serait avantageux de pouvoir manipuler séparément les crayons en fonction de leur puissance résiduelle. EXPOSE DE L'INVENTION Furthermore, the assemblies of the prior art are cooled by a liquid metal circulating in the spaces between the fuel rods. However, during the transmutation of minor actinides, thermal energy, called residual power, is released. The assemblies can not be handled until this residual power has passed under a threshold power. However, the residual power decreases more or less quickly depending on the elements formed during transmutation. These elements can be different from one pencil to another of the same assembly. In order to be able to shorten the handling times of the assemblies, it would be advantageous to be able to handle the rods separately according to their residual power. SUMMARY OF THE INVENTION
L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique en proposant un assemblage qui permette une exposition uniforme du combustible aux neutrons et qui permette un gain de temps lors de la manutention de l'assemblage. The invention aims to overcome the drawbacks of the state of the art by proposing an assembly that allows a uniform exposure of the neutron fuel and which saves time during the handling of the assembly.
Un autre objet de l'invention est de proposer un assemblage qui permette d'avoir une plus grande latitude dans le choix de la géométrie de combustible utilisé et dans le choix de la composition du combustible utilisé. Another object of the invention is to propose an assembly which allows a greater latitude in the choice of the fuel geometry used and in the choice of the composition of the fuel used.
Pour ce faire, au lieu de segmenter l'assemblage de combustible longitudinalement en plusieurs crayons comme c'était le cas dans l'art antérieur, l'invention propose de segmenter l'assemblage transversalement en plusieurs disques superposés. Le faisceau d'aiguilles de l'art antérieur est donc remplacé par un empilement de disques combustibles étanches. Ces disques sont enchâssés sur un arbre central qui peut être mis en rotation de façon à faire tourner les disques. On peut ainsi exposer de manière homogène le combustible contenu dans ces disques. Par ailleurs, au lieu de faire passer le fluide caloporteur entre les constituants élémentaires de l'assemblage, l'invention propose de faire passer le fluide caloporteur dans des canaux qui traversent les constituants élémentaires de l'assemblage qui sont ici les disques de combustibles. To do this, instead of segmenting the fuel assembly longitudinally into several rods as was the case in the prior art, the invention proposes to segment the assembly transversely into several superimposed disks. The needle beam of the prior art is therefore replaced by a stack of sealed fuel disks. These disks are encased on a central shaft that can be rotated to rotate the disks. It is thus possible to homogeneously expose the fuel contained in these discs. Furthermore, instead of passing the heat transfer fluid between the elementary components of the assembly, the invention proposes to pass the heat transfer fluid in channels that pass through the elementary components of the assembly which are here the fuel discs.
Plus précisément, un premier aspect de l'invention concerne un assemblage combustible pour réacteur refroidi par un métal liquide, l'assemblage comportant : More specifically, a first aspect of the invention relates to a fuel assembly for reactor cooled by a liquid metal, the assembly comprising:
- un tube extérieur s'étendant suivant un axe de référence,  an outer tube extending along a reference axis,
- un socle rotatif disposé à l'intérieur du tube extérieur,  a rotary base disposed inside the outer tube,
- un arbre central s'étendant suivant l'axe de référence, l'arbre central comportant une extrémité inférieure fixée au socle rotatif  a central shaft extending along the reference axis, the central shaft comprising a lower end fixed to the rotary base
- une pluralité de boîtiers cylindriques empilés sur le socle rotatif, chaque boîtier cylindrique comportant une enveloppe percée par un orifice central étanche traversé par l'arbre central, chaque enveloppe définissant au moins une cavité contenant un matériau combustible, chaque enveloppe étant traversée par des conduits étanches s'étendant axialement, chaque conduit étant apte à être traversé par le métal liquide. a plurality of cylindrical housings stacked on the rotary base, each cylindrical housing comprising a casing pierced by a central sealed orifice through which the central shaft passes, each envelope defining at least one cavity containing a combustible material, each envelope being traversed by conduits; extending axially, each duct being adapted to to be crossed by the liquid metal.
Cette nouvelle géométrie d'assemblage permet d'homogénéiser la quantité de neutrons reçus par le combustible contenu dans l'assemblage en faisant tourner les boîtiers cylindriques sur eux-mêmes à intervalles de temps réguliers. En outre, elle permet de séparer l'assemblage en sous parties, les boîtiers cylindriques, ce qui permet de diminuer les délais de manutention. En effet, les boîtiers cylindriques ont une puissance résiduelle unitaire inférieure à la puissance résiduelle de l'assemblage de sorte qu'ils peuvent être manipulés plus tôt que l'assemblage. This new assembly geometry makes it possible to homogenize the amount of neutrons received by the fuel contained in the assembly by rotating the cylindrical housings on themselves at regular time intervals. In addition, it allows to separate the assembly into sub-parts, cylindrical housings, which reduces the handling time. In fact, the cylindrical housings have a unit residual power less than the residual power of the assembly so that they can be handled earlier than the assembly.
