CH403996A - Réacteur nucléaire - Google Patents

Description

  Réacteur     nucléaire       La présente invention a pour objet un réacteur  nucléaire contenant, dans un liquide servant de  moyen de refroidissement et pouvant servir de ralen  tisseur, des barreaux de matière fissile, revêtus cha  cun d'une gaine d'un métal de conductibilité ther  mique différente de celle de la matière fissile, ces  gaines comportant des extensions radiales dont la plus  petite dimension est grande par rapport au diamètre  moyen des bulles de vapeur se formant au contact  du liquide avec les gaines sous la pression de fonc  tionnement.  



  Des barreaux de matière fissile du type men  tionné ci-dessus sont décrits dans les brevets suisses       Nus    333711 et 397903. En ce qui concerne le liquide  susmentionné, selon la constitution du réacteur et la  nature plus ou moins riche de la matière fissile, il  peut être de l'eau lourde ou de l'eau ordinaire ou  tout autre liquide dont les propriétés sont compa  tibles avec les conditions de fonctionnement du  réacteur: Un but de     l'invention    est de fournir des  moyens permettant d'accroître les performances du  réacteur.

      Les échanges thermiques entre la surface des  barreaux gainés et le liquide constituent un élément  essentiel de limitation de la puissance du réacteur et  il est bien connu que cette limite est liée à l'appa  rition de l'ébullition au contact des barreaux, la  présence d'une grande quantité de vapeur rendant  aléatoire le contact avec le liquide. Si le corps à  refroidir est le siège d'une génération interne d'éner  gie, la température de chacun de ses éléments de  volume n'est limitée que par l'évacuation perma  nente du flux de chaleur passant par ce point. L'arrêt  accidentel du flux     calorifique    sur un élément de la    surface externe a donc, pour conséquence immé  diate, l'augmentation locale de la température.  



  Or, l'échange de chaleur par     ébullition    au con  tact d'une surface chaude est un phénomène non  linéaire dont     l'efficacité    passe par un maximum très  net, lorsque la température de la surface dépasse  celle d'ébullition du     liquide    de quelques dizaines de  degrés centigrades seulement. Si cet écart<U>minim</U>e  vient à être dépassé en un point, la perte de contact  thermique est     définitive    : il y a   caléfaction  .  L'échauffement local s'étend rapidement aux élé  ments voisins et la température s'élève jusqu'à la  destruction de l'élément.  



  Pour éviter de tels inconvénients, il a été     décrit     dans le brevet No 333711 une forme d'exécution de       gainage    pour barreaux de réacteurs nucléaires, selon  laquelle la surface de ces barreaux présente des pro  tubérances massives de formes et de dimensions telles  qu'elles évitent le phénomène de     caléfaction.    Plus  précisément, en raison des différences du trajet de  flux thermique entre la surface     cylindrique    du noyau  et la surface du gainage,     il    apparaît le long du profil  de ce dernier un gradient     continu    de température  entre les points chauds et froids situés respective  ment aux pieds et aux sommets des protubérances.

    En conséquence, l'échange thermique ayant lieu entre  les barreaux de matière fissile et le fluide de refroi  dissement s'effectuant de     manière    stable, l'apparition  de points chauds engendrant des phénomènes de  caléfaction est ainsi évitée.  



  L'expérience prouve que les sommets des pro  tubérances balayés par la     circulation    de liquide ne  reçoivent pas assez d'énergie thermique pour en pro  voquer     l'ébullition.    Celle-ci se localise surtout autour  des naissances de ces protubérances. La vapeur pro-      duite se canalise dans les intervalles délimités par  lesdites protubérances où elle est condensée partiel  lement par le liquide de refroidissement.  



  La présente     invention    permet d'accentuer encore  l'avantage obtenu par le mode de gainage des bar  reaux qui fait l'objet des brevets précités.  



  Le réacteur faisant l'objet de la présente inven  tion est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens  pour refroidir les extrémités desdites extensions  radiales par une circulation auxiliaire de liquide,  indépendante de la circulation principale ayant lieu  sur le reste de la surface des gaines et servant à  véhiculer l'énergie thermique engendrée par la ma  tière     fissile    constituant les barreaux du réacteur.  



