Conjunto de regulación de la reactividad del núcleo de un reactor nuclear, barra absorbente del conjunto y procedimiento de protección contra el desgaste de la barra absorbente.

Barra absorbente de un conjunto de regulación de un reactor nuclear de agua a presión,

comprendiendo dichabarra un tubo de envainado (4) de hafnio, un tapón superior (6) de aleación de titanio soldado sobre una parte deextremo superior del tubo de envainado (4) de hafnio y un tapón inferior (7) de hafnio macizo soldado sobre unaparte de extremo inferior del tubo de envainado (4) de hafnio, barra en la que:

- una protección contra el desgaste del tapón superior (6) de aleación de titanio ha sido obtenida mediante untratamiento en horno estático en atmósfera oxidante a una temperatura comprendida entre 550oC y 850oC,durante un periodo de tiempo de 2 horas a 12 horas; y

- una protección contra el desgaste de la barra ha sido realizada por oxidación a alta temperatura en atmósferaoxidante del tubo de envainado (4) soldado al tapón inferior (7), pero no al tapón superior (6).

Conjunto de regulación de la reactividad del núcleo de un reactor nuclear, barra absorbente del conjunto y procedimiento de protección contra el desgaste de la barra absorbente.

La invención se refiere a un conjunto de regulación de la reactividad del núcleo de un reactor nuclear enfriado por agua ligera a presión y una barra absorbente de dicho conjunto de regulación.

El documento FR-2 728 097 describe una barra de regulación.

El documento WO-97/48104 describe una barra para conjunto de regulación en el que el tubo de envainado es de una aleación Hf-Zr o Ti-Zr, el tapón superior en aleación Zy-4 o en la misma aleación que el tubo de envainado Hf-Zr

o Ti-Zr, y el tapón inferior está en aleación Hf-Zr.

Los reactores nucleares tales como los reactores nucleares de agua a presión comprenden un núcleo constituido por unos ensamblajes de combustible yuxtapuestos en la cuba del reactor. Un ensamblaje de combustible está constituido de un haz de barras de combustible mantenidas en una estructura portadora, denominada esqueleto, que constituye el armazón del ensamblaje. Este esqueleto comprende en particular unos tubos-guías dispuestos según la dirección axial del ensamblaje de combustible, que unen las puntas superior e inferior y que soportan las rejillas de mantenimiento de las barras de combustible. Estos tubos-guías tienen como función garantizar una buena rigidez del armazón y permitir la inserción en el ensamblaje de las barras que absorben los neutrones utilizados para la regulación de la reactividad del núcleo del reactor nuclear.

Las barras absorbentes están unidas entre sí, en su extremo superior por medio de un soporte generalmente designado por el término “araña”, para constituir un haz denominado conjunto de regulación. El conjunto de las barras absorbentes es móvil en el interior de los tubos-guías del ensamblaje de combustible.

Para ajustar la reactividad del núcleo del reactor nuclear durante el funcionamiento del reactor, se desplazan los conjuntos de regulación en el interior de ciertos ensamblajes del núcleo en posición vertical, bien en el sentido de la inserción, estando entonces el conjunto de regulación desplazado hacia abajo, o bien en el sentido de la extracción, estando entonces el conjunto de regulación desplazado hacia arriba, a fin de introducir una longitud más o menos importante de las barras absorbentes en los ensamblajes del núcleo. A fin de ajustar la reactividad del núcleo durante el funcionamiento del reactor nuclear y la distribución de la potencia en el núcleo de dicho reactor, se utilizan generalmente unos conjuntos de regulación de diversos tipos en diferentes zonas del núcleo del reactor nuclear. Se utilizan en particular unos conjuntos muy absorbentes o conjuntos negros y unos conjuntos menos absorbentes o conjuntos grises.

De manera general, las barras absorbentes están constituidas por un tubo que está cerrado en su extremo superior por un primer tapón denominado tapón superior, y en su extremo inferior por un segundo tapón denominado tapón inferior de la barra. Las barras absorbentes están fijadas a la araña de mantenimiento por medio de sus tapones superiores.