L'assemblage selon le premier aspect de l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-après prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Avantageusement, le matériau combustible est sous forme granulaire. Le fait de stocker le combustible sous forme granulaire dans une enveloppe étanche permet d'avoir une plus grande flexibilité pour stocker le combustible puisque celui-ci peut être stocké sous diverses formes géométriques, comme par exemple sous forme de poudre, de billes, de sphères... et au sein de diverses compositions chimiques, comme par exemple sous forme d'oxyde, de métal, de carbure, de nitrure...On peut en outre faire varier la composition du combustible d'un boîtier cylindrique à l'autre. The assembly according to the first aspect of the invention may also have one or more of the following features taken individually or in any technically possible combination. Advantageously, the combustible material is in granular form. Storing the fuel in granular form in a sealed envelope allows greater flexibility in storing the fuel since it can be stored in various geometric forms, for example in the form of powder, beads, spheres. ... and in various chemical compositions, such as, for example, in the form of oxide, metal, carbide, nitride, etc. It is also possible to vary the composition of the fuel from one cylindrical housing to the other .
Avantageusement, chaque cavité contient un gaz inerte de sorte à remplir les espaces libres entre grains de combustible. Advantageously, each cavity contains an inert gas so as to fill the free spaces between fuel grains.
Selon un mode de réalisation, le tube extérieur comporte une extrémité inférieure, l'assemblage comportant un pied d'assemblage au niveau de l'extrémité inférieure du tube extérieur, le tube extérieur comportant une extrémité supérieure, l'assemblage comportant une paroi supérieure au niveau de l'extrémité supérieure du tube extérieur. La paroi supérieure et le pied d'assemblage permettent de maintenir en place les boîtiers cylindriques à l'intérieur du tube extérieur. According to one embodiment, the outer tube comprises a lower end, the assembly comprising an assembly foot at the lower end of the outer tube, the outer tube having an upper end, the assembly comprising a top wall at the upper end. level of the upper end of the outer tube. The upper wall and the assembly foot allow to keep in place the cylindrical housings inside the outer tube.
Avantageusement, chaque enveloppe est percée par au moins une encoche périphérique étanche apte à être traversée par une tige de maintien agencée pour bloquer la rotation des boîtiers cylindriques les uns par rapport aux autres. La tige de maintien permet de d'assurer la solidarité des disques dans l'empilement. La rotation de l'empilement se fait via le socle rotatif qui le soutien. Advantageously, each envelope is pierced by at least one notch sealed device adapted to be traversed by a holding rod arranged to block the rotation of the cylindrical housings relative to each other. The holding rod makes it possible to ensure the solidarity of the disks in the stack. The rotation of the stack is done via the rotating base that supports it.
Avantageusement, chaque enveloppe comporte une paroi métallique, par exemple en acier, en zircaloy ou dans un alliage de vanadium, ou en céramique, par exemple en carbure de silicium, qui présente la résistance suffisante pour stocker le combustible. Advantageously, each envelope comprises a metal wall, for example steel, zircaloy or a vanadium alloy, or ceramic, for example silicon carbide, which has sufficient strength to store the fuel.
Selon différents modes de réalisation, le matériau combustible est sous une des formes suivantes : oxyde, métal, carbure, nitrure. Selon un mode de réalisation préférentiel, le matériau combustible comporte au moins un actinide mineur. En effet, l'assemblage est particulièrement utile pour la transmutation des actinides mineurs en mode hétérogène puisqu'il permet de réduire leur temps de manutention et d'homogénéiser la quantité de neutrons qu'ils reçoivent. Toutefois, l'assemblage pourrait également être utilisé dans d'autres zones du cœur de réacteur. According to various embodiments, the combustible material is in one of the following forms: oxide, metal, carbide, nitride. According to a preferred embodiment, the combustible material comprises at least one minor actinide. Indeed, the assembly is particularly useful for transmutation of minor actinides heterogeneous mode since it reduces their handling time and homogenize the amount of neutrons they receive. However, the assembly could also be used in other areas of the reactor core.
Un deuxième aspect de l'invention concerne également un assemblage combustible pour réacteur refroidi par un métal liquide, l'assemblage comportant : A second aspect of the invention also relates to a fuel assembly for reactor cooled by a liquid metal, the assembly comprising:
- un tube extérieur s'étendant suivant un axe de référence,  an outer tube extending along a reference axis,
- un arbre central s'étendant suivant l'axe de référence,  a central shaft extending along the reference axis,
- une pluralité de boîtiers cylindriques empilés dans le tube extérieur, chaque boîtier cylindrique comportant une enveloppe percée par un orifice central étanche traversé par l'arbre central, chaque enveloppe définissant au moins une cavité contenant un matériau combustible sous forme granulaire, chaque enveloppe étant traversée par des conduits étanches s'étendant axialement, chaque conduit étant apte à être traversé par le métal liquide.  a plurality of cylindrical housings stacked in the outer tube, each cylindrical housing comprising a casing pierced by a central sealed orifice through which the central shaft passes, each envelope defining at least one cavity containing a combustible material in granular form, each envelope being crossed; by axially extending sealed conduits, each conduit being adapted to be traversed by the liquid metal.
