FR3148491A1 - Nuclear fuel pellet incorporating thermally conductive inserts in the form of bars distributed at different azimuths and altitudes, associated nuclear fuel rod and assembly. - Google Patents
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Abstract
Pastille de combustible nucléaire intégrant des inserts conducteurs thermiques sous la forme de barreaux répartis à différents azimuts et altitudes, Crayon et Assemblage de combustible nucléaire associés. L’invention consiste en une pastille (6) de combustible nucléaire, comprenant : - un cylindre droit (60) de matière fissile d’axe central (X) dont la longueur et le diamètre définissent respectivement la longueur (H) et le diamètre (Ø) de la pastille; - une pluralité d’inserts (8 ; 80, 81, 82) en matériau conducteur thermique, les inserts étant des barreaux pleins, répartis selon différentes positions azimutales et d’altitude au sein du cylindre droit, en étant distants les uns des autres. Figure pour l’abrégé : fig. 4 Nuclear fuel pellet incorporating thermally conductive inserts in the form of bars distributed at different azimuths and altitudes, associated nuclear fuel rod and assembly. The invention consists of a nuclear fuel pellet (6), comprising: - a straight cylinder (60) of fissile material with a central axis (X) whose length and diameter respectively define the length (H) and the diameter (Ø) of the pellet; - a plurality of inserts (8; 80, 81, 82) made of thermally conductive material, the inserts being solid bars, distributed according to different azimuthal and altitude positions within the straight cylinder, while being distant from each other. Figure for the abstract: fig. 4
Description
La présente invention concerne le domaine des éléments combustibles pour les réacteurs nucléaires, notamment les Réacteurs à Eau sous Pression ou Eau Pressurisée (REP) aussi désignés sous l’acronyme anglo-saxon PWR (Pressurized Water Reactor).The present invention relates to the field of fuel elements for nuclear reactors, in particular Pressurized Water Reactors (PWRs), also known by the English acronym PWR (Pressurized Water Reactor).
Plus précisément, elle se situe dans le domaine des combustibles de type céramique en oxyde d’uranium (UO2) ou MOX constitué d'environ 8,5 % de plutonium et 91,5 % d'uranium appauvri.More specifically, it is in the field of ceramic fuels made from uranium oxide ( UO2 ) or MOX, consisting of approximately 8.5% plutonium and 91.5% depleted uranium.
L’invention vise essentiellement à améliorer les propriétés thermiques de ces combustibles, et ce tant en fonctionnement nominal, qu’en régime incidentel ou accidentel (par exemple en situation d’Accident de Perte de Réfrigérant Primaire (APRP)).The invention essentially aims to improve the thermal properties of these fuels, both in nominal operation and in incidental or accidental conditions (for example in the event of a Primary Coolant Loss Accident (PCLA)).
Par « réacteurs nucléaires », dans l'ensemble de la demande, on comprend le sens usuel du terme à ce jour, à savoir des centrales de production d'énergie à partir des réactions de fission nucléaire utilisant des éléments combustibles dans lesquels se produisent les fissions qui libèrent la puissance calorifique, cette dernière étant extraite des éléments par échange thermique avec un fluide caloporteur qui assure leur refroidissement.By "nuclear reactors", throughout the application, is understood the usual meaning of the term to date, namely power plants for producing energy from nuclear fission reactions using fuel elements in which fissions occur which release the heat power, the latter being extracted from the elements by heat exchange with a heat transfer fluid which ensures their cooling.
Par « crayon de combustible nucléaire », dans l'ensemble de la demande, on comprend le sens officiel défini par exemple, dans le dictionnaire des Sciences et Techniques nucléaires, à savoir un tube étroit de faible diamètre, fermé à ses deux extrémités, constituant du cœur d'un réacteur nucléaire et contenant de la matière fissile. Ainsi, une « aiguille de combustible nucléaire » dont l'usage privilégie l'appellation, est un crayon de combustible nucléaire au sens de la présente invention.By "nuclear fuel rod", throughout the application, is understood the official meaning defined for example, in the dictionary of Nuclear Sciences and Techniques, namely a narrow tube of small diameter, closed at both ends, constituting the core of a nuclear reactor and containing fissile material. Thus, a "nuclear fuel pin" whose usage favors the name, is a nuclear fuel rod within the meaning of the present invention.
Bien que décrite en référence à l’application aux réacteurs REP, l’invention concerne des éléments combustibles qui peuvent être dédiés à tous types de réacteurs à vocation électrogène ou expérimentale, comme les Réacteurs à Eau Bouillante (REB), les Réacteurs à Neutrons Rapides (RNR), dont ceux refroidis par un métal liquide, notamment par du sodium liquide (RNR-Na).Although described with reference to the application to REP reactors, the invention relates to fuel elements which can be dedicated to all types of reactors for electrogenic or experimental purposes, such as Boiling Water Reactors (BWR), Fast Neutron Reactors (FNR), including those cooled by a liquid metal, in particular by liquid sodium (FNR-Na).
Les réacteurs nucléaires qui utilisent l’énergie de fission pour produire de la chaleur peuvent être classés dans plusieurs catégories différentes en fonction de leurs caractéristiques : la forme d’énergie finale produite (électricité, chaleur…), le type de flux neutronique (neutrons rapides ou neutrons thermalisés), le fluide de refroidissement utilisé (métal liquide, eau…), l’état physique du fluide de refroidissement (solide, liquide ou gazeux), le niveau de pression du fluide de refroidissement (par exemple atmosphérique pour les Réacteurs à Eau Bouillante et 150 bar pour les REP) …Nuclear reactors that use fission energy to produce heat can be classified into several different categories depending on their characteristics: the form of final energy produced (electricity, heat, etc.), the type of neutron flux (fast neutrons or thermalized neutrons), the coolant used (liquid metal, water, etc.), the physical state of the coolant (solid, liquid or gaseous), the pressure level of the coolant (e.g. atmospheric for Boiling Water Reactors and 150 bar for PWRs), etc.
Une filière est actuellement très largement dominante industriellement dans le monde, celle des Réacteurs à Eau Pressurisée (REP).One sector is currently very largely dominant industrially in the world: Pressurized Water Reactors (PWR).
Un REP comprend essentiellement deux composants principaux : le circuit primaire qui constitue la partie nucléaire du réacteur, et le circuit secondaire qui constitue la partie non nucléaire de celui-ci. On peut se référer par exemple à un schéma de principe sous le lien https://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9acteur_%C3%A0_eau_pressuris%C3%A9e.A PWR essentially consists of two main components: the primary circuit which constitutes the nuclear part of the reactor, and the secondary circuit which constitutes the non-nuclear part of it. For example, we can refer to a principle diagram under the link https://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9acteur_%C3%A0_eau_pressuris%C3%A9e.
Le circuit primaire comprend essentiellement un ensemble cuve avec les structures internes et les assemblages de combustible.The primary circuit essentially comprises a tank assembly with internal structures and fuel assemblies.
Le circuit secondaire comprend quant à lui essentiellement des équipements non nucléaires pour produire de l’électricité (tuyauterie, générateurs de vapeur, turbine …). Les générateurs de vapeur sont des échangeurs thermiques qui transfèrent la chaleur issue du cœur au fluide secondaire, i.e. de l’eau dans un REP, qui se vaporise puis va se détendre dans une turbine qui constitue avec l’alternateur, le système de génération de l’énergie électrique.The secondary circuit mainly includes non-nuclear equipment to produce electricity (piping, steam generators, turbines, etc.). Steam generators are heat exchangers that transfer heat from the core to the secondary fluid, i.e. water in a PWR, which vaporizes and then expands in a turbine which, with the alternator, constitutes the electrical energy generation system.
Pour revenir au circuit primaire, celui-ci intègre la partie clé, dénommée cœur du réacteur. Le cœur regroupe l’ensemble des assemblages, qui sont au nombre de 157 à 241 dans un REP de la filière française. Une vue schématique d’un assemblage de combustible REP avec sa grappe de contrôle comprenant des crayons de matériau absorbant neutronique est montrée à la
http://www.cea.fr/Documents/monographies/combustibles-nucl%C3%A9aires_r%C3%A9acteurs-eau.pdfhttp://www.cea.fr/Documents/monographies/combustibles-nucl%C3%A9aires_r%C3%A9acteurs-eau.pdf
Le cœur est lui-même placé dans une cuve qui constitue la deuxième barrière de confinement du combustible et de ses déchets de fission (appelé Produits de Fission ou PF).The core itself is placed in a tank which constitutes the second containment barrier for the fuel and its fission waste (called Fission Products or FP).
Le cœur est refroidi par un fluide caloporteur, de l’eau à la pression de 150 bars, qui joue également le rôle de modérateur (ralentissement des neutrons), afin de favoriser la réaction de fission.The core is cooled by a heat transfer fluid, water at a pressure of 150 bars, which also acts as a moderator (slowing down the neutrons), in order to promote the fission reaction.
