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FR2711835A1 - Fast-neutron nuclear reactor in which at least one moderator element is incorporated in assemblies of the reactor - Google Patents

Fast-neutron nuclear reactor in which at least one moderator element is incorporated in assemblies of the reactor Download PDF

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FR2711835A1
FR2711835A1 FR9312564A FR9312564A FR2711835A1 FR 2711835 A1 FR2711835 A1 FR 2711835A1 FR 9312564 A FR9312564 A FR 9312564A FR 9312564 A FR9312564 A FR 9312564A FR 2711835 A1 FR2711835 A1 FR 2711835A1
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FR
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Gastaldo Giovanni
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Framatome SA
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Abstract

In a fast-neutron nuclear reactor, it is proposed to introduce a moderator element such as B<11>4C. The neutron spectrum is thus softened, which makes it possible to reduce the vacuum coefficient and increase the Doppler constant. The increase in reactivity which occurs in the event of coolant loss is thus reduced at all points of the core of the reactor. The moderator element can be mixed with the nuclear fuel, or with a material of a different nature, in a homogenous form or placed, in heterogenous form, in specific rods (needles) (14) distributed among the rods (12) containing the nuclear fuel or another material.

Description

REACTEUR NUCLEAIRE A NEUTRONS RAPIDES DANS LEQUEL AU
MOINS UN ELEMENT MODERATEUR EST INCORPORE DANS DES
ASSEMBLAGES DU REACTEUR.
FAST NEUTRON NUCLEAR REACTOR IN WHICH
LESS A MODERATOR ELEMENT IS INCORPORATED IN
REACTOR ASSEMBLIES.

DESCRIPTION
L'invention concerne un réacteur nucléaire à neutrons rapides dans lequel un élément modérateur est incorporé dans des assemblages du réacteur, d'une manière homogène ou hétérogène, de façon à modifier le spectre des neutrons pour réduire le coefficient de vide et augmenter la constante Doppler.
DESCRIPTION
The invention relates to a fast neutron nuclear reactor in which a moderator element is incorporated into assemblies of the reactor in a homogeneous or heterogeneous manner so as to modify the neutron spectrum to reduce the void coefficient and increase the Doppler constant. .

Dans un réacteur nucléaire à neutrons rapides utilisant du sodium comme réfrigérant, le coefficient de vide correspond à la variation de réactivité due à une perte de sodium dans une région donnée du réacteur. Cette perte de sodium peut être due à une dilatation provoquée par une élévation de température. In a fast neutron nuclear reactor using sodium as a coolant, the void coefficient corresponds to the change in reactivity due to loss of sodium in a given region of the reactor. This loss of sodium may be due to expansion caused by a rise in temperature.

Elle peut aussi avoir pour origine une vidange partielle ou totale de la région considérée.It can also originate from a partial or total emptying of the region considered.

Le coefficient de vide qui règne en un endroit donné du coeur d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides est le résultat de la composition d'effets élémentaires. Parmi ces effets, les deux plus importants sont l'augmentation des fuites neutroniques et le durcissement du spectre des neutrons consécutifs à une perte de sodium dans la région considérée. L'augmentation des fuites neutroniques a toujours un effet négatif sur la réactivité. En revanche, le durcissement du spectre des neutrons a un effet positif sur la réactivité, dans les réacteurs nucléaires à neutrons rapides utilisant du plutonium comme combustible. Cet effet positif est lié au comportement, aux hautes énergies, des sections efficaces des actinides. The vacuum coefficient which prevails at a given location in the core of a fast neutron nuclear reactor is the result of the composition of elementary effects. Among these effects, the two most important are the increase in neutron leakage and the hardening of the neutron spectrum following a loss of sodium in the region under consideration. Increased neutron leakage always has a negative effect on reactivity. In contrast, the hardening of the neutron spectrum has a positive effect on reactivity in fast neutron nuclear reactors using plutonium as fuel. This positive effect is linked to the behavior, at high energies, of the cross sections of actinides.