Generalmente, para los conjuntos negros, el conjunto de las barras son unas barras de fuerte capacidad de absorción de los neutrones. Estas barras absorbentes pueden estar constituidas por un tubo de envainado que contiene unas pastillas de un material absorbente tal como el carburo de boro B4C, por unos tubos en un material que absorben los neutrones que no contienen pastillas absorbentes, o también por unos tubos de material absorbente que contienen unas pastillas de carburo de boro B4C. Se ha propuesto en particular utilizar, como tubos de material absorbente para las barras de los conjuntos de regulación, los tubos de hafnio. Los conjuntos de regulación de la reactividad de los reactores nucleares pueden por lo tanto comprender, bien en totalidad, o bien en parte, unas barras absorbentes constituidas por un tubo de hafnio que contiene eventualmente unas pastillas de un material absorbente tal como B4C. En ciertos casos, se ha propuesto realizar sólo una parte de las barras absorbentes, por ejemplo la parte inferior, de hafnio.

Los conjuntos grises comprenden al mismo tiempo unas barras absorbentes y unas barras inertes constituidas por un simple tubo de material poco o nada absorbente cerrado en sus extremos por unos tapones. Las barras absorbentes pueden estar constituidas por unos tubos de material absorbente, tal como el hafnio.

El hafnio presenta la ventaja sobre otros materiales absorbentes de presentar una excelente compatibilidad con el fluido primario, un hinchamiento débil bajo irradiación y una buena resistencia a la fluencia de la temperatura de funcionamiento de un reactor nuclear bajo agua a presión. Por lo tanto, se puede utilizar sin envainado.

Sin embargo, el hafnio se puede soldar sólo con aleaciones de la misma familia (titanio, circonio, hafnio) o que presenta con el hafnio las soluciones sólidas continuas.

Si se utiliza el hafnio para el tapón superior, la resistencia mecánica del grupo de regulación no es óptima ya que el hafnio no presenta características mecánicas bastante elevadas frente a los esfuerzos percibidos por el conjunto en

funcionamiento. Además, la utilización de un tapón de hafnio en la parte superior de la barra absorbente no está totalmente justificada por cuestiones de absorción neutrónica, en la medida en la que el tapón superior está expuesto sólo a un flujo neutrónico muy débil ya que se queda encima de la parte superior del núcleo. Finalmente, la utilización de hafnio para el tapón superior se acompaña de un aumento de la masa del conjunto, lo que puede ser una fuerte restricción en el funcionamiento. La utilización de aleación de circonio para el tapón superior sería compatible con los imperativos de la masa sin perjudicar al poder absorbente. Sin embargo, las propiedades mecánicas de estas aleaciones son igualmente insuficientes. Sin embargo, las de las aleaciones de titanio son perfectamente compatibles con los rendimientos requeridos.

En lo referente al tapón inferior, la utilización de hafnio no es excluida por razones de resistencia mecánica ya que las propiedades de este material son compatibles con los esfuerzos mecánicos aplicados sobre este componente. En esta zona de fuerte flujo neutrónico, no es inútil disponer de una potencialidad de absorción neutrónica. Finalmente, el volumen de este tapón inferior continúa siendo bajo, el aumento de masa inducida sigue siendo limitado y compatible con las exigencias sobre la masa de los conjuntos de control. El tapón inferior puede por lo tanto ser de hafnio, incluso de una aleación de circonio, permaneciendo la compatibilidad adquirida con las exigencias funcionales.

La invención se refiere por lo tanto a una barra para conjunto de regulación según la reivindicación 1, un conjunto de regulación según la reivindicación 6, y un procedimiento de protección contra el desgaste según la reivindicación 7.

Las reivindicaciones dependientes 2 a 5 y 8 a 10 se refieren a características facultativas.

Preferentemente, una parte al menos de las barras absorbentes del conjunto comprende un tubo de hafnio y un tapón superior de aleación de titanio soldado sobre la parte de extremo superior del tubo de hafnio.

Los tubos de hafnio o barras huecas están elaborados según un procedimiento conocido por hilado con aguja, de molduras perforadas, y después de estirado en caliente sobre mandril deformable, siendo el mandril evacuado en última operación por estirado en frío hasta la ruptura. La ventaja de este procedimiento de moldeo en caliente es que permite utilizar un metal mucho más cargado en oxígeno que si tuviera que comprender unas operaciones de moldeo en frío. Se considera generalmente que más allá de 300 ppm de oxígeno, el hafnio no se puede laminar en frío. Este procedimiento permite utilizar unas molduras que contienen más de 300 ppm e incluso más de 700 ppm de oxígeno, tales como las obtenidas después de la primera fusión por bombardeo de electrones en el modo clásico de elaboración. La elevación del contenido en oxígeno permite aumentar las características mecánicas del metal, lo que reduce considerablemente la sensibilidad de los defectos de superficie y de fabricación (marcas de golpe, no rectitud, etc.) .