Ce cœur comprend également des structures internes assurant des fonctions spécifiques, telles que le maintien des assemblages, la canalisation du fluide caloporteur…, qui ne sont pas détaillées ici.This core also includes internal structures providing specific functions, such as maintaining assemblies, channeling heat transfer fluid, etc., which are not detailed here.
Les assemblages combustibles permettent de produire de l’énergie en tirant partie de la réaction de fission nucléaire d’un combustible composé pour faible partie de noyaux lourds fissiles - l’isotope 235 de l’uranium – ainsi que de l’isotope 238 de l’uranium qui lui n’est que fertile (il va produire du plutonium 239 par capture neutronique).Fuel assemblies make it possible to produce energy by taking advantage of the nuclear fission reaction of a fuel composed in small part of heavy fissile nuclei - the isotope 235 of uranium - as well as the isotope 238 of uranium which is only fertile (it will produce plutonium 239 by neutron capture).
Ce combustible est introduit dans un cylindre de section transversale circulaire fermé à chacune de ses deux extrémités par un bouchon. Ce cylindre est dénommé crayon et décrit plus précisément ci-après. Le crayon est étanche et constitue la première barrière de confinement.This fuel is introduced into a cylinder of circular cross-section closed at each of its two ends by a plug. This cylinder is called a pencil and is described more precisely below. The pencil is sealed and constitutes the first containment barrier.
Les crayons sont regroupés par paquets et agencés suivant un réseau à pas carré. Pour les familles d’installation de la filière française appelées « paliers » de 900 MWe et 1300 MWe, le nombre est de 264 crayons auxquels s’ajoutent 25 autres tubes, qui composent alors un assemblage qui incorpore également de nombreux éléments de structure (embout inférieur, grilles de maintien, tube d’instrumentation, 24 tubes guide où coulissent 24 crayons de commande, embout supérieur, ressorts de maintien) comme montré sur la
En
Le crayon 1 est constitué d'une gaine 2 classiquement en Zircaloy-4 (Zr4) fermée à chacune de ses extrémités par un bouchon respectivement supérieur 3 et inférieur 4 qui est soudé sur celle-ci. Ce crayon étanche est rempli d’hélium, typiquement à 25 bars à froid pour des combustibles usuels, pour contrebalancer en partie l’effet de la pression externe de 150 bars du fluide caloporteur.Pencil 1 consists of a sheath 2, conventionally made of Zircaloy-4 (Zr4), closed at each of its ends by a cap, respectively upper 3 and lower 4, which is welded onto it. This sealed pencil is filled with helium, typically at 25 bars when cold for standard fuels, to partly counterbalance the effect of the external pressure of 150 bars of the heat transfer fluid.
L'intérieur de la gaine est essentiellement divisé en deux compartiments, dont l'un 5 en partie haute, entre le haut de la colonne fissile et le bouchon supérieur 3, constitue une chambre d'expansion de gaz et l'autre loge la colonne fissile formée par l'empilement de pastilles de combustible nucléaire 6 qui s'étendent chacune selon la direction longitudinale XX' du crayon 1.The interior of the sheath is essentially divided into two compartments, one of which 5 in the upper part, between the top of the fissile column and the upper plug 3, constitutes a gas expansion chamber and the other houses the fissile column formed by the stack of nuclear fuel pellets 6 which each extend in the longitudinal direction XX' of the rod 1.
La chambre d’expansion est un volume libre destiné à recevoir les Produits de Fission sous forme gazeuse, appelés usuellement Gaz de Fission (GdF).The expansion chamber is a free volume intended to receive the Fission Products in gaseous form, usually called Fission Gas (FG).
Dans l'empilement représenté, chaque pastille 6 a sensiblement la même longueur ou hauteur H.In the stack shown, each pellet 6 has substantially the same length or height H.
Un ressort hélicoïdal de compression 7, en général en Inconel®, est logé dans la chambre d'expansion 5 avec son extrémité inférieure en appui contre la face supérieure de la pastille 6, la plus en hauteur de l’empilement des pastilles, et son autre extrémité en appui contre le bouchon 3 supérieur.A helical compression spring 7, generally made of Inconel®, is housed in the expansion chamber 5 with its lower end resting against the upper face of the pellet 6, the highest in the stack of pellets, and its other end resting against the upper plug 3.
En sus du maintien de l'empilement de pastilles 6 selon l'axe longitudinal XX' et « l'absorption » au cours du temps du gonflement longitudinal des pastilles 6, l'autre fonction de ce ressort 7 est d'empêcher le flambage de la section de la gaine sur son mode d'ovalisation. Autrement dit, il doit empêcher l'extrême ovalisation de la section de la gaine.In addition to maintaining the stack of pellets 6 along the longitudinal axis XX' and "absorbing" the longitudinal swelling of the pellets 6 over time, the other function of this spring 7 is to prevent buckling of the section of the sheath in its ovalization mode. In other words, it must prevent extreme ovalization of the section of the sheath.
La fonction primaire d’un crayon combustible est de produire, puis de transmettre la chaleur produite par les réactions de fission au sein du combustible.The primary function of a fuel rod is to produce and then transmit the heat produced by fission reactions within the fuel.
A ce jour, une pastille combustible telle qu’elle est mise en œuvre usuellement dans un réacteur REP, est constituée d’oxyde d’uranium UO2enrichi en U235à environ 5%, le complément étant de l’U238fertile.To date, a fuel pellet as usually used in a PWR reactor consists of uranium oxide UO2 enriched in U235 to approximately 5%, the remainder being fertile U238 .
Chaque pastille dégage, par fission nucléaire, de l’énergie sous forme de chaleur et qui varie au cours du temps en fonction de l’usure du combustible mais aussi de la variation de l’altitude des crayons de commande, de la température du circuit primaire.Each pellet releases, by nuclear fission, energy in the form of heat which varies over time depending on the wear of the fuel but also on the variation in the altitude of the control rods and the temperature of the primary circuit.
La puissance ainsi dissipée est également fonction, à la fois, de la position de la pastille dans le crayon, de la position du crayon dans l’assemblage, et de la position de l’assemblage dans le cœur.The power thus dissipated is also a function of the position of the pellet in the pencil, the position of the pencil in the assembly, and the position of the assembly in the core.
Cette puissance est évacuée vers la source froide du circuit primaire (l’eau primaire de refroidissement) en rencontrant un certain nombre d’obstacles thermiques que l’on peut synthétiser comme suit :
- un fort gradient thermique entre le centre et la périphérie de la pastille induit par la faible conductivité thermique de l’UO2;
- un gradient thermique radial entre pastille et gaine du crayon. En effet, le joint entre pastille et gaine, entièrement gazeux (de l’hélium) en début d’irradiation devient totalement comblé au cours du second cycle. Toutefois, la rugosité de la pastille permet la présence discontinue de gaz qui n’est plus simplement de l’hélium mais comprend également des GdF : ainsi, le contact entre pastille et gaine n’est jamais parfait et crée donc, par sa résistance thermique, un gradient thermique radial;
- la conduction thermique radiale à travers la gaine;
- la résistance due à l’échange convectif radial entre la face externe de la gaine et le fluide caloporteur.
- a strong thermal gradient between the center and the periphery of the pellet induced by the low thermal conductivity of UO 2 ;
- a radial thermal gradient between the pellet and the pencil cladding. Indeed, the joint between the pellet and the cladding, entirely gaseous (helium) at the start of irradiation, becomes completely filled during the second cycle. However, the roughness of the pellet allows the discontinuous presence of gas which is no longer simply helium but also includes GdF: thus, the contact between the pellet and the cladding is never perfect and therefore creates, by its thermal resistance, a radial thermal gradient;
- radial heat conduction through the sheath;
- the resistance due to radial convective exchange between the external face of the sheath and the heat transfer fluid.
L’évacuation de la chaleur en régime de fonctionnement nominal et en régime incidentel et accidentel est principalement régie par l’équation de conduction de la chaleur (ou équation de Fourier) avec dissipation d’énergie pour la pastille de combustible à laquelle s’ajoute l’équation de Newton qui modélise les échanges convectifs par un coefficient d’échange thermique entre la gaine et le fluide caloporteur.Heat evacuation in nominal operating mode and in incident and accidental mode is mainly governed by the heat conduction equation (or Fourier equation) with energy dissipation for the fuel pellet to which is added the Newton equation which models convective exchanges by a heat exchange coefficient between the sheath and the heat transfer fluid.
Ces équations s’appliquent dans les situations incidentelles et accidentelles, tant que la géométrie du crayon (pastilles y compris) reste intègre et que le fluide caloporteur ne s’est pas vaporisé.These equations apply in incidental and accidental situations, as long as the geometry of the pencil (including pellets) remains intact and the heat transfer fluid has not vaporized.