L'importance relative de chacun de ces deux effets en cas de perte de sodium dépend fortement de la région considérée du coeur du réacteur. Ainsi, le coefficient de vide est positif au centre du coeur du réacteur, où l'influence du durcissement du spectre des neutrons est prépondérante. En revanche, ce coefficient devient nul, puis négatif en allant vers la périphérie du coeur. The relative importance of each of these two effects in the event of sodium loss depends strongly on the region considered of the reactor core. Thus, the vacuum coefficient is positive at the center of the reactor core, where the influence of the hardening of the neutron spectrum is preponderant. On the other hand, this coefficient becomes zero, then negative going towards the periphery of the heart.

Par ailleurs, la taille du réacteur a aussi une influence sur la valeur du coefficient de vide. En effet, l'influence de l'augmentation des fuites neutroniques est prépondérante dans les petits réacteurs, alors que l'effet élémentaire le plus important est, de loin, le durcissement du spectre des neutrons dans les réacteurs de grande puissance. Dans ce cas, l'introduction de réactivité peut varier entre 4S et 6S selon la taille et la géométrie du coeur du réacteur, dans l'hypothèse d'une vidange complète de la zone fissile. Furthermore, the size of the reactor also has an influence on the value of the vacuum coefficient. Indeed, the influence of the increase in neutron leaks is preponderant in small reactors, while the most important elemental effect is by far the hardening of the neutron spectrum in high power reactors. In this case, the introduction of reactivity can vary between 4S and 6S depending on the size and geometry of the reactor core, on the assumption of complete emptying of the fissile zone.

Même si des conditions accidentelles conduisant à une vidange étendue du coeur du réacteur sont extrêmement improbables, il est donc souhaitable de réduire autant que possible le coefficient de vide, afin que l'augmentation de réactivité entraînée par une telle vidange soit aussi faible que possible. Even though accidental conditions leading to extensive emptying of the reactor core are extremely unlikely, it is therefore desirable to reduce the void coefficient as much as possible, so that the increase in reactivity caused by such emptying is as small as possible.

Cette réduction du coefficient de vide peut être atteinte par une modification du spectre des neutrons visant à limiter le durcissement de ce spectre lors d'une perte de sodium (utilisation de matériaux modérateurs).This reduction in the void coefficient can be achieved by modifying the neutron spectrum aimed at limiting the hardening of this spectrum when sodium is lost (use of moderating materials).

Par ailleurs, la constante Doppler KD est définie par la relation

Figure img00030001

où p1 est la réactivité du coeur à la température absolue
T1 du combustible et p2 est la réactivité du coeur à la température absolue
T2 du combustible.Moreover, the Doppler constant KD is defined by the relation
Figure img00030001

where p1 is the reactivity of the core at absolute temperature
T1 of the fuel and p2 is the reactivity of the core at absolute temperature
T2 of the fuel.

Une augmentation de température dans le coeur a pour effet l'élargissement des résonances des sections efficaces des matériaux qui s'y trouvent. C'est l'effet Doppler. Cet effet conduit à des variations des taux de réaction dans la gamme d'énergie inférieure à environ 60 keV. Etant donné que le coeur d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides contient des matériaux fertiles et principalement de l'uranium 238, en grande quantité, l'effet Doppler se traduit par une augmentation des captures et donc par une diminution de réactivité qui s'oppose à un accroissement ulté- rieur de la température du combustible. L'effet Dcppler constitue donc une contre réaction stabilisante. An increase in temperature in the core has the effect of widening the resonances of the cross sections of the materials therein. This is the Doppler effect. This effect leads to variations in reaction rates in the energy range below about 60 keV. Given that the core of a fast neutron nuclear reactor contains fertile materials and mainly uranium 238, in large quantities, the Doppler effect results in an increase in captures and therefore in a decrease in reactivity which occurs opposes a subsequent increase in fuel temperature. The Dcppler effect therefore constitutes a stabilizing counter reaction.

La constante Doppler est le paramètre qui caractérise cette contre-réaction dans les réacteurs rapides utilisant du combustible constitué d'oxydes mixtes (Pu02-U02). The Doppler constant is the parameter which characterizes this feedback in fast reactors using fuel consisting of mixed oxides (Pu02-U02).