Los tapones de titanio circonio o hafnio son obtenidos por mecanizado de barras sólidas de diámetro adecuado. Esta concepción permite satisfacer las exigencias neutrónicas, mecánicas y ponderales.

Sin embargo, los movimientos del conjunto, tanto longitudinales como orbitales tienen el riesgo... [Seguir leyendo]

1. Barra absorbente de un conjunto de regulación de un reactor nuclear de agua a presión, comprendiendo dicha barra un tubo de envainado (4) de hafnio, un tapón superior (6) de aleación de titanio soldado sobre una parte de extremo superior del tubo de envainado (4) de hafnio y un tapón inferior (7) de hafnio macizo soldado sobre una parte de extremo inferior del tubo de envainado (4) de hafnio, barra en la que:

- una protección contra el desgaste del tapón superior (6) de aleación de titanio ha sido obtenida mediante un

tratamiento en horno estático en atmósfera oxidante a una temperatura comprendida entre 550ºC y 850ºC, 10 durante un periodo de tiempo de 2 horas a 12 horas; y

- una protección contra el desgaste de la barra ha sido realizada por oxidación a alta temperatura en atmósfera oxidante del tubo de envainado (4) soldado al tapón inferior (7) , pero no al tapón superior (6) .

2. Barra según la reivindicación 1, en la que el tapón superior (6) es de una aleación de titanio TA6V o TA3V2.5.

3. Barra según la reivindicación 1 o 2, en la que la oxidación del tubo de envainado (4) ha sido obtenida en movimiento a una temperatura comprendida entre 1300ºC y 1700ºC en atmósfera oxidante y a una velocidad comprendida entre 50 y 250 mm/min.

4. Barra según una de las reivindicaciones anteriores, en la que la soldadura de al menos uno de entre el tapón superior (6) e inferior (7) ha sido realizada mediante por al menos uno de los procedimientos siguientes: soldadura por fricción, soldadura por resistencia, soldadura TIG.

5. Barra según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el hafnio utilizado para la fabricación del tubo de envainado (4) y del tapón inferior (7) contiene más de 300 ppm de oxígeno.

6. Conjunto de regulación de un reactor de agua a presión constituido por un haz de barras (2) que absorben los neutrones, comprendiendo cada una un tubo metálico (4) , denominado tubo de envainado, cerrado, en su extremo superior, por un tapón superior (6) y, en su extremo inferior, por un tapón inferior (7) y un soporte (3) , o araña, de forma radiante sobre el cual las barras absorbentes (2) son fijadas por medio de sus tapones superiores (6) , caracterizado porque por lo menos una parte de las barras absorbentes son unas barras según una de las reivindicaciones anteriores.

7. Procedimiento de protección contra el desgaste de una barra absorbente de un conjunto de regulación de un reactor nuclear de agua a presión, comprendiendo dicha barra un tubo de envainado (4) de hafnio, un tapón superior

(6) de aleación de titanio soldado sobre una parte de extremo superior del tubo de envainado (4) de hafnio y un tapón inferior (7) de hafnio macizo soldado sobre una parte de extremo inferior del tubo de envainado (4) de hafnio, en el que se realiza:

- una protección contra el desgaste del tapón superior (6) de aleación de titanio mediante un tratamiento en horno estático en atmósfera oxidante a una temperatura comprendida entre 550ºC y 850ºC, durante un periodo de tiempo de 2 horas a 12 horas; y

- una protección contra el desgaste de la barra por oxidación a alta temperatura en atmósfera oxidante del tubo de envainado (4) soldado al tapón inferior (7) , pero no al tapón superior (6) .

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que se realiza la oxidación del tubo de envainado (4) soldado al

tapón inferior (7) , en movimiento, a una temperatura comprendida entre 1300ºC y 1700ºC y a una velocidad 50 comprendida entre 50 y 250 mm/min.

9. Procedimiento según la reivindicación 7 u 8, en el que el tapón superior (6) es de una aleación de titanio TA6V o TA3V2.5.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 9, en el que el hafnio utilizado para la fabricación del tubo de envainado (4) y del tapón inferior (7) contiene más de 300 ppm de oxígeno.