Des simulations numériques d’un accident de type Perte de Réfrigérant Primaire (APRP) et de type réactivité RIA (acronyme anglais pour « Reactivity Insertion Accident »), ont démontré l’intérêt, du point de vue des conséquences thermiques temporelles de cet accident, d’avoir au régime nominal donc initial de cet accident, un combustible le plus froid possible à cœur.Numerical simulations of a Loss of Primary Coolant (APRP) and Reactivity Insertion Accident (RIA) type accident have demonstrated the benefit, from the point of view of the temporal thermal consequences of this accident, of having, at the nominal, therefore initial, regime of this accident, a fuel that is as cold as possible at the core.
L’objectif principal est donc, en termes de sûreté, d’abaisser la thermique du crayon et plus particulièrement de la pastille de combustible.The main objective is therefore, in terms of safety, to lower the thermal capacity of the pencil and more particularly of the fuel pellet.
De manière générale, diminuer la température de fonctionnement d’une pastille de combustible, permet d’augmenter la densité de puissance, de diminuer le relâchement des gaz de fission, d’améliorer la sûreté des réacteurs en situations incidentelle (IPG acronyme pour Interactions Pastilles-Gaine) et accidentelle (APRP, RIA…), d’améliorer la flexibilité de pilotage d’un réacteur nucléaire, d’augmenter le taux de combustion (aussi appelé burn-up ou taux d'irradiation) maximal de ce dernier.Generally speaking, reducing the operating temperature of a fuel pellet makes it possible to increase the power density, reduce the release of fission gases, improve the safety of reactors in incident situations (IPG acronym for Pellet-Clad Interactions) and accident situations (APRP, RIA, etc.), improve the flexibility of controlling a nuclear reactor, and increase the maximum combustion rate (also called burn-up or irradiation rate) of the latter.
La
Il y a différentes manières d’améliorer la fonction d’évacuation de la puissance produite par une pastille ou un empilement de pastilles combustibles UO2. Certaines caractéristiques pouvant difficilement être modifiées, comme par exemple le fluide primaire, le matériau de la gaine, la voie d’innovation la plus ouverte est celle de l’amélioration de la conductivité thermique de l’UO2.There are various ways to improve the power evacuation function of a UO 2 fuel pellet or pellet stack. Since some characteristics can hardly be modified, such as the primary fluid, the cladding material, the most open innovation path is that of improving the thermal conductivity of UO 2 .
Cette voie peut être divisée en deux catégories qui ont été explorées.This path can be divided into two categories which have been explored.
La première catégorie concerne l’amélioration de la conductivité thermique sans ajout d’une autre phase au sein du combustible UO2.The first category concerns the improvement of thermal conductivity without adding another phase within the UO2 fuel.
Cette première catégorie peut elle-même être subdivisée en trois sous-catégories comme suit :This first category can itself be subdivided into three subcategories as follows:
- une modification de la forme du crayon, afin d’augmenter la surface d’échange entre source chaude et source froide. Cette modification est localisée par définition au niveau de chaque crayon d’un assemblage combustible. Cette solution a pour inconvénients majeurs de nécessiter une nouvelle conception de l’assemblage et d’avoir un impact éventuel sur la fabricabilité du crayon et les performances de l’assemblage;- a modification of the shape of the pencil, in order to increase the exchange surface between the hot source and the cold source. This modification is located by definition at the level of each pencil of a fuel assembly. This solution has the major drawbacks of requiring a new design of the assembly and of having a possible impact on the manufacturability of the pencil and the performance of the assembly;
- un changement de la nature du combustible en passant d’un oxyde combustible à un combustible meilleur conducteur de chaleur, par exemple un combustible métallique. Cette modification est localisée par définition au niveau de chaque pastille combustible. Cette solution a pour inconvénients majeurs d’induire un comportement différent en réacteur, de nécessiter une recherche et développement pour développer/qualifier ce nouveau combustible, de mettre au point des nouveaux procédés de fabrication et d’avoir à redéfinir le cycle aval du combustible;- a change in the nature of the fuel by switching from a combustible oxide to a better heat-conducting fuel, for example a metallic fuel. This modification is localized by definition at the level of each fuel pellet. This solution has the major drawbacks of inducing different behavior in the reactor, requiring research and development to develop/qualify this new fuel, developing new manufacturing processes and having to redefine the downstream fuel cycle;
- une combinaison des deux sous-catégories précédentes qui est un concept désigné sous le nom de LIGHTBRIDGE : voir notamment [2]. Ce concept consiste en un crayon de forme générale hélicoïdale dont la gaine renferme un combustible métallique, de l’UZr. En sus des inconvénients explicités pour les deux sous-catégories précédentes, cette solution a pour inconvénients majeurs de fortement diminuer la masse de matière fissile, typiquement d’environ 25% et de nécessiter de sur-enrichir la pastille en combustible U5.- a combination of the two previous subcategories which is a concept designated under the name of LIGHTBRIDGE: see in particular [2]. This concept consists of a generally helical shaped rod whose sheath contains a metallic fuel, UZr. In addition to the disadvantages explained for the two previous subcategories, this solution has the major disadvantages of significantly reducing the mass of fissile material, typically by around 25% and of requiring over-enrichment of the pellet with U5 fuel.
La deuxième catégorie concerne l’amélioration de la conductivité thermique avec l’ajout d’une autre phase au sein du combustible UO2. L’ajout est localisé par définition au niveau de chaque pastille combustible.The second category concerns the improvement of thermal conductivity with the addition of another phase within the UO 2 fuel. The addition is localized by definition at the level of each fuel pellet.
Cette deuxième catégorie peut elle-même être subdivisée en trois sous-catégories comme suit :This second category can itself be subdivided into three subcategories as follows:
- une dispersion homogène d’un matériau, tel que le diamant, le graphène…, de conductivité thermique supérieure à la céramique d’UO2à l’échelle du nanomètre jusqu’à l’échelle du micron. Cette solution ne semble pas pertinente à ce jour du point de vue de son comportement thermique. Les inventeurs estiment qu’il est toutefois difficile de statuer sur cette solution par manque d’informations et de connaissances. Cette solution a pour inconvénients majeurs d’être uniquement à l’échelle d’un laboratoire et donc, de nécessiter une recherche et développement complète à faire pour le combustible, une analyse de la fabricabilité, et enfin de ne disposer d’aucun outil de modélisation;- a homogeneous dispersion of a material, such as diamond, graphene, etc., with a thermal conductivity higher than UO 2 ceramic at the nanometer scale to the micron scale. This solution does not seem relevant to date from the point of view of its thermal behavior. The inventors believe that it is however difficult to decide on this solution due to a lack of information and knowledge. This solution has the major drawbacks of being only at the laboratory scale and therefore requiring complete research and development to be done for the fuel, an analysis of manufacturability, and finally of not having any modeling tools;
- une dispersion homogène d’une seconde phase métallique à l’échelle microscopique avec l’objectif de diminuer la conductivité thermique de la pastille UO2: voir notamment [1]. Cette solution a pour inconvénients majeurs d’induire une difficulté de fabrication et de nécessiter la finalisation puis la validation d’outils de modélisation existants;- a homogeneous dispersion of a second metallic phase on a microscopic scale with the aim of reducing the thermal conductivity of the UO 2 pellet: see in particular [1]. This solution has the major drawbacks of inducing a manufacturing difficulty and requiring the finalization and then validation of existing modeling tools;
- une dispersion hétérogène d’une seconde phase métallique à l’échelle macroscopique, c’est-à-dire à l’échelle du dixième de millimètre ou moins, avec l’objectif de favoriser le flux thermique de la pastille UO2vers la source froide. Cette seconde phase métallique se caractérise par un insert métallique au sein de la matière fissile de la pastille.- a heterogeneous dispersion of a second metallic phase on a macroscopic scale, i.e. on a scale of a tenth of a millimeter or less, with the aim of promoting the heat flow from the UO 2 pellet to the cold source. This second metallic phase is characterized by a metallic insert within the fissile material of the pellet.
Un tel insert métallique est décrit sous deux conceptions distinctes dans la publication [3].Such a metal insert is described in two distinct designs in the publication [3].
Une de ces conceptions, montrée à la figure 1a de cette publication [3], consiste en un ensemble de six ailettes fines, réparties uniformément selon une distribution angulaire à la manière de rayons d’une roue de vélo. Cette conception améliore effectivement la thermique de la pastille combustible au centre.One such design, shown in Figure 1a of this publication [3], consists of a set of six thin fins, uniformly distributed in an angular distribution like the spokes of a bicycle wheel. This design effectively improves the thermal performance of the fuel pellet in the center.
Cependant, l’analyse faite par les experts de la demanderesse sur cette conception montre que si, effectivement, le choix des caractéristiques structurelles des ailettes permet d’atteindre une réduction importante de la température de la pastille à cœur, en revanche ce choix génère potentiellement plusieurs inconvénients pouvant avoir des conséquences très gênantes sur le comportement de la pastille, voire même remettre totalement en cause la pertinence de la solution.However, the analysis carried out by the applicant's experts on this design shows that if, indeed, the choice of the structural characteristics of the fins makes it possible to achieve a significant reduction in the core temperature of the pellet, on the other hand this choice potentially generates several drawbacks which could have very inconvenient consequences on the behavior of the pellet, or even completely call into question the relevance of the solution.
