BE875618A - Gaine metallique en alliage de zirconium pour combustoble nucleaire - Google Patents

Description

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zircoaium pour combustible nucléaire". 

  
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Dans les générateurs de centrales nucléaires les granules (en anglais pelleta) d'oxyde d'uranium enrichi en isotope 235 sont contenus dans des tubes métalliques fermée étanches, de plusieurs mètres de longueur, de quelques

  
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chargement et du déchargement.

  
Jusqu'en 1966,, ces gaines étaient construites en acier inoxydable au nickel chrome. Depuis lors, l'acier

  
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"zircalloy", beaucoup plus perméable aux neutrons. 

  
Le zirconium est beaucoup plus oxydable que le

  
fer, le chrome et le nickel qui constituent les aciers inoxydables. Néanmoins, aux températures inférieures à 550[deg.]C,

  
le zircalloy ne réagit guère avec l'air, l'eau. la vapeur

  
d'eau et les acides faibles, car au contact des oxydants, il

  
se recouvre d'une pellicule très mince et imperméable

  
d'oxyde de zirconium. Ce phénomène de passivation. explique la bonne tenue en service normal des gaines en zircalloy.

  
Il se pourrait toutefois que, dans un réacteur nucléaire en fonctionnement, plusieurs gaines, ou l'ensemble

  
des gaines soient portées accidentellement à très hante température, et subissent en outre une forte pression extérieure.

  
Bn présence d'eau ou de vapeur d'eau portée à plus

  
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zirconium ainsi que d'autres éléments très oxydables du zircalloy pourraient réagir en décomposant l'eau en oxygène et hydrogène. Il en résulterait la formation à l'intérieur du réacteur d'une masse d'un mélange gazeux explosif, et l'abaissement éventuel du niveau d'eau de refroidissement. Ceci contrarierait le refroidissement du coeur du réacteur et aggraverait la situation accidentelle évoquée plus haut.

  
Les anciennes gaines en acier inoxydable ne présentaient pas ce risque, en raison de la moindre oxydabilité de leurs constituants, et de l'effet passivant plus efficace des oxydes de chrome et de nickel. Par contre,

  
 <EMI ID=6.1>  . avantageuses. 

  
La gaine faisant l'objet de la présente invention offre une très grande perméabilité aux neutrons, tout en présentant la même sécurité que les anciennes gaines en 

  
acier inoxydable. C'est une gaine de type usuel, en, zircalloy, revêtue extérieurement, par exemple par galvanoplastie, d'une très mince couche continue de platinée 

  
Cette couche supprime tout contact entre le  zirconium et l'eau. Une couche de platine., épaisse*' de 2 microns,

  
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On réduira le risque de défauts localisés du revêtement en augmentant l'épaisseur, sans toutefois dépasser 22 microns, afin de ne pas trop réduire la perméabilité aux neutrons de la gaine" 

  
Le platine peut être déposé par tout procédé convenable, par exemple par galvanoplastie, en une ou plusieurs opérations. 

  
Les gaines plaquées extérieurement,de platine

  
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accidentel. Cependant, si, lors de réchauffement accidentel certaines gaines étaient fissurées ou brisées, l'eau pénétrant à l'intérieur des gaines endommagées pourrait réagir avec le zirconium de la surface intérieure et dégager des gaz.

  
Il est possible de faire des gaines encore plus 

  
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On emploiera, pour fermer ces gaines, des bouchons à emboîter dans le tube après son remplissage en uranium.

  
La surface intérieure du tube, et toute la surface du bouchon seront revêtues au préalable d'une couche de platine d'épaisseur convenable.

  
On placera l'oxyde d'uranium dans le tube et l'on enfoncera ensuite le bouchon a force.

  
Pour assurer un bon serrage, le diamètre intérieur du tube, après revêtement, pourrait être inférieur de 100 à 300

  
microns, au diamètre extérieur du bouchon revêtu.

  
Pour garantir l'étanchéité, les bords parallèles du tube et

  
du bouchon seront alors soudés, par exemple selon le

  
procédé TIG.

  
Un exemple de gaine selon l'invention est représenté en élévation à la figure 1, et en plan à la figure 2.

  
L'échelle des figures est 2/1.

  
t représente un tube en zircalloy de 40 mm de diamètre intérieur de deux dixièmes de millimètre d'épaisseur, et de 5600 mm

  
de longueur. Il est fermé en bas par un fond bombé soudé

  
à la partie cylindrique, par soudage à l'arc électrique

  
en atmosphère d'argon avec électrode en tungstène (procédé TIG) .

  
La surface intérieure de ce tube a été recouverte d'une couche de platine de 6 microns d'épaisseur, portant l'épaisseur

  
totale de la paroi à 206 microns.

  
b représente le bouchon, pièce estampée en zircalloy dont la paroi latérale cylindrique a quatre dixièmes de millimètre d'épaisseur. Son diamètre extérieur après estampage est de
40,2mm et sa hauteur totale 25 mm. Ce bouchon a été recouvert uniformément d'une couche de platine de 6 microns, et le diamètre extérieur final a ainsi été porté à 40,212 mm.