L'effet produit par la contre-réaction due à l'effet Doppler s'oppose donc à celui du coefficient de vide sodium en cas de perte de réfrigérant. Par conséquent, il est souhaitable, pour limiter au mieux les conséquences d'une perte de réfrigérant, d'obtenir conjointement une réduction du coefficient de vide et une augmentation de la constante Doppler. Un adoucissement du spectre des neutrons dans le coeur du réacteur, obtenu par l'utilisation de matériaux modérateurs, permet d'atteindre simultanément ces deux objectifs. The effect produced by the feedback due to the Doppler effect is therefore opposed to that of the sodium void coefficient in the event of loss of refrigerant. Therefore, in order to best limit the consequences of a loss of refrigerant, it is desirable to jointly obtain a reduction in the vacuum coefficient and an increase in the Doppler constant. A softening of the neutron spectrum in the reactor core, obtained by the use of moderating materials, makes it possible to simultaneously achieve these two objectives.

Différentes solutions ont déjà été imaginées afin de réduire le coefficient de vide dans les réacteurs à neutrons rapides. Various solutions have already been devised in order to reduce the vacuum coefficient in fast neutron reactors.

Une première solution connue consiste à donner au rapport entre la hauteur et le diamètre du coeur du réacteur une valeur très inférieure à un. A first known solution consists in giving the ratio between the height and the diameter of the reactor core a value much less than one.

Une autre solution connue consiste à donner au coeur du réacteur une forme annulaire. Another known solution consists in giving the core of the reactor an annular shape.

Encore une autre solution connue consiste à donner au coeur du réacteur une structure hétérogène dans le sens radial et/ou axial, les différentes parties étant découplées neutroniquement. Yet another known solution consists in giving the reactor core a heterogeneous structure in the radial and / or axial direction, the different parts being neutronically decoupled.

Enfin, une autre solution connue consiste à réaliser le coeur du réacteur sous forme modulaire. Finally, another known solution consists in making the core of the reactor in modular form.

Toutes ces solutions connues visent à réduire le coefficient de vide en augmentant les fuites neutroniques. La réduction du coefficient de vide n'est donc pas obtenue en tous points du coeur. En outre, étant donné que ces solutions entraînent un durcissement sensible du spectre des neutrons, l'effet de contre-réaction dû à la constante Doppler est réduit. All of these known solutions aim to reduce the void coefficient by increasing neutron leaks. The reduction in the vacuum coefficient is therefore not obtained at all points of the core. In addition, since these solutions cause a substantial hardening of the neutron spectrum, the feedback effect due to the Doppler constant is reduced.

Il est rappelé, par ailleurs, qu'afin que la distribution radiale de puissance dans la zone fissile du coeur d'un réacteur nucléaire soit aussi uniforme que possible, depuis le centre de cette zone jusqu'à sa périphérie, différents types de coeurs ont été imaginés. It is recalled, moreover, that in order for the radial power distribution in the fissile zone of the core of a nuclear reactor to be as uniform as possible, from the center of this zone to its periphery, different types of cores have been imagined.

A cet effet, il est connu de réaliser la zone fissile au moyen d'au moins deux types d'assemblages. For this purpose, it is known to produce the fissile zone by means of at least two types of assemblies.

Plus précisément, des assemblages à forte réactivité sont placés en périphérie de la zone fissile, alors que des assemblages à plus faible réactivité sont placés au centre de cette zone. La différence de réactivité peut être obtenue soit en utilisant des assemblages dans lesquels le pourcentage de matière inerte par rapport à la matière fissile est différent, soit en utilisant des assemblages dans lesquels l'enrichis- sement du combustible est différent. Cette dernière solution a notamment été retenue pour le coeur du réacteur français Super Phénix.More precisely, assemblies with high reactivity are placed at the periphery of the fissile zone, while assemblies with lower reactivity are placed at the center of this zone. The difference in reactivity can be obtained either by using assemblies in which the percentage of inert material to fissile material is different, or by using assemblies in which the enrichment of the fuel is different. The latter solution was chosen in particular for the core of the French Super Phénix reactor.

Afin d'obtenir une distribution radiale de puissance relativement uniforme, il est également connu d'utiliser un seul type d'assemblages combustibles et de disposer régulièrement, dans la partie centrale du coeur, des éléments inertes permettant d'y réduire la réactivité. Cette solution est décrite dans les documents FR-A-2 576 704 et FR-A-2 581 232. In order to obtain a relatively uniform radial power distribution, it is also known practice to use a single type of fuel assembly and to regularly arrange, in the central part of the core, inert elements making it possible to reduce the reactivity therein. This solution is described in documents FR-A-2,576,704 and FR-A-2,581,232.