Cette géométrie d'assemblage permet d'avoir une plus grande latitude dans la composition et la géométrie du combustible stocké. L'assemblage selon le deuxième aspect de l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques présentées en relation avec l'assemblage selon le premier aspect de l'invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. This assembly geometry allows for greater latitude in the composition and geometry of the fuel stored. The assembly according to the second aspect of the invention may also have one or more of the features presented in connection with the assembly according to the first aspect of the invention, taken individually or in any technically possible combination.
Un troisième aspect de l'invention concerne un cœur de réacteur nucléaire comportant au moins un assemblage selon le premier et/ou le deuxième aspect de l'invention. A third aspect of the invention relates to a nuclear reactor core comprising at least one assembly according to the first and / or second aspect of the invention.
Un quatrième aspect de l'invention concerne un cœur de réacteur nucléaire comportant une région centrale entourée par une couverture chargée en actinides mineurs, la couverture chargée en actinides mineurs comportant au moins un selon le premier et/ou le deuxième aspect de l'invention. A fourth aspect of the invention relates to a nuclear reactor core having a central region surrounded by a blanket loaded with minor actinides, the blanket loaded with minor actinides having at least one according to the first and / or second aspect of the invention.
BREVES DESCRIPTION DES FIGURES BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées, qui représentent :  Other characteristics and advantages of the invention will emerge on reading the detailed description which follows, with reference to the appended figures, which represent:
- La figure 1 , une vue en coupe transversale d'un cœur de réacteur nucléaire de l'art antérieur ;  FIG. 1, a cross-sectional view of a nuclear reactor core of the prior art;
- La figure 2, une vue en coupe transversale d'un assemblage combustible de l'art antérieur ;  - Figure 2, a cross sectional view of a fuel assembly of the prior art;
- La figure 3, une vue en coupe longitudinale d'un crayon de l'art antérieur ; - Figure 3, a longitudinal sectional view of a pencil of the prior art;
- La figure 4, une vue en coupe transversale d'un crayon de l'art antérieur ; - La figure 5, une vue en coupe longitudinale d'un assemblage selon un mode de réalisation de l'invention ; - Figure 4, a cross-sectional view of a pencil of the prior art; - Figure 5, a longitudinal sectional view of an assembly according to one embodiment of the invention;
- La figure 6, une vue en coupe transversale de l'assemblage de la figure 5 ; - Figure 6, a cross-sectional view of the assembly of Figure 5;
- La figure 7, une vue en coupe longitudinale d'un boîtier cylindrique de l'assemblage des figures 5 et 6 ; - Figure 7, a longitudinal sectional view of a cylindrical housing of the assembly of Figures 5 and 6;
- La figure 8, une coupe représentant la puissance résiduelle des objets unitaires en fonction du temps de refroidissement après la fin d'irradiation dans un boîtier cylindrique selon un mode de réalisation de l'invention ;  - Figure 8, a section showing the residual power of the unitary objects as a function of the cooling time after the end of irradiation in a cylindrical housing according to one embodiment of the invention;
- La figure 9, une coupe transversale d'un cœur de réacteur nucléaire selon un mode de réalisation de l'invention ; FIG. 9, a cross-section of a nuclear reactor core according to a embodiment of the invention;
- La figure 10, une représentation schématique en coupe d'une partie inférieure de l'assemblage de la figure 5 ;  - Figure 10, a schematic sectional representation of a lower portion of the assembly of Figure 5;
- La figure 1 1 , une représentation schématique en vue de dessus de l'assemblage de la figure 5.  - Figure 1 1, a schematic representation in top view of the assembly of Figure 5.
DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION DETAILED DESCRIPTION OF AT LEAST ONE EMBODIMENT
Un assemblage selon un mode de réalisation de l'invention est représenté sur la figure 5. Cet assemblage 13 comporte un tube extérieur 14. Le tube extérieur 14 s'étend suivant un axe de référence 15. Le tube extérieur 14 présente une section hexagonale. Le tube extérieur est de préférence en acier. Le tube extérieur 14 comporte une extrémité inférieure 16 et une extrémité supérieure 17. L'assemblage comporte un pied d'assemblage 18 au niveau de l'extrémité inférieure 16 du tube extérieur 14. L'assemblage comporte également une paroi supérieure 24 qui au niveau de l'extrémité supérieure 17 du tube extérieur. An assembly according to one embodiment of the invention is shown in Figure 5. This assembly 13 comprises an outer tube 14. The outer tube 14 extends along a reference axis 15. The outer tube 14 has a hexagonal section. The outer tube is preferably steel. The outer tube 14 has a lower end 16 and an upper end 17. The assembly comprises an assembly foot 18 at the lower end 16 of the outer tube 14. The assembly also comprises a top wall 24 which at the of the upper end 17 of the outer tube.
L'assemblage comporte un arbre central 20 qui s'étend à l'intérieur du tube extérieur 14. L'arbre central 20 s'étend de préférence selon l'axe de référence 15. L'arbre central 20 comporte une extrémité inférieure 21 et une extrémité supérieure 22. The assembly comprises a central shaft 20 which extends inside the outer tube 14. The central shaft 20 preferably extends along the reference axis 15. The central shaft 20 has a lower end 21 and an upper end 22.