  Cette circulation     auxiliaire    rapide de     fluide    per  met d'obtenir, ainsi qu'il vient d'être indiqué, un  refroidissement rapide de     l'extrémité    des protubé  rances du gainage de chaque barreau. De plus, ce  refroidissement permet     d'     imposer   une température  de régime à ces extrémités froides ce qui contribue  à augmenter la     stabilité    du fonctionnement.  



  Le dessin annexé représente, à titre d'exemple,  une forme d'exécution du réacteur objet de l'inven  tion et des variantes  La     fig.    1 est une coupe partielle de cette forme  d'exécution.  



  Les     fig.    2 et 3 sont des coupes partielles de deux  variantes et des variantes de réalisation.  



  La     fig.    4 est une vue en perspective d'un organe  utilisé dans la variante conforme à la     fig.    3.  



  La     fig.    1 est la coupe d'une structure de barreau  de réacteurs, effectuée perpendiculairement aux axes  longitudinaux de ces derniers. Ceux-ci sont consti  tués par une âme en matière fissile 1 entourés d'un  gainage assurant leur protection et permettant d'ef  fectuer le transfert de l'énergie calorifique qu'ils  engendrent vers le fluide de refroidissement dans  des canaux 6. Les gainages réalisés en un matériau  présentant une bonne conductibilité     thermique    com  portent des protubérances 2. Celles-ci sont disposées  sur chaque barreau de manière à constituer des ran  gées parallèles à l'axe longitudinal de ce dernier.

    Comme l'indique la     figure,    le nombre de     rangées    de  protubérances disposées autour de chaque     barreau     ainsi que la disposition de ces derniers sont établis  de manière qu'il apparaisse dans la structure ainsi  constituée, un     certain    nombre d'espaces cylindriques  s'étendant parallèlement à l'axe des barreaux. Ces  espaces cylindriques permettent de mettre en place  des conduits 7 (présentant dans l'exemple considéré  une section circulaire),     constitués    par un matériau  présentant une bonne conductibilité thermique.  



  Les extrémités 4 des protubérances de chaque  barreau présentent un     profil    concave, ce qui leur  permet de prendre appui sur le conduit 7, cet appui       permettant    d'établir un bon contact thermique au  joint considéré.  



  Ce sont les protubérances 2 qui délimitent les  canaux 6 parcourus par une circulation d'eau et de  vapeur destinée au refroidissement des barreaux ainsi    qu'il a été exposé dans le brevet No 333711. Dans  le réacteur décrit ici, une     circulation    auxiliaire et  rapide de liquide est établie à travers les conduits 7,  ce qui permet de maintenir   froids   les sommets  des protubérances 2, la circulation de liquide éta  blie à l'intérieur des conduits 7 étant indépendante  de celle établie dans les canaux 6.    En fonctionnement à très grande puissance, la  résistance thermique est plus grande entre la matière  fissile 1 et les extrémités 4 des protubérances qu'entre  cette matière et les bases 3 des protubérances. Les  extrémités 4 reçoivent une énergie calorifique réduite.

    Tandis que l'ébullition est très violente au contact  des canaux 6 qui sont encombrés de vapeur, au  contraire la circulation dans les tubes 7 est peu ou  pas encombrée de vapeur, ce qui permet d'assurer un  refroidissement efficace des extrémités 4 des protu  bérances 2. La stabilisation du gradient de tempé  rature est ainsi assurée jusqu'à des températures plus  élevées sur la base 3 des protubérances. Ces tempé  ratures pouvant dépasser notablement la tempéra  ture critique d'ébullition, il est ainsi possible d'obte  nir un fonctionnement plus stable dans la zone de  transition sans risquer de voir apparaître le phéno  mène de surchauffe.  



  Dans la variante de la     fig.    2, les gainages des  barreaux comportent des protubérances 2 constituées  par des     ailettes    longitudinales. Les profils de ces  ailettes sont établis de manière que les flancs de  deux ailettes appartenant à des barreaux adjacents  puissent entrer en contact. Par cette disposition, les  ailettes appartenant à plusieurs barreaux adjacents  (trois dans l'exemple considéré) délimitent les con  duits 7. En d'autres termes, ces conduits sont tra  versés par une circulation auxiliaire de liquide per  mettant d'effectuer un refroidissement intense du  sommet de chaque ailette.