Enfin, l'aplatissement de la distribution radiale de puissance peut aussi être obtenu en introduisant dans la zone fissile des matériaux fertiles, soit sous la forme d'assemblages fertiles, soit sous la forme de pastilles de matières fertiles placées entre les pastilles de matières fissile dans les aiguilles des assemblages combustibles. Cette solution est illustrée notamment par les documents
FR-A-2 023 431, FR-A-2 286 472, FR-A-2 546 656 et EP-A-O 097 372.
Finally, the flattening of the radial power distribution can also be obtained by introducing into the fissile zone fertile materials, either in the form of fertile assemblies, or in the form of pellets of fertile material placed between the pellets of fissile material. in the needles of fuel assemblies. This solution is illustrated in particular by the documents
FR-A-2 023 431, FR-A-2 286 472, FR-A-2 546 656 and EP-AO 097 372.

L'invention a pour objet un réacteur nucléaire à neutrons rapides dont la zone fissile est réalisée selon l'une des techniques ci-dessus, ou autres encore, mais dans lequel le spectre des neutrons est adouci de façon à réduire le coefficient de vide sodium et à augmenter la constante Doppler, pour que l'accroissement de réactivité en cas de perte de sodium soit aussi faible que possible en tous points du coeur, quelle que soit la taille du réacteur. The subject of the invention is a fast neutron nuclear reactor, the fissile zone of which is produced according to one of the above techniques, or others, but in which the neutron spectrum is softened so as to reduce the sodium void coefficient. and to increase the Doppler constant, so that the increase in reactivity in the event of sodium loss is as low as possible at all points of the core, whatever the size of the reactor.

Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides dont le coeur est constitué d'assemblages juxtaposés, ces assemblages étant formés au moins en partie d'assemblages fissiles, ce réacteur étant caractérisé par le fait qu'au moins certains des assemblages contiennent un élément modérateur. In accordance with the invention, this result is obtained by means of a fast neutron nuclear reactor whose core consists of juxtaposed assemblies, these assemblies being formed at least in part of fissile assemblies, this reactor being characterized by the fact that at least some of the assemblies contain a moderator element.

A titre d'exemple, le remplacement d'une partie du combustible nucléaire par un élément modérateur, dans tous les assemblages fissiles, permet, en adoucissant le spectre neutronique, de réduire le coefficient de vide et d'augmenter la constante Doppler partout dans le coeur. En outre, cet effet est obtenu quelle que soit la taille du réacteur. For example, the replacement of part of the nuclear fuel by a moderating element, in all the fissile assemblies, makes it possible, by softening the neutron spectrum, to reduce the vacuum coefficient and to increase the Doppler constant everywhere in the heart. In addition, this effect is obtained regardless of the size of the reactor.

Dans une forme de réalisation préférentielle de l'invention, l'élément modérateur est constitué par du B11 4C. Du B4C naturel, appauvri en B10, peut toutefois être également utilisé. En effet, contrairement au carbure de bore naturel (pourcentage atomique en
B10 : 19,82 % et a fortiori au B4C (enrichi en B10), qui sont des matériaux absorbant les neutrons, le B1 4C est un matériau modérateur.
In a preferred embodiment of the invention, the moderating element consists of B11 4C. Natural B4C, depleted in B10, can however also be used. In fact, unlike natural boron carbide (atomic percentage in
B10: 19.82% and a fortiori with B4C (enriched in B10), which are neutron absorbing materials, B1 4C is a moderating material.

L'utilisation du B11 4C comme modérateur dans les assemblages fissiles d' un réacteur nucléaire à neutrons rapides présente de nombreux avantages. The use of B11 4C as a moderator in the fissile assemblies of a fast neutron nuclear reactor has many advantages.

Ainsi, ce matériau a des caractéristiques physiques satisfaisantes, et notamment une température de fusion élevée. De plus, il se comporte bien sous irradiation, c'est-à-dire qu'on n'observe pas de modification dimensionnelle ni structurelle notable. Enfin, sa compatibilité avec le sodium et avec le matériau de gainage des aiguilles formant les assemblages est bonne.Thus, this material has satisfactory physical characteristics, and in particular a high melting point. In addition, it behaves well under irradiation, that is to say that no appreciable dimensional or structural modification is observed. Finally, its compatibility with sodium and with the sheath material of the needles forming the assemblies is good.