  
Le tube a été rempli d'oxyde d'uranium, et ensuite le bouchon a été enfoncé à force, jusqu'à ce que son rebord supérieur

  
soit situé à 5 mm en dessous du rebord du tube. Cette opération a provoqué un bon serrage et une légère expansion de la

  
partie supérieure du tube, dont le diamètre extérieur atteint localement environ 40,6 mm.

  
A la jonction de la paroi intérieure du tube et du bord supérieur du bouchon, le platine a ensuite été enlevé le long d'un anneau de 4 mm de largeur. Ensuite le joint circulaire à clin du bouchon au tube a été soudé par le procédé TIG. Après refroisissement du tube, maintenant parfaitement

  
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de la gaine une couche de platine de 9 microns d'épaisseur moyenne.

  
La paroi cylindrique de la gaine a une épaisseur moyenne de
215 microns, soit 200 microns de zircalloy plus 15 microns de platine.

  
Pour empêcher que la vapeur d'eau, en cas de fissuration de

  
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venir en contact avec l'envers de la soudure à clin du bouchon sur le tube, on peut faire un sertissage mécanique  par déformation plastique. Ce sertissage des parois latérales en contact du bouchon et du tube devra y former un renflement annulaire saillant vers l'axe du tube.

  
Afin de conserver à la gaine une bonne perméabilité aux neutrons, il convient que la somme des épaisseurs moyennes des revêtements intérieur et extérieur soit inférieure à

  
22 microns.

  
D'autres métaux que le platine peuvent protéger le zircalloy de la vapeur d'eau surchauffée. On pourra choisir parmi

  
les métaux très peu oxydables comme l'or, l'iridium, le palladium, ou encore parmi des métaux modérément oxydables produisant une couche d'oxyde passivante très résistante, comme le nickel et le chrome.

  
Le revêtement métallique protecteur restera continu à une température d'autant plus élevée que le point de fusion

  
des métaux de revêtement choisis sera élevé. Il faut éviter les métaux dont le point de fusion est inférieur à 900[deg.]C.

  
Le revêtement protecteur peut aussi être- constitué de métaux différents, par exemple une couche de nickel surmontée

  
d'une couche de chrome.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS.

   1.- Gaine tubulaire métallique pour combustible nucléaire en alliage à haute teneur en zirconium, dont la surface extérieure est revêtue d'une ou plusieurs couches continues de platine, l'épaisseur moyenne totale de platine ne dépassant pas 22 microns.

   2.- Gaine tubulaire métallique pour combustible nucléaire dont les surfaces intérieures et extérieures

   sont revêtues d'une ou plusieurs couches minces de platine.

   3.- Gaine telle décrite en a, caractérisée en ce que la somme des épaisseurs moyennes des revêtements intérieurs et extérieurs ne dépasse pas 22 microns.

   4.- Gaine telle que décrite en 1, 2, et 3, caractérisée en ce que les couches de platine ont été déposées par un procédé galvanoplastique.sur les parois en zircalloy.

   5.- Gaine telle que décrite en 1, 2, 3 et 4, composée d'un tube en alliage à haute teneur en zirconium fermé d'un côté et d'un bouchon intérieur au tube, dont

   le revêtement côté intérieur a été déposé sur la surface intérieure du tube et sur la surface du bouchon avant le remplissage d'oxyde d'uranium et avant le soudage du bouchon sur le tube.

   6.- Gaine telle que décrite en 6, caractérisée en ce que, avant placement, le bouchon revêtu présente un diamètre extérieur de 100 à 300 microns plus grand que le diamètre intérieur du tube revêtu.

   7.- Gaine telle que décrite en 5 ou 6, dont les parties cylindriques parallèles du tube et du bouchon ont subi, après remplissage d'uranium et placement du bouchon, un sertissage mécanique par déformation plastique.

   8.- Gaine telle que décrite en 1 à 7 ci-dessus,

   pour laquelle le platine a été remplacé par un autre métal très peu oxydable, comme l'or, l'iridium ou le palladium, ou <EMI ID=12.1>

   9.- Galne telle que décrite en 8, dont le revêtement extérieur est formé de deux couches superposées de métaux différents mentionnés en 8, on d'une couche d'un de ces métaux et d'une couche de platine.

   10.- Gaine en zircalloy munie d'un revêtement intérieur, en deux couches de métaux différents choisis parmi les Métaux repris en 8, et le platine.

   11.- Gaine métallique telle que décrite ci-dessus protéger l'invention intitulées

   1) le" alliages commerciaux de zirconium mentionnés dans la description de l'invention sont indifféremment dénommés, dans

   <EMI ID=13.1>

   la: description, soit aux dessina, des modifications de fond et déclare que le couteau de cette note n'apporte pas de telles modifications et alla diantre objet que de signaler plusieurs erreurs matérielles. Il reconnaît que le contenu de cette note ne peut, avoir pour effet de rendre valable totalement ou partiellement le brevet faisant l'objet de la demande .8/194635 si celui-ci ne fêtait pas en tout ou' en partie en verts de la législation

   <EMI ID=14.1>

   Il autorise l'administration à joindre cette note au dossier du, brevet et à en délivrer photocopie.