      D'autre part, et de la même manière que précé  demment, ces ailettes délimitent les canaux 6 par  courus par la circulation principale de     fluide    destiné  à véhiculer l'énergie thermique engendrée par les  âmes 1 des barreaux.  



  La variante de la     fig.    3 est assez voisine de la  forme d'exécution de la     fig.    1, en ce sens que les  âmes 1 des barreaux comportent des gainages pré  sentant des protubérances 2 disposés en rangées  parallèles à l'axe. Les sommets des protubérances  associées à des barreaux adjacents délimitent égale  ment des espaces cylindriques. Ceux-ci sont occupés  par des tubes 7 comportant des lumières à l'intérieur  desquelles pénètrent les sommets 4 des protubé  rances.  



  La     fig.    4 représente une vue en perspective de  l'un de ces tubes. Ce dernier comporte trois rangées  de lumières 8 écartées     angulairement    de     120 .    Les  tubes 7 sont également parcourus par une circulation  auxiliaire de fluide permettant d'effectuer le refroi  dissement des extrémités 4 des protubérances avec  lesquelles il entre en contact.

Claims (1)

1. REVENDICATION Réacteur nucléaire contenant, dans un liquide servant de moyen de refroidissement et pouvant ser vir de ralentisseur, des barreaux de matière fissile, revêtus chacun d'une gaine d'un métal de conduc- tibilité thermique différente de celle de la matière fissile, ces gaines comportant des extensions radiales dont la plus petite dimension est grande par rapport au diamètre moyen des bulles de vapeur se formant au contact du liquide avec les gaines sous la pression de fonctionnement,

   caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour refroidir les extrémités desdites extensions radiales par une circulation auxiliaire de liquide indépendante de la circulation principale ayant lieu sur le reste de la surface des gaines et servant à véhiculer l'énergie thermique engendrée par la matière fissile constituant les barreaux du réacteur. SOUS-REVENDICATIONS 1.

   Réacteur selon la revendication, caractérisé en ce que les extensions radiales des gaines sont des protubérances, disposées en rangées parallèles aux axes des barreaux, et en ce que le nombre de ran gées de protubérances de chaque gaine ainsi que la disposition relative des barreaux sont choisis de telle manière que les sommets alignés des protubérances appartenant à des barreaux voisins délimitent des espaces s'étendant parallèlement aux barreaux et dans lesquels sont disposés, parallèlement aux bar reaux et en contact thermique intime avec les som mets des protubérances, des conduits en un maté riau bon conducteur de chaleur dans lesquels s'ef- fectue la circulation auxiliaire de liquide, refroidis sant les extrémités des protubérances,

   tandis que la circulation principale du liquide de refroidissement passe par les espaces extérieurs à ces conduits. 2. Réacteur selon la revendication, caractérisé en ce que les extensions radiales des gaines sont des ailettes longitudinales, et en ce que le profil de la section transversale de ces ailettes, le nombre d'ai lettes de chaque gaine, ainsi que la disposition rela tive des barreaux sont choisis de telle manière que les flancs des ailettes appartenant à des barreaux voisins soient en contact au voisinage de leur som met, les sommets délimitant des canaux longitudi naux à travers lesquels s'effectue la circulation auxi liaire de liquide refroidissant les crêtes des ailettes,

   tandis que la circulation principale du liquide de refroidissement passe par les espaces enfermés par les portions d'ailettes avoisinant leurs bases. 3. Réacteur selon la revendication, caractérisé en ce que les extensions radiales des gaines sont des protubérances, disposées en rangées parallèles aux axes des barreaux, et en ce que le nombre de rangées de protubérances de chaque gaine ainsi que la disposition relative des barreaux sont choisis de telle manière que les sommets des protubérances appartenant à des barreaux voisins entrent dans l'in térieur d'un conduit disposé parallèlement aux axes des barreaux, à travers des fenêtres ménagées dans la paroi de la conduite, la circulation auxiliaire de liquide,

   refroidissant les extrémités des protubé rances, s'effectuant par ces conduits, tandis que la circulation principale de liquide s'effectue par les espaces extérieurs à ces conduits.