Les principales conséquences potentiellement négatives sont les suivantes :
- une garantie hypothétique de la fonction thermique sous irradiation et de la tenue mécanique sous irradiation des ailettes compte tenu de leur faible épaisseur;
- une tenue mécanique de la gaine non garantie, avec des gradients de température élevés et locaux sur celle-ci, typiquement de 100 à 300 °C/mm, qui sont dus aux contacts de chaque ailette avec la gaine ;
- l’absence de certitude de ne pas aggraver le phénomène d’Interaction Pastille Gaine avec une Corrosion Sous Contrainte (IPG-CSC) ;
- un niveau de corrosion susceptible d’être présent sur la gaine en cours d’irradiation ;
- une fabricabilité des ailettes métalliques dans un combustible céramique non démontrée avec notamment la possibilité du montage des ailettes.
- a hypothetical guarantee of the thermal function under irradiation and of the mechanical resistance under irradiation of the fins given their low thickness;
- mechanical resistance of the sheath not guaranteed, with high and local temperature gradients on it, typically from 100 to 300 °C/mm, which are due to the contacts of each fin with the sheath;
- the lack of certainty of not aggravating the phenomenon of Interaction Pellet Sheath with Stress Corrosion (IPG-CSC);
- a level of corrosion likely to be present on the sheath during irradiation;
- a manufacturability of metal fins in a ceramic fuel not demonstrated, in particular with the possibility of mounting the fins.
Pour pallier les inconvénients précités de la conception montrée à la figure 1a de la publication [3], la demanderesse a proposé dans les demandes de brevet WO2022/223387, WO2022/223504, WO2022/223510, différentes formes d’insert métallique en substance respectivement, à section transversale en croix à quatre branches, et à disque(s) plein(s) et tige pleine.To overcome the aforementioned drawbacks of the design shown in Figure 1a of publication [3], the applicant proposed in patent applications WO2022/223387, WO2022/223504, WO2022/223510, different forms of metal insert in substance respectively, with a four-arm cross-section, and with solid disc(s) and solid rod.
Si ces solutions apparaissent satisfaisantes, l’inventeur de la présente invention s’est fixé comme objectif de diminuer encore les gradients thermiques dans une pastille de combustible en fonctionnement.If these solutions appear satisfactory, the inventor of the present invention has set himself the objective of further reducing the thermal gradients in a fuel pellet in operation.
Autrement dit, il existe un besoin d’améliorer la conception thermique de pastilles de combustible nucléaire, plus particulièrement à base d’oxydes UO2, afin de diminuer au maximum leur température à cœur, en régime de fonctionnement nominal pour un cœur de Réacteur à Eau sous Pression (REP) tout en respectant les contraintes suivantes :In other words, there is a need to improve the thermal design of nuclear fuel pellets, particularly those based on UO 2 oxides, in order to reduce their core temperature as much as possible, in nominal operating mode for a Pressurized Water Reactor (PWR) core while respecting the following constraints:
- minimisation des gradients thermiques au sein d’une pastille ;- minimization of thermal gradients within a pellet;
- minimisation de la quantité de seconde phase apportée dans une pastille ;- minimization of the quantity of second phase provided in a pellet;
- absence de dégradation à tout le moins dégradation limitée du comportement neutronique ;- absence of degradation or at least limited degradation of neutron behavior;
- fabricabilité la plus aisée possible ;- easiest possible manufacturability;
- montage d’une colonne de combustible le plus simple possible ;- assembly of a fuel column as simple as possible;
- absence des inconvénients précités de la conception montrée à la figure 1a de cette publication [3].- absence of the aforementioned drawbacks of the design shown in Figure 1a of this publication [3].
Le but de l’invention est de répondre au moins en partie à ce besoin.The aim of the invention is to meet at least part of this need.
Pour ce faire, l’invention concerne, sous l’un de ses aspects, une pastille de combustible nucléaire, comprenant :To this end, the invention relates, in one of its aspects, to a nuclear fuel pellet, comprising:
- un cylindre droit de matière fissile d’axe central (X) dont la longueur et le diamètre définissent respectivement la longueur et le diamètre de la pastille;
- une pluralité d’inserts en matériau conducteur thermique, les inserts étant des barreaux pleins, répartis selon différentes positions azimutales et d’altitude au sein du cylindre droit, en étant distants les uns des autres.
- a plurality of inserts made of thermally conductive material, the inserts being solid bars, distributed according to different azimuthal and altitude positions within the right cylinder, being distant from each other.
Les barreaux peuvent être rectilignes. Les inserts peuvent être avantageusement métalliques ou en alliage métallique ou céramiques.The bars can be straight. The inserts can advantageously be metallic or made of metal alloy or ceramic.
Ils peuvent être de section transversale carrée, rectangulaire, circulaire ou elliptique.They can be square, rectangular, circular or elliptical in cross section.
Les barreaux sont de préférence répartis de manière homogène dans le volume du cylindre droit.The bars are preferably distributed evenly throughout the volume of the straight cylinder.
Selon un mode de réalisation avantageux, les barreaux sont répartis équitablement dans plusieurs plans parallèles entre eux et perpendiculaires à l’axe central (X), avec les barreaux coplanaires d’un plan orientés selon un angle décalé de 90° par rapport à ceux d’un plan adjacent.According to an advantageous embodiment, the bars are distributed equally in several planes parallel to each other and perpendicular to the central axis (X), with the coplanar bars of a plane oriented at an angle offset by 90° relative to those of an adjacent plane.
Selon ce mode, chaque barreau s’étend avantageusement selon une direction radiale sécante avec l’axe central (X).According to this mode, each bar advantageously extends in a radial direction intersecting with the central axis (X).
Selon ce mode et une variante de configuration avantageuse, la pastille comprend, par plan, un barreau qui s’étend selon le diamètre de la pastille.According to this mode and an advantageous configuration variant, the pellet comprises, per plane, a bar which extends along the diameter of the pellet.
Selon une autre variante de réalisation avantageuse, le pas mesuré en périphérie de pastille de répartition entre deux barreaux adjacents au sein d’un même plan est égal ou supérieur à la distance axiale entre deux plans adjacents. According to another advantageous variant embodiment, the pitch measured on the periphery of the distribution pad between two adjacent bars within the same plane is equal to or greater than the axial distance between two adjacent planes.
De préférence, la section de chaque barreau est inférieure à 1 mm², de préférence inférieure à 0,1 mm².Preferably, the section of each bar is less than 1 mm², preferably less than 0.1 mm².
De préférence encore, la longueur de chaque barreau est inférieure ou égale au diamètre de la pastille, soit quelques mm.More preferably, the length of each bar is less than or equal to the diameter of the pellet, i.e. a few mm.
De préférence, la longueur de chaque barreau est une fraction du rayon de la pastille. Chaque plan comporte un barreau traversant de longueur 2*R, et 4 barreaux de chaque longueur L définie par i=(1 :1 : n-1) (L=i*R/n), n étant un entier supérieur à 1.Preferably, the length of each bar is a fraction of the radius of the pellet. Each plane has a through bar of length 2*R, and 4 bars of each length L defined by i=(1:1:n-1) (L=i*R/n), n being an integer greater than 1.
Avec n=2, chaque plan comporte un barreau de longueur 2*R et 4 barreaux de longueur 1R/2 (5 barreaux par plan).With n=2, each plane has one bar of length 2*R and 4 bars of length 1R/2 (5 bars per plane).
Avec n=3, chaque plan comporte un barreau de longueur 2*R et 4 barreaux de longueur 2R/3 et 4 barreaux de longueur 1R/3 (9 barreaux par plan, figures 4 et 4A). Avec n=4, chaque plan comporte un barreau de longueur 2*R et 4 barreaux de longueur 3R/4, 4 barreaux de longueur 2R/4 et 4 barreaux de longueur 1R/4 (13 barreaux par plan, figures 5 et 5A).With n=3, each plane has one bar of length 2*R and 4 bars of length 2R/3 and 4 bars of length 1R/3 (9 bars per plane, Figures 4 and 4A). With n=4, each plane has one bar of length 2*R and 4 bars of length 3R/4, 4 bars of length 2R/4 and 4 bars of length 1R/4 (13 bars per plane, Figures 5 and 5A).
Avec n=5, chaque plan comporte 17 barreaux par plan (figures 6, 6A et 7).With n=5, each plane has 17 bars per plane (figures 6, 6A and 7).
Les barreaux sur un même plan sont répartis de manière homogène en azimut, une de leur extrémité étant sur la périphérie de la pastille, les différentes longueurs de barreaux étant alternées comme présenté sur les figures 4 à 7.The bars on the same plane are distributed homogeneously in azimuth, one of their ends being on the periphery of the pellet, the different lengths of bars being alternated as shown in figures 4 to 7.