L'assemblage comporte un socle rotatif 23 apte à tourner autour de l'axe de référence 15. Le socle rotatif 23 est de préférence fixé sur le pied de l'assemblage 18. L'extrémité inférieure 21 de l'arbre central 20 est fixée au socle rotatif 23. Le socle rotatif comporte de préférence un support 42. The assembly comprises a rotary base 23 adapted to rotate about the reference axis 15. The rotary base 23 is preferably fixed on the foot of the assembly 18. The lower end 21 of the central shaft 20 is fixed to the rotary base 23. The rotary base preferably comprises a support 42.
L'assemblage comporte une grille de maintien supérieure 19 traversée par l'arbre central 20. L'extrémité supérieure 22 de l'arbre central 20 est fixée à la paroi supérieure 24. La grille de maintien supérieure 19 est agencée pour pouvoir tourner sur elle-même. The assembly comprises an upper holding grid 19 traversed by the central shaft 20. The upper end 22 of the central shaft 20 is fixed to the top wall 24. The upper holding grid 19 is arranged to rotate on it -even.
L'assemblage comporte plusieurs boîtiers cylindriques 25 qui sont empilés dans le tube extérieur 14. Les boîtiers cylindriques 25 sont également appelés des disques. Ils sont empilés sur le socle rotatif 23. Les boîtiers cylindriques 25 contiennent le matériau combustible. L'assemblage peut comporter une zone de protection neutronique 32. La zone de protection neutronique 32 est de préférence disposée entre les boîtiers cylindriques 25 et la grille de protection supérieure 19. The assembly comprises a plurality of cylindrical housings 25 which are stacked in the outer tube 14. The cylindrical housings 25 are also called disks. They are stacked on the rotary base 23. The cylindrical housings 25 contain the combustible material. The assembly may comprise a neutron protection zone 32. The neutron protection zone 32 is preferably arranged between the cylindrical housings 25 and the upper protection grid 19.
Les boîtiers cylindriques 25 d'un même assemblage présentent de préférence des dimensions identiques. Chaque boîtier cylindrique 25 présente des dimensions qui dépendent de la puissance du réacteur. Si le tube extérieur présente une dimension transversale interne de D/2, le rayon R du boîtier cylindrique 25 est de préférence compris entre 97% et 99% de D/2 de façon à permettre la rotation de chaque boîtier cylindrique à l'intérieur du tube extérieur, tout en maximisant l'espace disponible pour le combustible à l'intérieur de chaque boîtier cylindrique. The cylindrical housings 25 of the same assembly preferably have identical dimensions. Each cylindrical housing 25 has dimensions that depend on the power of the reactor. If the outer tube has an internal transverse dimension of D / 2, the radius R of the cylindrical case 25 is preferably between 97% and 99% of D / 2 so as to allow the rotation of each cylindrical case inside the case. outer tube, while maximizing the space available for the fuel within each cylindrical housing.
Un boîtier cylindrique 25 est représenté plus précisément sur les figures 6 et 7. Il comporte une enveloppe 26. L'enveloppe 26 comporte une paroi métallique ou céramique. Lorsque la paroi est métallique, elle peut être par exemple en acier, en zircaloy, en alliage de vanadium. Lors que la paroi est en céramique, elle peut par exemple être en carbure de silicium. L'enveloppe 26 définit au moins une cavité 27 étanche qui contient le matériau combustible. L'épaisseur e de l'enveloppe dépend de la pression dans la cavité 27 et du matériau utilisé pour la paroi formant l'enveloppe. Lorsque la paroi formant l'enveloppe est en acier, elle présente de préférence une épaisseur e comprise entre 0.50 mm et 1 .25 mm A cylindrical housing 25 is shown more precisely in Figures 6 and 7. It comprises a casing 26. The casing 26 comprises a metal or ceramic wall. When the wall is metal, it may be for example steel, zircaloy, vanadium alloy. When the wall is ceramic, it may for example be silicon carbide. The casing 26 defines at least one sealed cavity 27 which contains the combustible material. The thickness e of the envelope depends on the pressure in the cavity 27 and the material used for the wall forming the envelope. When the wall forming the envelope is made of steel, it preferably has a thickness e of between 0.50 mm and 1.25 mm
Chaque boîtier cylindrique 25 est percé par un orifice central 28 étanche qui est isolé de la cavité 27. L'orifice central 28 s'étend parallèlement à l'axe de référence 15. L'orifice central 28 traverse le boîtier cylindrique 25 de part en part. L'arbre central 20 est inséré dans l'orifice central 28. Les boîtiers cylindriques 25 sont enchâssés sur l'arbre central 20. L'arbre central 20 permet d'entraîner en rotation les boîtiers cylindriques 25 lorsque lui-même est entraîné en rotation. On peut ainsi faire pivoter radialement les boîtiers cylindriques sans avoir à changer de position l'assemblage qui les contient. L'arbre central 20 permet également de centrer les boîtiers cylindriques dans le tube extérieur 14 et de les maintenir en place radialement. Each cylindrical housing 25 is pierced by a sealed central orifice 28 which is isolated from the cavity 27. The central orifice 28 extends parallel to the reference axis 15. The central orifice 28 passes through the cylindrical housing 25 from one end to the other. go. The central shaft 20 is inserted into the central orifice 28. The cylindrical housings 25 are encased on the central shaft 20. The central shaft 20 rotates the cylindrical housings 25 when it itself is rotated. . It is thus possible to rotate the cylindrical casings radially without having to change position the assembly who contains them. The central shaft 20 also makes it possible to center the cylindrical housings in the outer tube 14 and to hold them in place radially.
