FR2551580A1

FR2551580A1 - Nuclear reactor breeder material lining

Info

Publication number: FR2551580A1
Application number: FR8314101A
Authority: FR
Inventors: Jean-Paul Millot; Patrice Alibran
Original assignee: Framatome SA
Current assignee: Areva NP SAS
Priority date: 1983-09-02
Filing date: 1983-09-02
Publication date: 1985-03-08
Also published as: DE3432132C2; DE3432132A1; FR2551580B1

Abstract

A breeder material lining for the core of an undermoderated nuclear reactor consists of a binary alloy of 85-95 wt.% U and 5-15 wt.% Gp Va or VI1 element, esp. Mo or V.

Description

Couverture fertile pour le coeur d'un réacteur nucléaire sous-modéré
L'invention concerne la fabrication du coeur d'un réacteur nu cléaire à eau sous pression du type sous-modéré.Fertile cover for the core of a sub-moderate nuclear reactor
The invention relates to the manufacture of the core of a key nuclear pressurized water reactor of the sub-moderate type.

Le coeur d'un réacteur de ce type comporte des assemblages combustible fissiles émettant un rayonnement neutronique et peut comporter des couvertures fertiles dont le rôle est, outre la production d'énergie par fission, essentiellement d'absorber le rayonnement neutronique en produisant du plutonium et de le réfléchir. The core of a reactor of this type comprises fissile fuel assemblies emitting neutron radiation and may include fertile covers whose role is, in addition to the production of energy by fission, essentially to absorb the neutron radiation by producing plutonium and to reflect it.

Le coeur d'un tel réacteur baigne dans un fluide modérateur tel que de l'eau qui, généralement, sert également de fluide caloporteur. Ce fluide circule en contact avec les éléments combustibles disposés à l'intérieur des assemblages. The core of such a reactor is immersed in a moderating fluid such as water which, generally, also serves as a heat transfer fluid. This fluid circulates in contact with the fuel elements placed inside the assemblies.

Par rapport aux réacteurs à eau sous pression de type classique qui ne comportent que des assemblages fissiles, les réacteurs sous-modérés présentent un rapport volume de modérateur/volume du matériau fissile dans le coeur, ou rapport de modération VM/W, très inférieur, si bien que le spectre d'énergie des neutrons est tries différent de ce qu'il est dans les réacteurs nucléaires à eau sous pression de type classique ou réacteurs
PWR. Ce spectre est intermédiaire entre celui des réacteurs PWR où les neutrons sont très lents et celui des réacteurs rapides où les neutrons ne sont pas ralentis. Le spectre d'énergie des neutrons dans les réacteurs sous-modérés est dit épithermique.Un tel spectre de neutrons épithermique permet de produire de la matière fissile à partir de la matière fertile qui constitue les couvertures fertiles.Compared to conventional pressurized water reactors which only have fissile assemblies, the sub-moderated reactors have a very low moderator volume / volume of the fissile material in the core, or moderation ratio VM / W, so that the neutron energy spectrum is sorted different from what it is in conventional pressurized water nuclear reactors or reactors
PWR. This spectrum is intermediate between that of PWR reactors where the neutrons are very slow and that of fast reactors where the neutrons are not slowed down. The energy spectrum of neutrons in sub-moderated reactors is said to be epithermal. Such an epithermal neutron spectrum makes it possible to produce fissile material from the fertile material which constitutes fertile covers.

Ces couvertures fertiles se trouvent à la périphérie du coeur (couverture radiale du coeur), à la partie supérieure et à la partie inférieure du coeur (couverture axiale du coeur), et éventuellement également au niveau de chaque assemblage combustible, chaque assemblage pouvant possè- der sa propre couverture fertile. La couverture axiale du coeur peut éventuellement être constituée d'une pluralité de couvertures situées aux extrémités de chacun des assemblages combustibles ou même de chaque crayon contenu dans chacun des assemblages. Cette pluralité de couvertures a le même rôle qu'une couverture unique située au-delà des extrémités des assemblages dans la partie supérieure ou la partie inférieure du coeur.Ces couvertures peuvent donc revêtir des formes différentes, pourvu qu'elles constituent une enveloppe entourant complètement les assemblages combustibles formant le coeur. Ainsi la couverture radiale peut être constituée par l'ensemble des assemblages périphériques du coeur, ou encore uniquement par une rangée de crayons de ces assemblages périphériques, la rangée de crayons étant bien sûr située vers l'extérieur du coeur. Cette couverture fertile peut encore revêtir la forme d'une plaque contenant un matériau fertile et située en périphérie du coeur. These fertile covers are found at the periphery of the heart (radial cover of the heart), at the top and at the bottom of the heart (axial cover of the heart), and possibly also at the level of each fuel assembly, each assembly possibly having der his own fertile cover. The axial cover of the core can optionally consist of a plurality of covers located at the ends of each of the fuel assemblies or even of each rod contained in each of the assemblies. This plurality of covers has the same role as a single cover located beyond the ends of the assemblies in the upper or lower part of the core. These covers can therefore take different forms, provided that they constitute an envelope completely surrounding the fuel assemblies forming the core. Thus, the radial cover can be constituted by all of the peripheral assemblies of the core, or even only by a row of rods of these peripheral assemblies, the row of rods being of course located towards the outside of the core. This fertile cover can also take the form of a plate containing fertile material and situated on the periphery of the heart.