De préférence encore, le ratio entre section et longueur de chaque barreau est inférieur à 0,5, de préférence inférieur à 0,1.More preferably, the ratio between section and length of each bar is less than 0.5, preferably less than 0.1.
Avantageusement, le matériau des barreaux est choisi parmi un alliage de zirconium, notamment le Zircaloy-4 (Zr4), le chrome (Cr), le Molybdène (Mo).Advantageously, the material of the bars is chosen from a zirconium alloy, in particular Zircaloy-4 (Zr 4 ), chromium (Cr), molybdenum (Mo).
Avantageusement encore, la matière fissile du cylindre droit est choisie parmi l’oxyde d'uranium(IV) (UO2), l’oxyde mixte (U, Pu)O2ou un mélange mixte à base d'oxyde d'uranium et d'oxydes de plutonium retraités.Advantageously, the fissile material of the right cylinder is chosen from uranium(IV) oxide ( UO2 ), mixed oxide (U, Pu) O2 or a mixed mixture based on uranium oxide and reprocessed plutonium oxides.
De préférence, le pourcentage volumique des barreaux étant compris entre 1 et 10 %. Preferably, the volume percentage of the bars being between 1 and 10%.
L’invention concerne également un crayon de combustible nucléaire s'étendant selon une direction longitudinale (XX') comprenant :The invention also relates to a nuclear fuel rod extending in a longitudinal direction (XX') comprising:
- une pluralité de pastilles nucléaires telles que décrites précédemment, empilées les unes sur les autres ;- a plurality of nuclear pellets as described above, stacked on top of each other;
- une gaine en matériau transparent aux neutrons entourant l'empilement de pastilles.- a sheath made of neutron-transparent material surrounding the stack of pellets.
Avantageusement, la gaine est en alliage de zirconium, notamment en Zircaloy-4 (Zr4), ou en alliage M5®(ZrNbO).Advantageously, the sheath is made of zirconium alloy, in particular Zircaloy-4 (Zr 4 ), or M5 ® alloy (ZrNbO).
L’invention concerne également un assemblage de combustible nucléaire comprenant une pluralité de crayons de combustible comme ci-avant et agencés entre eux selon un réseau.The invention also relates to a nuclear fuel assembly comprising a plurality of fuel rods as above and arranged between them in a network.
L’invention concerne également l’utilisation d’une pastille de combustible nucléaire telle que décrite précédemment ou d’un crayon de combustible comme décrit ci-avant dans un réacteur à eau pressurisée (REP), un réacteur à eau bouillante (REB), un réacteur à neutrons rapides (RNR), notamment refroidi par métal liquide, tel que le sodium liquide (RNR-Na).The invention also relates to the use of a nuclear fuel pellet as described above or of a fuel rod as described above in a pressurized water reactor (PWR), a boiling water reactor (BWR), a fast neutron reactor (FNR), in particular cooled by liquid metal, such as liquid sodium (FNR-Na).
Ainsi, l’invention consiste essentiellement en une pastille de combustible nucléaire qui intègre, au sein d’un cylindre droit de matière fissile, une pluralité d’inserts conducteurs thermiques, notamment métalliques, sous la forme de barreaux pleins, répartis avantageusement de manière homogène dans un cylindre droit de matière combustible.Thus, the invention essentially consists of a nuclear fuel pellet which integrates, within a straight cylinder of fissile material, a plurality of thermally conductive inserts, in particular metallic, in the form of solid bars, advantageously distributed homogeneously in a straight cylinder of combustible material.
Les barreaux à l’échelle de la microstructure ont une géométrie et une répartition qui minimisent le volume de la phase métallique ajoutée nécessaire par rapport au volume de la pastille, à objectif donné de réduction et d’homogénéisation de température combustible.The microstructure-scale bars have a geometry and distribution that minimize the volume of the added metallic phase required relative to the volume of the pellet, for the given objective of reducing and homogenizing the combustible temperature.
Les barreaux ainsi insérés dans le cylindre de combustible créent des ponts thermiques qui diminuent les gradients thermiques dans la pastille, de préférence en étant orientés dans la direction du flux thermique principal, qui pour une pastille est très majoritairement radial (hormis pour la pastille d’extrémité d’une colonne fissile basse et haute), entre le cœur de la pastille et sa périphérie et la gaine.The bars thus inserted into the fuel cylinder create thermal bridges which reduce the thermal gradients in the pellet, preferably by being oriented in the direction of the main heat flow, which for a pellet is very largely radial (except for the end pellet of a low and high fissile column), between the core of the pellet and its periphery and the cladding.
Les barreaux conducteurs thermiques sont ainsi orientés préférentiellement dans la direction radiale du cylindre droit de combustible.The thermal conductive bars are thus preferentially oriented in the radial direction of the right fuel cylinder.
Ainsi, les directions des inserts sous forme de barreaux à privilégier pour des pastilles standard de forme cylindrique sont très majoritairement radiales, puis azimutales et minoritairement axiales, c’est-à-dire selon la hauteur du cylindre droit de la pastille.Thus, the directions of the inserts in the form of bars to be favored for standard cylindrical pellets are overwhelmingly radial, then azimuthal and, to a lesser extent, axial, that is to say according to the height of the right cylinder of the pellet.
Les barreaux métalliques permettent de diminuer la température maximale du combustible de plusieurs centaines de degrés Celsius suivant leurs dimensions, leur matériau constitutif et leur répartition dans le cylindre droit de combustible, tout en minimisant leur pourcentage en volume ajouté et donc en maximisant le volume fissile de la pastille. Cela permet de minimiser le sur-enrichissement induit pour compenser la perte de masse fissile.The metal rods make it possible to reduce the maximum fuel temperature by several hundred degrees Celsius depending on their dimensions, their constituent material and their distribution in the right fuel cylinder, while minimizing their percentage in added volume and therefore maximizing the fissile volume of the pellet. This makes it possible to minimize the over-enrichment induced to compensate for the loss of fissile mass.
Des barreaux conducteurs thermiques, peuvent être à base de molybdène, chrome ou en céramique SiC (carbure de silicium), et présenter chacun une longueur caractéristique de quelques mm, une largeur caractéristique de l’ordre de 1 mm ou moins (quelques microns), une hauteur caractéristique de l’ordre de l’ordre de 1 mm ou moins (quelques microns).Thermally conductive bars can be made from molybdenum, chromium or SiC (silicon carbide) ceramic, and each have a characteristic length of a few mm, a characteristic width of the order of 1 mm or less (a few microns), a characteristic height of the order of 1 mm or less (a few microns).
Les barreaux sont introduits dans la pastille à différentes altitudes et différents azimuts.The bars are introduced into the pellet at different altitudes and different azimuths.
De manière générale, plus les largeur et hauteur des barreaux pourront être réduites tout en préservant leur continuité radiale, plus leur répartition dans la pastille pourra être homogène et efficace avec un gain maximisé à pourcentage de phase conductrice donné.Generally speaking, the more the width and height of the bars can be reduced while preserving their radial continuity, the more their distribution in the pellet can be homogeneous and efficient with a maximized gain at a given percentage of conductive phase.
Du fait de la direction radiale puis latérale à privilégier majoritairement pour une pastille de format cylindrique standard, une largeur plus importante de barreau est préférable à une hauteur plus importante, selon la hauteur du cylindre de combustible.Due to the radial then lateral direction which is mainly preferred for a standard cylindrical format pellet, a greater bar width is preferable to a greater height, depending on the height of the fuel cylinder.
Suivant la diminution et la répartition de température souhaitée, le nombre et le positionnement des barreaux conducteurs, c’est-à-dire leur densité volumique dans la pastille, seront à ajuster.Depending on the desired temperature reduction and distribution, the number and positioning of the conductive bars, i.e. their volume density in the pellet, will need to be adjusted.
En particulier, suivant la zone radiale de la pastille à refroidir, la répartition des barreaux dans la pastille sera à ajuster.In particular, depending on the radial area of the pellet to be cooled, the distribution of the bars in the pellet will need to be adjusted.
Avantageusement, le pas caractéristique axial, c’est-à-dire selon la hauteur du cylindre droit, entre les barreaux est du même ordre que le pas caractéristique horizontal entre les barreaux en périphérie de la pastille, de manière à homogénéiser au maximum les températures au sein de la pastille. Ainsi, les barreaux seront préférentiellement orientés avec un angle de déphasage, d’un plan à l’autre adjacent axialement pour un maillage plus homogène de la pastille de manière à homogénéiser au maximum les températures au sein de la pastille.Advantageously, the characteristic axial pitch, that is to say according to the height of the straight cylinder, between the bars is of the same order as the characteristic horizontal pitch between the bars on the periphery of the pellet, so as to homogenize the temperatures within the pellet as much as possible. Thus, the bars will be preferentially oriented with a phase shift angle, from one plane to the other axially adjacent for a more homogeneous mesh of the pellet so as to homogenize the temperatures within the pellet as much as possible.