L'introduction de l'élément modérateur dans au moins certains des assemblages du réacteur peut être réalisée soit de façon homogène, soit de façon hétérogène. Dans le premier cas, chacune des aiguilles des assemblages concernés contient un mélange de matériaux comportant plusieurs ou un seul élément modérateur. The introduction of the moderating element into at least some of the assemblies of the reactor can be carried out either homogeneously or heterogeneously. In the first case, each of the needles of the assemblies concerned contains a mixture of materials comprising several or a single moderating element.

Dans le second cas, le ou les éléments modérateurs sont placés dans des aiguilles spécifiques. Ces aiguilles contenant l'élément modérateur sont de préférence régulièrement réparties parmi les autres des assemblages.In the second case, the moderating element (s) are placed in specific needles. These needles containing the moderating element are preferably regularly distributed among the other assemblies.

Lorsque l'invention est appliquée à des réacteurs à neutrons rapides incinérateurs d'actinides, c' est-à-dire dans lesquels le combustible nucléaire comprend un oxyde mixte d'uranium et/ou de plutonium et/ou d'actinides mineurs, un nitrure d'uranium et/ou de plutonium et/ou d'actinides mineurs, ou encore de plutonium et d'actinides mineurs,.le B11 4C, utilisé en mode homogène, forme aussi une matrice inerte pour le combustible. Ainsi, en plus de ses effets de réduction du coefficient de vide sodium et d'augmentation de la constante Doppler, l'élément modérateur améliore alors les performances d'incinération du réacteur. When the invention is applied to fast neutron reactors incinerating actinides, that is to say in which the nuclear fuel comprises a mixed oxide of uranium and / or plutonium and / or minor actinides, a nitride of uranium and / or plutonium and / or minor actinides, or else plutonium and minor actinides,. B11 4C, used in homogeneous mode, also forms an inert matrix for the fuel. Thus, in addition to its effects of reducing the sodium void coefficient and increasing the Doppler constant, the moderating element then improves the incineration performance of the reactor.

Pour faciliter la transmutation des produits de fission radioactifs à longue vie vers des éléments stables, des assemblages cibles contenant également un élément modérateur tel que du B11 4C sont placés dans le réacteur, dans des zones appropriées, de façon à augmenter le taux de capture des neutrons dans les produits de fission. To facilitate the transmutation of long-lived radioactive fission products to stable elements, target assemblies also containing a moderating element such as B11 4C are placed in the reactor, in appropriate zones, so as to increase the capture rate of neutrons in fission products.

On décrira à présent, à titre d'exemple non limitatif, différentes formes de réalisation de l'in vention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels
- la figure 1 est un graphique sur lequel on a représenté des spectres de neutrons, dans un coeur de réacteur à neutrons rapides étudié avec et sans modérateur
- la figure 2 représente, en coupe selon un plan horizontal, trois assemblages fissiles juxtaposés du coeur d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides contenant du modérateur ; et
- la figure 3 représente la distribution radiale de puissance (en traits mixtes) et de flux neutronique (en trait plein) à l'intérieur des assemblages avec modérateur.
Various embodiments of the invention will now be described, by way of nonlimiting example, with reference to the accompanying drawings, in which
- Figure 1 is a graph showing neutron spectra, in a fast neutron reactor core studied with and without moderator
- Figure 2 shows, in section along a horizontal plane, three juxtaposed fissile assemblies of the core of a fast neutron nuclear reactor containing moderator; and
FIG. 3 represents the radial distribution of power (in phantom lines) and of neutron flux (in solid lines) inside the assemblies with moderator.

La figure 1 représente le spectre des neutrons dans un coeur de réacteur à neutrons rapides de grande puissance, dans le cas d'un coeur traditionnel sans modérateur (en traits mixtes), et dans le cas du même réacteur, dont 20 % du combustible a été remplacé par du B11 4C (en trait plein). Figure 1 shows the spectrum of neutrons in a high power fast neutron reactor core, in the case of a traditional core without moderator (in phantom lines), and in the case of the same reactor, of which 20% of the fuel has been replaced by B11 4C (solid line).