Chaque boîtier cylindrique 25 est également percé par des conduits 29 dans lesquels peut s'écouler un fluide caloporteur qui est ici un métal liquide. Ce métal liquide est de préférence du sodium. Chaque conduit 29 traverse le boîtier cylindrique 25 de part en part. Chaque conduit 29 s'étend selon l'axe de référence 15. Chaque conduit 29 est étanche de sorte que le fluide caloporteur est isolé du matériau combustible contenu dans la cavité 27. Les conduits 29 sont positionnés au même endroit dans tous les boîtiers cylindriques de sorte que lorsque les boîtiers cylindriques sont empilés les uns sur les autres les conduits des différents boîtiers cylindriques sont alignés et forment un canal continu. Le fluide caloporteur peut ainsi circuler sur la totalité de la hauteur de l'empilement de boîtiers cylindriques. Comme représenté sur la figure 6, les conduits 29 sont de préférence répartis sur l'ensemble de chaque boîtier cylindrique 25. Le nombre et la taille des conduits 29 sont déterminés en fonction de l'énergie à évacuer et en fonction des conditions d'irradiation de l'assemblage et notamment en fonction de la distribution spatiale de puissance volumique, de la pressurisation du boîtier cylindrique, du taux de dommage accumulé... Le nombre de conduits 29 traversant chaque boîtier cylindrique est généralement compris entre 10 et 30. Chaque conduit 29 présente de préférence un diamètre compris entre 0.5 cm et 1 .5 cm. Each cylindrical housing 25 is also pierced by conduits 29 in which a heat transfer fluid which is here a liquid metal can flow. This liquid metal is preferably sodium. Each duct 29 passes through the cylindrical housing 25 from one side to the other. Each duct 29 extends along the reference axis 15. Each duct 29 is sealed so that the coolant is isolated from the combustible material contained in the cavity 27. The ducts 29 are positioned at the same location in all the cylindrical housings of FIG. so that when the cylindrical housings are stacked on top of each other the ducts of the various cylindrical housings are aligned and form a continuous channel. The heat transfer fluid can thus flow over the entire height of the stack of cylindrical housings. As shown in FIG. 6, the ducts 29 are preferably distributed over the assembly of each cylindrical casing 25. The number and size of the ducts 29 are determined as a function of the energy to be discharged and as a function of the irradiation conditions. of the assembly and in particular according to the spatial power density distribution, the pressurization of the cylindrical housing, the accumulated damage rate ... The number of ducts 29 passing through each cylindrical housing is generally between 10 and 30. Each duct 29 preferably has a diameter of between 0.5 cm and 1.5 cm.
Chaque boîtier cylindrique 25 comporte des encoches périphériques 30. Les encoches périphériques 30 sont de préférence réparties sur la circonférence de chaque boîtier cylindrique 25. Elles sont destinées à recevoir des tiges de maintien 31 . Les tiges de maintien 31 sont destinées à être insérées dans les encoches périphériques 30 des boîtiers cylindriques de façon à empêcher leur rotation les uns par rapport aux autres. Pour cela, les tiges de maintien sont destinées à être fixées sur des parties fixes du tube extérieur 14. Les tiges de maintien 31 sont amovibles, de sorte qu'elles peuvent être retirées des encoches périphériques 30 lorsque l'on veut enlever les disques de l'axe 15 après irradiation de l'assemblage et manutention hors du cœur. Le système de verrouillage de l'axe de rotation peut par exemple comporter : Each cylindrical housing 25 has peripheral notches 30. The peripheral notches 30 are preferably distributed around the circumference of each cylindrical housing 25. They are intended to receive holding rods 31. The holding rods 31 are intended to be inserted into the peripheral notches 30 of the cylindrical housings so as to prevent their rotation relative to one another. For this, the retaining rods are intended to be fixed on fixed parts of the outer tube 14. The retaining rods 31 are removable, so that they can be removed from the peripheral notches 30 when it is desired to remove the disks. the axis 15 after irradiation of the assembly and handling out of the heart. The locking system of the axis of rotation may for example comprise:
• un ressort de maintien 40 solidaire du pied de l'assemblage 18. Le ressort de maintien est représenté plus précisément sur la figure 10. Le ressort 40 est apte à exercer une force axiale vers le haut au niveau du socle de rotation 23 ;  • A holding spring 40 secured to the foot of the assembly 18. The holding spring is shown more precisely in Figure 10. The spring 40 is adapted to exert an axial force upwardly at the base of rotation 23;
• des moyens de blocage 41 de l'axe représentés plus précisément sur la figure 1 1 . Ces moyens de blocage sont situés au niveau de la paroi supérieure 24. Dans le cas présent ces moyens de blocage comportent deux engrenages male/femelle agencés pour permettre une rotation unitaire de 60° .  • Locking means 41 of the axis shown more precisely in Figure 1 1. These locking means are located at the upper wall 24. In the present case these locking means comprise two male / female gears arranged to allow a unit rotation of 60 °.