A titre d'exemple, on peut se reporter à la demande de brevet français n" 81-15261 du 6 Août 1981 au nom de la demanderesse. Dans cette demande de brevet, la couverture fertile radiale du coeur est constituée par les assemblages fertiles 3 de la périphérie du coeur (figure 1). Les couvertures fertiles propres à chaque assemblage sont constituées par les pastilles 24 des parois latérales 15 de chaque assemblage combustible (figure 6) ainsi que des crayons fertiles 31 situés au voisinage des angles d'intersection des parois 15. Cette demande de brevet ne montre pas de couverture axiale du coeur mais une telle couverture pourrait être réalisée en pla çant du matériau fertile dans les fonds 17 et 18 de chaque assemblage com- bustible (figure 3). By way of example, reference may be made to French patent application No. 81-15261 of August 6, 1981 in the name of the applicant. In this patent application, the radial fertile cover of the heart is constituted by the fertile assemblies 3 of the periphery of the core (FIG. 1). The fertile covers specific to each assembly consist of the pellets 24 of the side walls 15 of each combustible assembly (FIG. 6) as well as fertile pencils 31 located in the vicinity of the angles of intersection of the walls 15. This patent application does not show an axial covering of the core, but such a covering could be achieved by placing fertile material in the bottoms 17 and 18 of each fuel assembly (FIG. 3).

Outre leur participation à la production d'énergie, par fission, les couvertures fertiles jouent le rale de réflecteur pour les neutrons dont l'énergie est trop élevée pour être absorbée ou pour fissionner et elles absorbent des neutrons en produisant du plutonium. Les neutrons arrivant au contact de ces couvertures sont donc soit absorbés par elles soit réfléchis : ces couvertures jouent bien le rôle d'enveloppes étanches pour le coeur tout entier ou, éventuellement, en plus, pour chaque assemblage. Besides their participation in the production of energy, by fission, the fertile covers play the role of reflector for the neutrons whose energy is too high to be absorbed or to crack and they absorb neutrons by producing plutonium. The neutrons arriving in contact with these covers are therefore either absorbed by them or reflected: these covers play the role of waterproof envelopes for the whole heart or, possibly, in addition, for each assembly.

Ces couvertures présentent en outre le grand avantage de produire du plutonium qui pourra être utilisé dans d'autres réacteurs par exemple des réacteurs sous-modérés dits économiseurs dont le coeur est composé d'un mélange fissile, uranium naturel-plutonium. On a donc intérêt à produire bien sQr la plus grande quantité de plutonium possible. These covers also have the great advantage of producing plutonium which can be used in other reactors, for example sub-moderate reactors known as economizers, the core of which is composed of a fissile mixture, natural uranium-plutonium. It is therefore advantageous to produce, of course, the greatest amount of plutonium possible.

Jusqu'à présent les couvertures fertiles ont été réalisées en bioxyde d'uranium appauvri. De telles couvertures permettent d'obtenir une assez grande quantité de plutonium ; par exemple dans un réacteur sous-modéré dont le rapport de modération VM/VU est égal à 0,31 une-couverture radiale fertile constituée de bioxyde d'uranium peut produire une quantité de plutonium égale à environ 400 Kg de plutonium. So far the fertile covers have been made of depleted uranium dioxide. Such blankets make it possible to obtain a fairly large amount of plutonium; for example in a sub-moderated reactor whose moderation ratio VM / VU is equal to 0.31 a fertile radial cover made up of uranium dioxide can produce an amount of plutonium equal to approximately 400 kg of plutonium.