Par conséquent, grâce à la pluralité d’inserts sous forme de barreaux, la température de fonctionnement de la pastille combustible est diminuée de manière importante.Therefore, thanks to the plurality of inserts in the form of bars, the operating temperature of the fuel pellet is significantly reduced.
Une pastille de combustible céramique fonctionnant à une température plus basse présente de nombreux avantages parmi lesquels on peut citer :
- une diminution du relâchement des gaz de fission et de la fragmentation du combustible, ce qui est bénéfique pour la pression interne du crayon,
- une diminution du gonflement des bulles de gaz et donc du combustible,
- une diminution de l’interaction mécanique entre la pastille et la gaine, ce qui est bénéfique pour la déformation diamétrale de la gaine et la densité d’énergie de déformation de la gaine,
- un gain de marges sur les différents critères de sûreté précités, en particulier sur la limite à fusion du combustible, ce qui augmente ainsi les marges de fonctionnement d’un réacteur nucléaire notamment afin d’être plus flexible en pilotage, et d’obtenir un gain en puissance maximale voire en burn-up maximal, en particulier afin d’améliorer la capacité de pilotage à haut burn-up.
- a reduction in the release of fission gases and fuel fragmentation, which is beneficial for the internal pressure of the rod,
- a reduction in the swelling of gas bubbles and therefore of the fuel,
- a decrease in the mechanical interaction between the pellet and the cladding, which is beneficial for the cladding diametrical deformation and the cladding strain energy density,
- a gain in margins on the various safety criteria mentioned above, in particular on the fuel fusion limit, which thus increases the operating margins of a nuclear reactor in particular in order to be more flexible in control, and to obtain a gain in maximum power or even in maximum burn-up, in particular in order to improve the control capacity at high burn-up.
Les applications industrielles visées pour l’invention sont l’ensemble des combustibles des réacteurs électrogènes (REP, BWR, RNR), ainsi que certains réacteurs expérimentaux, avec la fabrication et la mise en pile de combustibles à sûreté et performances améliorées.The industrial applications targeted for the invention are all fuels for power generating reactors (REP, BWR, RNR), as well as certain experimental reactors, with the manufacture and stacking of fuels with improved safety and performance.
Pour l’aspect sûreté, une pastille selon l’invention peut être classée dans la catégorie dite de combustible E-ATF (acronyme anglo-saxon pour «Enhanced Accident Tolerant Fuel»).For the safety aspect, a pellet according to the invention can be classified in the so-called E-ATF fuel category (acronym for “ Enhanced Accident Tolerant Fuel ”).
Les évolutions majeures de cette catégorie E-ATF apportées par l’invention sont les suivantes :
- une température de fonctionnement plus basse du combustible et une pression interne plus basse dans l’élément combustible ;
- une introduction d’inserts de conductivité thermique supérieure à l’UO2dans la direction du flux thermique principal, pour minimiser la proportion volumique de barreaux insérés ;
- une minimisation du volume de barreaux insérés introduite vis-à-vis du volume de la phase céramique de la pastille combustible par optimisation de la géométrie et de la répartition des inserts pour minimiser le sur-enrichissement induit pour compenser la perte de masse fissile ;
- des inserts sous la forme de barreaux à l’échelle de 1 mm ou moins (quelques microns, dépend de la résolution du procédé de fabrication) pour une efficacité maximisée, une température plus homogène dans la pastille et moins de contraintes mécaniques internes ;
- une recherche des ratios section/longueur d’inserts les plus petits possibles et une répartition volumique la plus homogène possible dans les zones de la pastille où l’on souhaite augmenter la conductivité thermique.
- lower operating fuel temperature and lower internal pressure in the fuel element;
- an introduction of inserts with thermal conductivity higher than UO 2 in the direction of the main heat flow, to minimize the volume proportion of inserted bars;
- a minimization of the volume of inserted bars introduced with respect to the volume of the ceramic phase of the fuel pellet by optimization of the geometry and distribution of the inserts to minimize the over-enrichment induced to compensate for the loss of fissile mass;
- inserts in the form of bars on a scale of 1 mm or less (a few microns, depending on the resolution of the manufacturing process) for maximized efficiency, a more homogeneous temperature in the pellet and less internal mechanical constraints;
- a search for the smallest possible insert section/length ratios and the most homogeneous possible volume distribution in the areas of the pellet where we want to increase thermal conductivity.
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée d’exemples de mise en œuvre de l’invention faite à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures suivantes.Other advantages and characteristics of the invention will become more apparent upon reading the detailed description of examples of implementation of the invention given for illustrative and non-limiting purposes with reference to the following figures.
Par souci de clarté, un même élément selon l’état de l’art et selon l’invention est désigné par une même référence numérique.For the sake of clarity, the same element according to the state of the art and according to the invention is designated by the same numerical reference.
Les figures 1 et 2 ont déjà été commentées en préambule. Elles ne seront donc pas détaillées ci-après.Figures 1 and 2 have already been commented on in the preamble. They will therefore not be detailed below.
Dans les exemples ci-après, les pastilles de combustible selon l’invention sont modélisées, par un logiciel commercialisé sous l’appellation « Scilab » qui permet de dessiner les pastilles avec inserts.In the examples below, the fuel pellets according to the invention are modeled by software marketed under the name “Scilab” which allows the pellets with inserts to be drawn.
On a représenté en
Une pastille 6 selon l’invention d’axe central (X) comprend un cylindre droit 60 de matière combustible oxyde dégageant de la puissance thermique et une pluralité d’inserts métalliques sous la forme de barreaux répartis 8 de manière homogène selon différentes positions azimutales et d’altitude au sein du cylindre droit 60 en étant distants les uns des autres.A pellet 6 according to the invention with a central axis (X) comprises a straight cylinder 60 of combustible oxide material releasing thermal power and a plurality of metal inserts in the form of bars distributed homogeneously according to different azimuthal and altitude positions within the straight cylinder 60 while being distant from each other.
Plus précisément, les barreaux 8 sont droits et répartis équitablement dans plusieurs plans parallèles entre eux et perpendiculaires à l’axe central (X), avec les barreaux coplanaires d’un plan orientés selon un angle décalé de 90° par rapport à ceux d’un plan adjacent.More precisely, the bars 8 are straight and distributed equally in several planes parallel to each other and perpendicular to the central axis (X), with the coplanar bars of a plane oriented at an angle offset by 90° relative to those of an adjacent plane.
Les figures 4 à 7 illustrent quatre variantes de réalisation d’une pastille 6 selon l’invention pour une densité volumique de barreaux métalliques 8 formant les inserts répartis de manière homogène à 4,8% (figures 4 et 5) et à 2,5% (figures 6 et 7) par rapport au volume total de la pastille 6.Figures 4 to 7 illustrate four variants of embodiment of a pellet 6 according to the invention for a volume density of metal bars 8 forming the inserts distributed homogeneously at 4.8% (figures 4 and 5) and at 2.5% (figures 6 and 7) relative to the total volume of the pellet 6.
Les sections transversales de ces barreaux 8 sont respectivement rectangulaire égale à 0,6x0,3mm (
Des procédés de fabrication additive peuvent être mis en œuvre pour réaliser ce type de géométries d’inserts.Additive manufacturing processes can be implemented to achieve this type of insert geometry.
La
Plus précisément, l’équation de répartition des barreaux selon les figures 4 et 4A est la suivante.More precisely, the equation for the distribution of the bars according to figures 4 and 4A is as follows.
Longueur des barreaux L est définie par :Length of bars L is defined by:
L=i*R/n, c’est-à-dire L prend les valeurs i*R/nL=i*R/n, that is, L takes the values i*R/n
où i=(1 : 1 : n-1), i prenant les valeurs comprises en 1 et n-1 avec un incrément de 1.where i=(1:1:n-1), i taking the values between 1 and n-1 with an increment of 1.
Dans la configuration des figures 4 et 4A, n=3, ce qui donne un barreau de longueur 2*R, 4 barreaux de longueur 2R/3 et 4 barreaux de longueur 1R/3 soit 9 barreaux par plan.In the configuration of figures 4 and 4A, n=3, which gives one bar of length 2*R, 4 bars of length 2R/3 and 4 bars of length 1R/3, i.e. 9 bars per plane.
L’angle entre les barreaux d’un même plan de 360° divisé par 1+9 barreaux est donc égal à 36°.The angle between the bars of the same 360° plane divided by 1+9 bars is therefore equal to 36°.
La répartition des barreaux dans le sens horaire dans chaque hémisphère délimité par le barreau de longueur 2R est : court (R/3) – long (2R/3) – long (2R/3) – court (R/3).The distribution of the bars in a clockwise direction in each hemisphere delimited by the bar of length 2R is: short (R/3) – long (2R/3) – long (2R/3) – short (R/3).