La rotation des disques se fait en exerçant une force axiale de bas en haut suivant l'axe 15, via le système de manutention des assemblages, ce qui a pour effet de comprimer le ressort 40 et de déverrouiller les moyens de blocage 41 . La rotation peut se faire suivant l'angle prévu par les engrenages. Le blocage de l'axe de rotation se fait en détendant le ressort 40. The rotation of the disks is effected by exerting an axial force from below upwards along the axis 15, via the assembly handling system, which has the effect of compressing the spring 40 and of unlocking the locking means 41. The rotation can be done according to the angle provided by the gears. The locking of the axis of rotation is done by relaxing the spring 40.
D'autres réalisations de verrouillage peuvent être bien entendues envisagées avec des localisations en pied et/ou en tête de l'assemblage. Other locking embodiments can be well understood with locations at the foot and / or at the head of the assembly.
Les différents boîtiers cylindriques 25 d'un même assemblage peuvent contenir différentes compositions de matériau combustible. Le fait de segmenter l'assemblage en plusieurs disques empilés les uns sur les autres permet de démonter l'assemblage plus facilement et de manipuler les différents disques qui le composent séparément de façon à raccourcir les délais de manutention de l'assemblage. The different cylindrical housings 25 of the same assembly can contain different compositions of combustible material. Segmenting the assembly into several discs stacked on top of each other makes it easier to disassemble the assembly and to manipulate the different disks that compose it separately so as to shorten the assembly handling times.
Le matériau combustible n'est pas pris dans une matrice mais il est libre dans la cavité. La cavité ne contient donc pas de matrice. La cavité contient le matériau combustible sous forme de grains et un gaz contenu dans la cavité. Le gaz contenu dans la cavité est de préférence un gaz inerte afin qu'il n'interagisse pas avec le combustible. The combustible material is not caught in a matrix but is free in the cavity. The cavity does not contain a matrix. The cavity contains the combustible material in the form of grains and a gas contained in the cavity. The gas contained in the cavity is preferably an inert gas so that it does not interact with the fuel.
Le matériau combustible contenu dans l'enveloppe de chaque boîtier cylindrique est de préférence granulaire. Le matériau combustible peut prendre la forme d'une poudre, de sphères, de billes... Les grains de matériau combustible peuvent être enrobés ou non. L'aspect fragmentaire du matériau combustible n'autorise que des taux de remplissage réduit en comparaison des pastilles combustibles utilisées dans l'art antérieur. Toutefois, le volume restant dans chaque cavité permet d'accommoder l'accumulation de gaz de fission et d'hélium dégagé sous irradiation, de sorte que l'on peut se passer de vases d'expansion dans chaque assemblage. On peut donc empiler les boîtiers cylindriques sur une plus grande hauteur que celle qui était occupée par les aiguilles dans les assemblages de l'art antérieur. The combustible material contained in the casing of each cylindrical casing is preferably granular. The combustible material may take the form of a powder, spheres, beads ... The grains of combustible material may be coated or not. The fragmentary appearance of the combustible material allows only reduced fill rates in comparison with the fuel pellets used in the prior art. However, the volume remaining in each cavity accommodates the accumulation of fission gas and helium released under irradiation, so that we can do without expansion tanks in each assembly. It is therefore possible to stack the cylindrical housings on a greater height than that which was occupied by the needles in the assemblies of the prior art.
Le matériau combustible peut être stocké sous la forme d'un oxyde, d'un métal, de carbure, de nitrure... The combustible material can be stored in the form of an oxide, a metal, a carbide, a nitride, etc.
Même si l'invention n'est pas limitée à ce cas, elle s'applique tout particulièrement lorsque l'assemble est dédié à la transmutation des actinides mineurs en mode hétérogène. Even if the invention is not limited to this case, it is particularly applicable when the assembly is dedicated to the transmutation of minor actinides in heterogeneous mode.
Dans ce cas, le matériau combustible comporte de préférence : In this case, the combustible material preferably comprises:
- un actinide mineur (dénommé [AM]) sous forme de dioxyde ([AM]O2), de métal (alliage [AM-Zr], [AM-Mo], etc.), de carbure ([AM]C) ou de nitrure ([AM]N); Cet actinide mineur peut être formé d'un seul élément tel l'américium (ou le neptunium) ou d'un mélange actinides mineurs. Il peut aussi être présent en mélange avec de l'uranium appauvri. - a minor actinide (named [AM]) in the form of dioxide ([AM] O 2 ), metal (alloy [AM-Zr], [AM-Mo], etc.), carbide ([AM] C) or nitride ([AM] N); This minor actinide can be formed of a single element such as americium (or neptunium) or a minor actinide mixture. It can also be present in a mixture with depleted uranium.
- et éventuellement un dioxyde d'uranium (UO2) ou d'oxyde mixte (UPuO2 ou MOX). and optionally uranium dioxide (UO 2 ) or mixed oxide (UPuO 2 or MOX).