La courbe de la figure 1 fait apparaître clairement l'adoucissement du spectre des neutrons, obtenu grâce à la présence d'un élément modérateur dans les assemblages fissiles. Cet adoucissement a pour cosé- quences une réduction du coefficient de vide du cceur étudié d'environ 35 % et une augmentation de la constante Doppler d'environ 40 %. Ces deux effets cumulés permettent de limiter de façon très sensible l'accroissement de la réactivité induit par une perte éventuelle de sodium. The curve in figure 1 clearly shows the softening of the neutron spectrum, obtained thanks to the presence of a moderating element in the fissile assemblies. This softening results in a reduction in the vacuum coefficient of the core under study of about 35% and an increase in the Doppler constant of about 40%. These two cumulative effects make it possible to very significantly limit the increase in reactivity induced by a possible loss of sodium.

La figure 2 représente trois assemblages fis siles juxtaposés du coeur d'un réacteur, conforme à l'invention, dans le cas où un élément modérateur est distribué de façon hétérogène dans les assemblages. FIG. 2 represents three juxtaposed fis sile assemblies of the core of a reactor, in accordance with the invention, in the case where a moderating element is distributed heterogeneously in the assemblies.

Comme l'illustre cette figure 2, pour répartir l'élément modérateur de façon hétérogène dans les assemblages combustibles 10, on place à l'intérieur de l'enveloppe 11 de chacun de ces assemblages un faisceau d'aiguilles formé de deux types d'aiguilles différentes. De premières aiguilles, désignées par la référence 12 sur la figure 2, contiennent de façon classique des pastilles de combustible nucléaire. Dans les autres aiguilles, désignées par la référence 14 sur la figure 2, les pastilles de combustible nucléaire sont remplacées par des pastilles d'élément modérateur tel que du B114C. Ces aiguilles 14 sont régulièrement réparties parmi les aiguilles 12, de façon à installer le modérateur de la manière la plus régulière possible à l'intérieur de l'assemblage. As illustrated in FIG. 2, in order to distribute the moderating element heterogeneously in the fuel assemblies 10, a bundle of needles formed from two types of fuel is placed inside the casing 11 of each of these assemblies. different needles. First needles, designated by the reference 12 in FIG. 2, conventionally contain nuclear fuel pellets. In the other needles, designated by the reference 14 in FIG. 2, the nuclear fuel pellets are replaced by pellets of moderator element such as B114C. These needles 14 are regularly distributed among the needles 12, so as to install the moderator as regularly as possible inside the assembly.

Dans la forme de réalisation illustrée plus précisément sur la figure 2, le faisceau formé par les aiguilles 12 et 14 comprend alternativement, en partant de l'un quelconque des côtés de l'hexagone formé par l'enveloppe extérieure 11, des premières rangées formées d'aiguilles 12 et 14 alternées et des deuxièmes rangées formées uniquement d'aiguilles 12, les premières et les deuxièmes rangées étant disposées alternativement. In the embodiment illustrated more precisely in FIG. 2, the bundle formed by the needles 12 and 14 comprises alternately, starting from any one of the sides of the hexagon formed by the outer casing 11, first rows formed alternating needles 12 and 14 and second rows formed only of needles 12, the first and second rows being arranged alternately.

La disposition particulière illustrée sur la figure 2 permet d'éviter l'apparition de pics locaux de puissance dans le coeur du réacteur. Cette caractéristique est illustrée par les courbes de la figure 3 qui représentent en abscisse le segment AB de la figure 2 (en centimètres) et en ordonnée l'évolution de la puissance (en traits mixtes) et du flux (en trait continu) sur ce segment, les unités correspondantes étant données arbitrairement. The particular arrangement illustrated in FIG. 2 makes it possible to avoid the appearance of local power peaks in the reactor core. This characteristic is illustrated by the curves of figure 3 which represent on the abscissa the segment AB of figure 2 (in centimeters) and on the ordinate the evolution of the power (in phantom lines) and of the flow (in continuous line) on this. segment, the corresponding units being given arbitrarily.