On aurait tout intérêt à augmenter encore cette quantité de plutonium produit et c'est pourquoi l'invention a pour objet des couvertures fertiles pour le coeur d'un réacteur nucléaire sous-modéré susceptible de pro duire une quantité de plutonium supérieure aux quantités de plutonium produites jusqu'à présent dans les réacteurs sous-modérés. It would be very beneficial to further increase this quantity of plutonium produced and that is why the invention relates to fertile covers for the core of a sub-moderate nuclear reactor capable of producing a quantity of plutonium greater than the quantities of plutonium so far produced in sub-moderated reactors.

Plus particulièrement, l'invention concerne une couverture fertile pour le coeur d'un réacteur nucléaire sous-modéré comportant des assemblages combustibles fissiles émettant un rayonnement neutronique et des couvertures fertiles destinées essentiellement à absorber le rayonnement neutronique en produisant du plutonium ou à le réfléchir. Selon l'invention, cette couverture fertile est réalisée en un alliage binaire constitué d'uranium dans une proportion en poids comprise entre 85 et 95 % et de l'un des éléments des colonnes Va et VIa de la classification périodique des éléments, dans une proportion en poids comprise entre 5 et 15 %. More particularly, the invention relates to a fertile cover for the core of a sub-moderated nuclear reactor comprising fissile fuel assemblies emitting neutron radiation and fertile covers intended essentially to absorb neutron radiation by producing plutonium or to reflect it. According to the invention, this fertile cover is made of a binary alloy consisting of uranium in a proportion by weight of between 85 and 95% and of one of the elements of columns Va and VIa of the periodic table of the elements, in a proportion by weight of between 5 and 15%.

De préférence, ces proportions sont respectivement de 90 Z et 10 %. Preferably, these proportions are 90% and 10% respectively.

Dans un premier mode de réalisation de la couverture fertile selon l'invention, celle -ci est réalisée en un alliage binaire d'uranium et de molybdène. In a first embodiment of the fertile cover according to the invention, it is made of a binary alloy of uranium and molybdenum.

Dans un deuxième mode de réalisation de la couverture fertile selon l'invention, que l'on préfère au premier mode, celle-ci est réalisée en un alliage binaire d'uranium et de vanadium. In a second embodiment of the fertile cover according to the invention, which is preferred to the first mode, it is made of a binary alloy of uranium and vanadium.

Des couvertures fertiles réalisées en de telles alliages permettent d'obtenir une production de plutonium améliorée. Fertile blankets made of such alloys allow improved plutonium production.

Par exemple un alliage d'uranium-molybdène avec une proportion de molybdène de 10 Z en poids a permis d'obtenir un gain en quantité de plutonium produit de l'ordre de 20 Z par rapport à la quantité de plutonium produit par un réacteur sous-modéré analogue dont les couvertures fertiles étaient réalisées en bioxyde d'uranium. Par exemple, pour un réacteur sousmodéré avec un rapport de modération VM/W de 0,31, une couverture radiale en alliage d'uranium et de molybdène a permis d'obtenir une quantité de plutonium fissile de 476 Kg de plutonium. For example, an uranium-molybdenum alloy with a proportion of molybdenum of 10 Z by weight made it possible to obtain a gain in quantity of plutonium produced of the order of 20 Z compared to the quantity of plutonium produced by a reactor under -moderate analog whose fertile covers were made of uranium dioxide. For example, for an under-moderated reactor with a moderation ratio VM / W of 0.31, a radial cover made of an alloy of uranium and molybdenum made it possible to obtain an amount of fissile plutonium of 476 kg of plutonium.

Un alliage d'uranium et de vanadium permet d'obtenir des résultats encore meilleurs. Par exemple, pour le même réacteur sous-modéré de rapport de modération VM/W égal à 0,31, la couverture radiale a pu fournir jusqu'à 600 Kg de plutonium. An alloy of uranium and vanadium provides even better results. For example, for the same sub-moderate reactor with a moderation ratio VM / W equal to 0.31, the radial cover was able to supply up to 600 kg of plutonium.

Des résultats semblables ont également été obtenus pour les couvertures fertiles axiales. Similar results were also obtained for the axial fertile covers.

Claims

1.- Fertile cover for the core of an under-moderated nuclear reactor comprising fissile fuel assemblies emitting neutron radiation and fertile covers intended essentially to absorb neutron radiation by producing or reflecting plutonium, characterized in that it is made of a binary alloy consisting of uranium in a proportion by weight of between 85 and 95 x and one of the elements in columns Va and VIa of the periodic table of the elements, in a proportion by weight of between 5 and 15 Z.

2.- fertile cover according to claim 1, characterized in that it is made of a binary alloy of uranium and molybdenum.

3.- fertile cover according to claim 1, characterized in that it is made of a binary alloy of uranium and vanadium.