Le taux de remplissage de chaque boîtier cylindrique par le matériau combustible dépend de la taille des grains ou sphères. Il est de préférence compris entre 50 et 85The degree of filling of each cylindrical casing with the combustible material depends on the size of the grains or spheres. It is preferably between 50 and 85
% %
La taille des grains de combustible contenu dans les boîtiers cylindriques dépend du taux de remplissage maximal souhaité. Elle est de préférence comprise entre 30 micromètres et 1000 micromètres. La pression dans la cavité 27 est de préférence comprise entre 1 bar en début d'irradiation et 100 bars. Résultats expérimentaux : The size of the fuel grains contained in the cylindrical packages depends on the desired maximum filling rate. It is preferably between 30 micrometers and 1000 micrometers. The pressure in the cavity 27 is preferably between 1 bar at the beginning of irradiation and 100 bars. Experimental results :
L'invention a été mise en œuvre en remplissant les boîtiers cylindriques avec un combustible sous forme de sphères d'oxyde mixte de dioxyde d'uranium et de dioxyde d'actinides mineurs. Plus précisément, l'invention a été mise en œuvre pour un caloporteur métal liquide de référence constitué de sodium avec les paramètres suivants : The invention has been implemented by filling the cylindrical housings with a fuel in the form of mixed oxide spheres of uranium dioxide and minor actinide dioxide. More specifically, the invention has been implemented for a liquid reference liquid coolant consisting of sodium with the following parameters:
Figure imgf000014_0001
Figure imgf000014_0001
Les fractions exprimées dans le tableau précédent correspondent aux fractions volumiques moyennes occupées par les différents milieux constitutifs de l'assemblage (milieux combustible et gaz inerte, de structure, caloporteur) dans la zone axiale contenant les disques. The fractions expressed in the above table correspond to the average volume fractions occupied by the various media constituting the assembly (fuel and inert gas, structure, coolant medium) in the axial zone containing the disks.
Les assemblages selon l'invention présentent donc des fractions volumiques sensiblement égales à celles de l'art antérieur, tout en permettant une exposition uniforme du combustible contenu dans l'assemblage et un raccourcissement des durées de manipulation. La caractérisation de la puissance résiduelle d'une réalisation d'un tel assemblage été effectuée en considérant les valeurs maximales considérées dans études de transmutation des actinides mineurs : The assemblies according to the invention therefore have volume fractions substantially equal to those of the prior art, while allowing a uniform exposure of the fuel contained in the assembly and a shortening of the handling times. The characterization of the residual power of an embodiment of such an assembly was performed by considering the maximum values considered in transmutation studies of minor actinides:
« un combustible sous forme de mélange d'oxydes d'actinides mineurs (américium, neptunium et curium) et d'uranium appauvri,  'A fuel in the form of a mixture of minor actinide oxides (americium, neptunium and curium) and depleted uranium,
• une teneur volumique en actinides mineurs de 20% dans le mélange actinides mineurs/uranium appauvri,  • a minor actinide content by volume of 20% in the minor actinide / depleted uranium mixture,
• fraction volumique de combustible de l'ordre de 37% comme indiqué dans le tableau précèdent,  • volume fraction of fuel of the order of 37% as indicated in the preceding table,
• un temps d'irradiation de l'ordre de 4100 jours.  • an irradiation time of the order of 4100 days.
La figure 8 représente l'évolution de la puissance résiduelle de l'assemblage en fin d'irradiation. La courbe bleue correspond à l'assemblage dans son ensemble, la courbe rouge correspond à la puissance maximale unitaire des disques. La courbe verte représente le seuil en puissance en-dessous duquel on peut transporter les assemblages vers le poste de retraitement avec la technologie actuelle. FIG. 8 represents the evolution of the residual power of the assembly at the end of irradiation. The blue curve corresponds to the assembly as a whole, the red curve corresponds to the maximum unit power of the disks. The green curve represents the power threshold below which the assemblies can be transported to the reprocessing station with the current technology.
Si on fait l'hypothèse que l'on peut dissocier l'assemblage en ses différents boîtiers cylindriques une fois que la puissance totale de l'assemblage est inférieure à 8 kW, ce qui correspond à la phase de lavage du poste de traitement des assemblages irradiés, l'objet type à traiter possède alors une puissance unitaire inférieure à 500 W (courbe rouge) dans le cas d'un empilement de 33 disques de 3 cm de hauteur, ce qui est compatible avec le seuil actuel de 2.5 kW pour le poste relevant du transport. Par rapport aux assemblages de l'art antérieur à réseau d'aiguilles, le gain en délai avant transport est très important, puisqu'il est de plusieurs milliers de jours. If it is assumed that the assembly can be separated into its different cylindrical housings once the total power of the assembly is less than 8 kW, which corresponds to the washing phase of the assembly treatment station. irradiated, the standard object to be treated then has a unit power of less than 500 W (red curve) in the case of a stack of 33 disks 3 cm high, which is compatible with the current threshold of 2.5 kW for the post for transport. Compared to assemblies of the prior art needle network, the gain in time before transport is very important, since it is several thousand days.