En revanche, il est important de noter que l'utilisation d'élément modérateur dans des assembla ges inertes se traduirait par des formations de pics locaux de puissance dans le coeur, à l'interface avec les assemblages inertes. De plus, cette solution serait d'un effet très limité sur le coefficient de vide et sur la constante Doppler. Elle doit donc être écartée. On the other hand, it is important to note that the use of a moderating element in inert assemblies would result in the formation of local power peaks in the core, at the interface with the inert assemblies. In addition, this solution would have a very limited effect on the vacuum coefficient and on the Doppler constant. It must therefore be ruled out.

Dans la pratique, l'élément modérateur peut être introduit dans les assemblages fissiles, soit de façon homogène, soit de façon hétérogène. In practice, the moderating element can be introduced into the fissile assemblies, either homogeneously or heterogeneously.

Lorsque l'élément modérateur est placé dans le combustible nucléaire de façon homogène, la diminution de réactivité par irradiation du combustible augmente et le gain de régénération diminue. En revanche, la taille du coeur peut rester inchangée par rapport au réacteur existant. When the moderator element is placed in the nuclear fuel in a homogeneous manner, the decrease in reactivity by irradiation of the fuel increases and the regeneration gain decreases. On the other hand, the size of the core can remain unchanged with respect to the existing reactor.

Au contraire, lorsque l'élément modérateur est introduit de façon hétérogène dans les assemblages fissiles, l'augmentation de la chute de réactivité par irradiation du combustible ainsi que la diminution du gain de régénération peuvent être évitées. Toutefois, la taille du coeur augmente. On the contrary, when the moderator element is introduced heterogeneously into the fissile assemblies, the increase in the drop in reactivity by irradiation of the fuel as well as the decrease in the regeneration gain can be avoided. However, the size of the heart increases.

Le principe décrit précédemment dans le cas des assemblages fissiles placés dans le coeur du réacteur s'applique également à des assemblages cibles contenant des produits de fission radioactifs, éventuellement placés à l'extérieur du coeur. Il améliore alors la transmutation des produits de fission radioactifs à longue vie vers des éléments stables. L'introduction d'un élément modérateur tel que du B114C dans ces assemblages cibles améliore en effet le processus de transmutation. The principle described above in the case of fissile assemblies placed in the reactor core also applies to target assemblies containing radioactive fission products, optionally placed outside the core. It then improves the transmutation of long-lived radioactive fission products to stable elements. The introduction of a moderating element such as B114C in these target assemblies indeed improves the transmutation process.

L'invention concerne un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi par du sodium liquide et dont le coeur est constitué, de façon classique, par des assemblages juxtaposés, implantés selon un réseau régulier. Ces assemblages peuvent notamment être disposés verticalement à l'intérieur d'une cuve de réacteur remplie de sodium liquide, selon une technologie bien connue qui ne fait pas partie de l'invention. The invention relates to a fast neutron nuclear reactor cooled by liquid sodium and the core of which is constituted, in a conventional manner, by juxtaposed assemblies, implanted in a regular network. These assemblies can in particular be arranged vertically inside a reactor vessel filled with liquid sodium, according to well-known technology which does not form part of the invention.

Les assemblages constituant le coeur du réacteur sont formés en majorité d'assemblages fissiles contenant le combustible nucléaire. Comme l'illustre la figure 2, chacun des assemblages fissiles 10 comporte une enveloppe extérieure métallique 11, dont la section horizontale est hexagonale. Un faisceau d'aiguilles contenant des pastilles de combustible nucléaire est placé à l'intérieur de l'enveloppe 11. The assemblies constituting the reactor core are formed mainly of fissile assemblies containing the nuclear fuel. As illustrated in FIG. 2, each of the fissile assemblies 10 comprises a metallic outer casing 11, the horizontal section of which is hexagonal. A bundle of needles containing nuclear fuel pellets is placed inside the casing 11.

Selon des technologies qui ont été rappelées auparavant, les assemblages fissiles peuvent être tous identiques ou comprendre au moins deux types d'assemblages différents. According to technologies which have been recalled previously, the fissile assemblies can all be identical or comprise at least two different types of assemblies.