Le pas (distance) entre les plans est égal à la hauteur de la pastille divisée par le nombre de plans, soit ici 14mm/8=1,75mm. La position axiale du plan le plus bas est de 1.75mm/2=0,875mm, la position axiale du plan le plus haut est de 14-0,875=13,125mm. Ainsi lorsque les pastilles sont empilées dans le crayon (
Les figures 5 et 5A concernent une variante à un nombre de onze altitudes, ou plans horizontaux, de barreaux métalliques 8. Dans chaque plan horizontal, sont agencés à distance les uns des autres, un barreau 80 qui s’étend sur tout un diamètre Ø du cylindre droit, des barreaux 83 de longueur intermédiaire qui s’étendent radialement sur une longueur de ¾ du rayon R du cylindre droit, des barreaux 81 de plus petite longueur qui s’étendent radialement sur une longueur de 2/4 du rayon R du cylindre droit, et des barreaux 82 de encore plus petite longueur qui s’étendent radialement sur une longueur de ¼ du rayon R du cylindre droit. Dans cet exemple illustré, les barreaux 80, 81, 82, 83 coplanaires sont distants les uns des autres d’un angle de 360°/1+13 barreaux= 27,7°. D’un plan à celui adjacent, les barreaux 8 sont déphasés d’un angle de 90°, c’est-à-dire que le barreau 80 d’un plan forme un angle de 90° avec le barreau 80 adjacent en vue de face de la pastille.Figures 5 and 5A relate to a variant with a number of eleven altitudes, or horizontal planes, of metal bars 8. In each horizontal plane, there are arranged at a distance from each other, a bar 80 which extends over an entire diameter Ø of the right cylinder, bars 83 of intermediate length which extend radially over a length of ¾ of the radius R of the right cylinder, bars 81 of smaller length which extend radially over a length of 2/4 of the radius R of the right cylinder, and bars 82 of even smaller length which extend radially over a length of ¼ of the radius R of the right cylinder. In this illustrated example, the coplanar bars 80, 81, 82, 83 are spaced from each other by an angle of 360°/1+13 bars= 27.7°. From one plane to the adjacent one, the bars 8 are out of phase by an angle of 90°, that is to say that the bar 80 of one plane forms an angle of 90° with the adjacent bar 80 in front view of the pellet.
Plus précisément, l’équation de répartition des barreaux selon la
La longueur des barreaux L est définie toujours avec i=(1 : 1 : n-1) (L=i*R/n), avec n=4, ce qui donne un barreau de longueur 2*R et 4 barreaux de longueur 3R/4 et 4 barreaux de longueur 2R/4 et 4 barreaux de longueur R/4 soit 13 barreaux par plan.The length of the bars L is always defined with i=(1 : 1 : n-1) (L=i*R/n), with n=4, which gives a bar of length 2*R and 4 bars of length 3R/4 and 4 bars of length 2R/4 and 4 bars of length R/4, i.e. 13 bars per plane.
Angle entre les barreaux d’un même plan de 360° divisé par 1+13 barreaux = 27,7°.Angle between the bars of the same 360° plane divided by 1+13 bars = 27.7°.
La répartition des barreaux dans le sens horaire dans chaque hémisphère délimité par le barreau de longueur 2R est : court (R/4) – long (3R/4) – moyen (2R/4) – moyen (2R/4) – long (3R/4) – court (R/4).The distribution of the bars in a clockwise direction in each hemisphere delimited by the bar of length 2R is: short (R/4) – long (3R/4) – medium (2R/4) – medium (2R/4) – long (3R/4) – short (R/4).
Le pas (distance) entre les plans est égale à la hauteur de pastille divisé par le nombre de plans, soit ici 14mm/11=1,27mm. La position axiale du plan le plus bas est de 1.27mm/2=0.64mm, la position axiale du plan le plus haut est de 14-0.64=13.36mm. Ainsi lorsque les pastilles sont empilées dans le crayon (
Les figures 6 et 6A concernent une variante à un nombre de douze altitudes, ou plans horizontaux, de barreaux métalliques 8. Dans chaque plan horizontal, sont agencés à distance les uns des autres, un barreau 80 qui s’étend sur tout un diamètre Ø du cylindre droit, des barreaux 83 de longueur intermédiaire qui s’étendent radialement sur une longueur de 4/5 du rayon R du cylindre droit, des barreaux 81 de plus petite longueur qui s’étendent radialement sur une longueur de 3/5 du rayon R du cylindre droit, des barreaux 82 de encore plus petite longueur qui s’étendent radialement sur une longueur de 2/5 du rayon R du cylindre droit et des barreaux 84 de encore plus petite longueur qui s’étendent radialement sur une longueur de 1/5 du rayon R du cylindre droit. Dans cet exemple illustré, les barreaux 80, 81, 82, 83, 84 coplanaires sont distants les uns des autres d’un angle de 360/(1+17)=20,0°. D’un plan à celui adjacent, les barreaux 8 sont déphasés d’un angle de 90°, c’est-à-dire que le barreau 80 d’un plan forme un angle de 90° avec le barreau 80 adjacent en vue de face de la pastille.Figures 6 and 6A relate to a variant with a number of twelve altitudes, or horizontal planes, of metal bars 8. In each horizontal plane, there are arranged at a distance from each other, a bar 80 which extends over an entire diameter Ø of the right cylinder, bars 83 of intermediate length which extend radially over a length of 4/5 of the radius R of the right cylinder, bars 81 of smaller length which extend radially over a length of 3/5 of the radius R of the right cylinder, bars 82 of even smaller length which extend radially over a length of 2/5 of the radius R of the right cylinder and bars 84 of even smaller length which extend radially over a length of 1/5 of the radius R of the right cylinder. In this illustrated example, the coplanar bars 80, 81, 82, 83, 84 are spaced apart from each other by an angle of 360/(1+17)=20.0°. From one plane to the adjacent one, the bars 8 are phase-shifted by an angle of 90°, that is to say that the bar 80 of a plane forms an angle of 90° with the adjacent bar 80 in front view of the pellet.
Plus précisément, l’équation de répartition des barreaux selon la
Angle entre les barreaux d’un même plan de 360° divisé par 1+17 barreaux = 20,0°.Angle between the bars of the same 360° plane divided by 1+17 bars = 20.0°.
La répartition des barreaux dans le sens horaire dans chaque hémisphère délimité par le barreau de longueur 2R est : court (R/5) - long (4R/5) – moyen court (2R/5) – moyen long (3R/5) – moyen long (3R/5) - moyen court (2R/5) – long (4R/5) - court (R/5).The distribution of the bars in a clockwise direction in each hemisphere delimited by the bar of length 2R is: short (R/5) - long (4R/5) - medium short (2R/5) - medium long (3R/5) - medium long (3R/5) - medium short (2R/5) - long (4R/5) - short (R/5).
Le pas (distance) entre les plans est égal à la hauteur de la pastille divisée par le nombre de plans soit ici 14mm/12=1,17mm. La position axiale du plan le plus bas est de 1.17mm/2=0.58mm, la position axiale du plan le plus haut est de 14-0.58=13.42mm. Ainsi lorsque les pastilles sont empilées dans le crayon (
La
Plus précisément, l’équation de répartition des barreaux selon la
La longueur L des barreaux est toujours définie par : i=(1 :1 : n-1) (L=i*R/n), avec n=5, ce qui donne un barreau de longueur 2*R, 4 barreaux de longueur 4R/5, 4 barreaux de longueur 3R/5, 4 barreaux de longueur 2R/5 et 4 barreaux de longueur R/5 soit 17 barreaux par plan.The length L of the bars is always defined by: i=(1:1:n-1) (L=i*R/n), with n=5, which gives one bar of length 2*R, 4 bars of length 4R/5, 4 bars of length 3R/5, 4 bars of length 2R/5 and 4 bars of length R/5, i.e. 17 bars per plane.
Angle entre les barreaux d’un même plan de 360° divisé par 1+17 barreaux = 20,0°.Angle between the bars of the same 360° plane divided by 1+17 bars = 20.0°.
La répartition des barreaux dans le sens horaire dans chaque hémisphère délimité par le barreau de longueur 2R est : court (R/5) - long (4R/5) – moyen court (2R/5) – moyen long (3R/5) – moyen long (3R/5) - moyen court (2R/5) – long (4R/5) - court (R/5).The distribution of the bars in a clockwise direction in each hemisphere delimited by the bar of length 2R is: short (R/5) - long (4R/5) - medium short (2R/5) - medium long (3R/5) - medium long (3R/5) - medium short (2R/5) - long (4R/5) - short (R/5).