La figure 9 représente un cœur de réacteur nucléaire comportant des assemblages selon un mode de réalisation de l'invention. Ce cœur de réacteur comporte une région centrale 32 dans laquelle les assemblages comportent majoritairement de la matière fissile et une couverture chargée en actinides mineurs 33 qui entoure la région centrale 32. La couverture chargée en actinides mineurs 33 comporte des assemblages tels que décrits en référence aux figures 5 à 7. Naturellement l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits en référence aux figures et des variantes pourraient être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. FIG. 9 represents a nuclear reactor core comprising assemblies according to one embodiment of the invention. This reactor core comprises a central region 32 in which the assemblies comprise mainly fissile material and a minor actinide-filled cover 33 which surrounds the central region 32. The minor actinide-loaded cover 33 comprises assemblies as described with reference to FIGS. Figures 5-7. Naturally, the invention is not limited to the embodiments described with reference to the figures and variants could be envisaged without departing from the scope of the invention.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Assemblage (13) combustible pour réacteur refroidi par un métal liquide, l'assemblage comportant : 1. Liquid fuel-cooled reactor fuel assembly (13), the assembly comprising:
- un tube extérieur (14) s'étendant suivant un axe de référence (15),  an outer tube (14) extending along a reference axis (15),
- un socle rotatif (23) disposé à l'intérieur du tube extérieur (14),  a rotary base (23) disposed inside the outer tube (14),
- un arbre central (20) s'étendant suivant l'axe de référence (15), l'arbre central (20) comportant une extrémité inférieure (21 ) fixée au socle rotatif (23)) - une pluralité de boîtiers cylindriques (25) empilés sur le socle rotatif (23), chaque boîtier cylindrique (25) comportant une enveloppe (26) percée par un orifice central (27) étanche traversé par l'arbre central (20), chaque enveloppe (26) définissant au moins une cavité (27) contenant un matériau combustible, chaque enveloppe (26) étant traversée par des conduits (29) étanches s'étendant axialement, chaque conduit (29) étant apte à être traversé par le métal liquide.  - a central shaft (20) extending along the reference axis (15), the central shaft (20) having a lower end (21) fixed to the rotary base (23)) - a plurality of cylindrical housings (25) ) stacked on the rotary base (23), each cylindrical housing (25) having an envelope (26) pierced by a central orifice (27) sealed through the central shaft (20), each envelope (26) defining at least one cavity (27) containing a combustible material, each envelope (26) being traversed by ducts (29) extending axially extending, each duct (29) being adapted to be traversed by the liquid metal.
2. Assemblage selon la revendication précédente, dans lequel le matériau combustible est sous forme granulaire. 2. Assembly according to the preceding claim, wherein the combustible material is in granular form.
3. Assemblage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque cavité (27) contient un gaz inerte. 3. Assembly according to one of the preceding claims, wherein each cavity (27) contains an inert gas.
4. Assemblage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le tube extérieur (14) comporte une extrémité inférieure (16), l'assemblage comportant un pied d'assemblage (18) au niveau de l'extrémité inférieure (16) du tube extérieur, le tube extérieur (14) comportant une extrémité supérieure (17), l'assemblage comportant une paroi supérieure (24) au niveau de l'extrémité supérieure (17) du tube extérieur. 4. Assembly according to one of the preceding claims, wherein the outer tube (14) has a lower end (16), the assembly comprising an assembly foot (18) at the lower end (16) of the outer tube, the outer tube (14) having an upper end (17), the assembly having an upper wall (24) at the upper end (17) of the outer tube.
5. Assemblage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque enveloppe (26) est percée par au moins une encoche périphérique (30) étanche apte à être traversée par une tige de maintien (31 ) agencée pour bloquer la rotation des boîtiers cylindriques (25) les uns par rapport aux autres. 5. Assembly according to one of the preceding claims, wherein each casing (26) is pierced by at least one sealing peripheral notch (30) adapted to be traversed by a holding rod (31) arranged to block the rotation of the cylindrical housings (25) relative to each other.
6. Assemblage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque enveloppe (26) comporte une paroi en acier ou en céramique. 6. Assembly according to one of the preceding claims, wherein each casing (26) has a wall of steel or ceramic.
7. Assemblage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le matériau combustible est sous une des formes suivantes : oxyde, métal, carbure, nitrure. 7. Assembly according to one of the preceding claims, wherein the combustible material is in one of the following forms: oxide, metal, carbide, nitride.
8. Assemblage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le matériau combustible comporte au moins un actinide mineur. 8. Assembly according to one of the preceding claims, wherein the combustible material comprises at least one minor actinide.
9. Cœur de réacteur nucléaire comportant au moins un assemblage selon l'une des revendications précédentes. Nuclear reactor core comprising at least one assembly according to one of the preceding claims.
10. Cœur de réacteur nucléaire comportant une région centrale (32) entourée par une couverture chargée en actinides mineurs (33), la couverture chargée en actinides mineurs comportant au moins un assemblage (13) l'une des revendications 1 à 8. A nuclear reactor core having a central region (32) surrounded by a minor actinide loaded blanket (33), the minor actinide loaded blanket having at least one assembly (13) of one of claims 1 to 8.
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