Dans le cas où les assemblages fissiles sont tous identiques, le caractère relativement uniforme de la distribution radiale de puissance dans le coeur peut être obtenu soit en disposant régulièrement dans toute la zone centrale du coeur, à la place de certains assemblages fissiles, des éléments inertes tels que des tubes hexagonaux vides (trous) ou des barres d'acier (assemblages diluanrs Acier - Na. Des assemblages fertiles peuvent aussi remplacer certains des assemblages fissiles. If the fissile assemblies are all identical, the relatively uniform nature of the radial power distribution in the core can be obtained either by regularly arranging throughout the central zone of the core, instead of certain fissile assemblies, inert elements. such as empty hexagonal tubes (holes) or steel bars (thin Steel - Na assemblies. Fertile assemblies can also replace some of the fissile assemblies.

Dans le cas où le coeur du réacteur comprend au moins deux types d'assemblages fissiles, une distribution radiale de puissance relativement uniforme peut être obtenue en plaçant des assemblages à forte réactivité en périphérie de la zone fissile et des assemblages à plus faible réactivité au centre de cette zone. Pour cela, on peut utiliser soit des assemblages dans lesquels le pourcentage de matière inerte par rapport à la matière fissile est différent, soit des assemblages dans lesquels l'enrichissement du combustible est différent. Des pastilles en un matériau fertile peuvent aussi être placées dans les aiguilles de certains assemblages fissiles, parmi les pastilles de combustible nucléaire. In the case where the reactor core comprises at least two types of fissile assemblies, a relatively uniform radial power distribution can be obtained by placing assemblies with high reactivity at the periphery of the fissile zone and assemblies with lower reactivity at the center. of this area. For this, it is possible to use either assemblies in which the percentage of inert material relative to the fissile material is different, or assemblies in which the enrichment of the fuel is different. Pellets of a fertile material can also be placed in the needles of certain fissile assemblies, among the nuclear fuel pellets.

De plus, il faut considérer que des modifications importantes de la réactivité et de la distribution de puissance du coeur se produisent durant le fonctionnement du réacteur. Cet effet indésirable est habituellement évité en plaçant, en des emplacements appropriés du coeur, des assemblages de pilotage, qui sont extraits progressivement au fur et à mesure de l'évolution de la réactivité et de la distribution de puissance dans le coeur. In addition, it must be considered that significant changes in the reactivity and power distribution of the core occur during operation of the reactor. This undesirable effect is usually avoided by placing pilot assemblies in appropriate locations in the heart, which are gradually withdrawn as the reactivity and power distribution in the heart changes.

L'invention s'applique indifféremment à tous ces types de réacteurs. The invention is equally applicable to all these types of reactors.

Claims (7)

REVENDICATIONS 1. Réacteur nucléaire à neutrons rapides, dont le coeur est constitué d'assemblages juxtaposés, implantés selon un réseau régulier, ces assemblages étant formés au moins en partie d'assemblages fissiles (10), caractérisé par le fait qu'au moins certains des assemblages du réacteur contiennent un élément modérateur. 1. Fast neutron nuclear reactor, the core of which consists of juxtaposed assemblies, implanted in a regular network, these assemblies being formed at least in part of fissile assemblies (10), characterized in that at least some of the Reactor assemblies contain a moderating element. 2. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément modérateur est constitué par du B114C. 2. Reactor according to claim 1, characterized in that the moderating element consists of B114C. 3. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément modérateur est constitué par du B4C naturel, appauvri en B10. 3. Reactor according to claim 1, characterized in that the moderating element consists of natural B4C, depleted in B10. 4. Réacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que des aiguilles spécifiques (14) contenant du modérateur sont introduites à l'intérieur de certains assemblages. 4. Reactor according to any one of the preceding claims, characterized in that specific needles (14) containing moderator are introduced inside certain assemblies. 5. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'élément modérateur est mélangé avec un autre matériau -e,à présent dans les assemblages. 5. Reactor according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the moderating element is mixed with another material -e, now in the assemblies. 6. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 4 et 5 , caractérisé par le fait que le combustible nucléaire, étant choisi dans le groupe comprenant les oxydes mixtes et les nitrures d'au moins un actinide contient ou non des actinides mineurs. 6. Reactor according to any one of claims 4 and 5, characterized in that the nuclear fuel, being chosen from the group comprising mixed oxides and nitrides of at least one actinide, may or may not contain minor actinides. 7. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que des assemblages cibles, contenant des produits de fission radioactifs et un élément modérateur, sont placés dans le réacteur. 7. Reactor according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the target assemblies, containing radioactive fission products and a moderating element, are placed in the reactor.
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