Le pas (distance) entre les plans est égal à la hauteur de la pastille divisée par le nombre de plans soit ici 14mm/18=0.78mm. La position axiale du plan le plus bas est de 0.78mm/2=0.39mm, la position axiale du plan le plus haut est de 14-0.39=13.61mm. Ainsi lorsque les pastilles sont empilées dans le crayon (
La
Ainsi, en prenant comme hypothèse que des barreaux 8 en Mo sont parfaitement répartis et homogène radialement, et que la phase combustible est de l’UO2, les calculs réalisés de résistances thermiques en parallèle des pastilles conformes à l’invention, comme illustrées sur les figures 4 à 7, montrent que la conductivité thermique équivalente du combustible dans la direction radiale de la pastille peut être augmentée d’un facteur ~2 sur la conductivité thermique équivalente pour 3% de barreaux métalliques 8, ou encore d’un facteur ~4 sur la conductivité thermique équivalente pour 10% de barreaux métalliques 8.Thus, assuming that the Mo bars 8 are perfectly distributed and homogeneous radially, and that the fuel phase is UO 2 , the calculations carried out of thermal resistances in parallel with the pellets in accordance with the invention, as illustrated in FIGS. 4 to 7, show that the equivalent thermal conductivity of the fuel in the radial direction of the pellet can be increased by a factor of ~2 on the equivalent thermal conductivity for 3% of metal bars 8, or by a factor of ~4 on the equivalent thermal conductivity for 10% of metal bars 8.
Ainsi, pour une puissance linéique de 373 W/cm dans une pastille REP, la température maximale du combustible est d’environ 1100°C pour une pastille de format cylindrique standard en UO2.Thus, for a linear power of 373 W/cm in a REP pellet, the maximum fuel temperature is approximately 1100°C for a standard cylindrical format UO 2 pellet.
Comme illustré à la
- dans une proportion de 3%, les températures maximales dans le combustible sont de l'ordre de 850°C (gain de 350°C) ;- in a proportion of 3%, the maximum temperatures in the fuel are of the order of 850°C (gain of 350°C);
- dans une proportion de 10%, les températures maximales dans le combustible de l'ordre de 550°C (gain de 550°C).- in a proportion of 10%, the maximum temperatures in the fuel of the order of 550°C (gain of 550°C).
Pour une puissance linéique de 600W/cm, proche de la limite technologique (limite à fusion) pour des pastilles destinées à fonctionner dans un réacteur REP, le gradient de température dans la pastille dépasse 1100°C pour une pastille en UO2selon l’état de l’art.For a linear power of 600W/cm, close to the technological limit (melting limit) for pellets intended to operate in a PWR reactor, the temperature gradient in the pellet exceeds 1100°C for a UO2 pellet according to the state of the art.
Avec des barreaux 8 en Mo insérés selon l’invention, le gradient de température serait de l’ordre de 600°C pour une proportion de 3% Mo et de 300°C pour 10%, soit des gains en température maximale de combustible et donc sur la marge à fusion du combustible supérieurs respectivement à 550°C et 850°C.With 8 Mo bars inserted according to the invention, the temperature gradient would be of the order of 600°C for a proportion of 3% Mo and 300°C for 10%, i.e. gains in maximum fuel temperature and therefore in the fuel melting margin of greater than 550°C and 850°C respectively.
Les gains indiqués ci-avant, en référence aux figures 8 et 9 sont théoriques.The gains indicated above, with reference to figures 8 and 9, are theoretical.
Dans la pratique, pour des pastilles selon l’invention telles qu’illustrés aux figures 4 à 7, les premières simulations thermiques réalisées montrent des gains plus faibles, une proportion réelle de barreaux insérés de 3,5 % correspondant à une conductivité thermique équivalente de l’ordre de 6 à 8 W/m.K.In practice, for pellets according to the invention as illustrated in Figures 4 to 7, the first thermal simulations carried out show lower gains, a real proportion of inserted bars of 3.5% corresponding to an equivalent thermal conductivity of the order of 6 to 8 W/m.K.
De manière générale, pour tendre vers la limite théorique (
La répartition volumique pourra être ajustée suivant la spécification recherchée. Par exemple, contrer un RIA demande une concentration en barreaux 8 plus importante en périphérie de pastille où se fait le dépôt principal d’énergie.The volume distribution can be adjusted according to the desired specification. For example, countering an RIA requires a higher concentration of 8 bars on the periphery of the pellet where the main energy deposition takes place.
L’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits; on peut notamment combiner entre elles des caractéristiques des exemples illustrés au sein de variantes non illustrées.The invention is not limited to the examples which have just been described; it is possible in particular to combine characteristics of the examples illustrated within non-illustrated variants.
D’autres variantes et améliorations peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l’invention.Other variations and improvements may be envisaged without departing from the scope of the invention.
[1]: Kim D.J. – Rhee Y.W. & al – “Fabrication of Micro-Cell_UO2-Mo with enhanced thermal conductivity”, JNM 462 (2015) 289-295.[1]: Kim DJ – Rhee YW & al – “ Fabrication of Micro-Cell_UO2-Mo with enhanced thermal conductivity ”, JNM 462 (2015) 289-295.
[2]: Malone J. – Totemeier A. – Shapiro N. – Vaidyanathan S. - Lightbridge Corp – “Advanced Metallic Fuel for LWRs”, Nuclear Technology, 181:3 437-442 Nov 2012.[2]: Malone J. – Totemeier A. – Shapiro N. – Vaidyanathan S. - Lightbridge Corp – “ Advanced Metallic Fuel for LWRs ”, Nuclear Technology, 181:3 437-442 Nov 2012.
[3]: Medvedev P.G. & Mariani R.D. – “Conductive inserts to reduce nuclear fuel”, JNM 531 (2020) 151966.[3]: Medvedev PG & Mariani RD – “ Conductive inserts to reduce nuclear fuel ”, JNM 531 (2020) 151966.
[4]: H. Bailly & al. – “Le combustible nucléaire des réacteurs à eau sous pression et des réacteurs à neutrons rapides” – Eyrolles 1996[4]: H. Bailly & al. – “ Nuclear fuel for pressurized water reactors and fast neutron reactors ” – Eyrolles 1996
Claims (18)
- un cylindre droit (60) de matière fissile d’axe central (X) dont la longueur et le diamètre définissent respectivement la longueur (H) et le diamètre (Ø) de la pastille;
- une pluralité d’inserts (8 ; 80, 81, 82) en matériau conducteur thermique, les inserts étant des barreaux pleins, répartis selon différentes positions azimutales et d’altitude au sein du cylindre droit, en étant distants les uns des autres.
- a straight cylinder (60) of fissile material with a central axis (X) whose length and diameter respectively define the length (H) and the diameter (Ø) of the pellet;
- a plurality of inserts (8; 80, 81, 82) made of thermally conductive material, the inserts being solid bars, distributed according to different azimuthal and altitude positions within the straight cylinder, being distant from each other.
une pluralité de pastilles nucléaires (6) selon l’une des revendications précédentes, empilées les unes sur les autres ;
une gaine (2) en matériau transparent aux neutrons entourant l'empilement de pastilles.Nuclear fuel rod (1) extending in a longitudinal direction (XX') comprising:
a plurality of nuclear pellets (6) according to one of the preceding claims, stacked on top of each other;
a sheath (2) made of neutron-transparent material surrounding the stack of pellets.
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120183116A1 (en) * | 2009-07-30 | 2012-07-19 | Hollenbach Daniel F | Composite nuclear fuel pellet |
FR3122028A1 (en) * | 2021-04-16 | 2022-10-21 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Fuel pellet comprising an improved metal insert |
WO2022223387A1 (en) | 2021-04-19 | 2022-10-27 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Nuclear fuel pellet comprising a heat-conducting metal or metal alloy insert having a cross-shaped cross section, associated nuclear fuel rod and fuel bundle, use in a pressurized water reactor (pwr) |
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-
2023
- 2023-05-02 FR FR2304403A patent/FR3148491A1/en active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120183116A1 (en) * | 2009-07-30 | 2012-07-19 | Hollenbach Daniel F | Composite nuclear fuel pellet |
FR3122028A1 (en) * | 2021-04-16 | 2022-10-21 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Fuel pellet comprising an improved metal insert |
WO2022223387A1 (en) | 2021-04-19 | 2022-10-27 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Nuclear fuel pellet comprising a heat-conducting metal or metal alloy insert having a cross-shaped cross section, associated nuclear fuel rod and fuel bundle, use in a pressurized water reactor (pwr) |
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Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
H. BAILLY: "Le combustible nucléaire des réacteurs à eau sous pression et des réacteurs à neutrons rapides", EYROLLES, 1996 |
KIM D.J.RHEE Y.W.: "Fabrication ofMicro-Cell_U02-Mo with enhanced thermal conductivity", JNM, vol. 462, 2015, pages 289 - 295 |
MALONE J.TOTEMEIER A.SHAPIRO N.VAIDYANATHAN S.LIGHTBRIDGE CORP: "Advanced Metallic Fuel for LWRs", NUCLEAR TECHNOLOGY, vol. 181, no. 3, November 2012 (2012-11-01), pages 437 - 442 |
MEDVEDEV P.G.MARIANI R.D.: "Conductive inserts to reduce nuclearfuel", JNM, vol. 531, 2020, pages 151966 |
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