Conjunto de regulación de la reactividad del núcleo de un reactor nuclear.

Conjunto de regulación de un reactor nuclear de agua presurizada,

que comprende un haz de barras (2) que absorben los neutrones y un soporte de forma radiante denominado araña (3) en la que están fijadas las barras absorbentes (2) por medio de sus tapones superiores (6), caracterizado por que la araña (3) es de aleación a base de titanio.

Conjunto de regulación de la reactividad del núcleo de un reactor nuclear.

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

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 por un haz de barras de combustible mantenidas en una estructura portadora, denominada esqueleto, que constituye el armazón del ensamblaje. Este esqueleto comprende en particular tubos guía dispuestos según la dirección axial del ensamblaje de combustible, que conectan las terminales de extremo superior e inferior y que soportan las rejillas de mantenimiento de las barras de combustible. Estos tubos guía tienen la función de 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 conectadas entre sí, en su extremo superior, por medio de un soporte designado generalmente mediante 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 guía de ensamblaje de combustible.

Para regular la reactividad del núcleo del reactor nuclear durante el funcionamiento del reactor, se desplazan los conjuntos de regulación en el interior de determinados conjuntos del núcleo en posición vertical, o bien en el sentido de la inserción, desplazándose entonces el conjunto de regulación hacia abajo, o bien en el sentido de la extracción, desplazándose entonces el conjunto de regulación hacia arriba, de manera que se introduce una longitud más o menos importante de las barras absorbentes en los ensamblajes del núcleo. Con el fin de regular la reactividad del núcleo durante el funcionamiento del reactor nuclear y la distribución de potencia en el núcleo del reactor, se utilizan generalmente unos conjuntos de regulación de diversos tipos en diferentes zonas del núcleo del reactor nuclear. En particular se utilizan 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, todas las barras son unas barras de gran capacidad de absorción de los neutrones. Estas barras absorbentes pueden estar constituidas por un tubo de revestimiento que contiene unas pastillas de un material absorbente tal como el carburo de boro B4C, por unos tubos de un material que absorbe los neutrones que no contienen pastillas absorbentes o incluso 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, unos tubos de hafnio. Por lo tanto, los conjuntos de regulación de la reactividad de los reactores nucleares pueden comprender, o bien en su 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 el B4C. En determinados casos, se ha propuesto realizar en hafnio únicamente una parte de las barras absorbentes, por ejemplo la parte inferior.

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

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

No obstante, el hafnio solamente se puede soldar con aleaciones de la misma familia (titanio, zirconio, hafnio) o que presentan con el hafnio unas soluciones sólidas continuas.

Si se utiliza el hafnio para el tapón superior, la resistencia mecánica del conjunto de regulación no es óptima ya que el hafnio no presenta características mecánicas lo bastante elevadas con respecto a las solicitaciones experimentadas por el conjunto en funcionamiento. Además, la utilización de un tapón de hafnio en la parte superior de la barra absorbente no está realmente justificada por motivos de absorción neutrónica, en la medida en que el tapón superior sólo está expuesto a un flujo neutrónico muy bajo ya que permanece por debajo de la parte superior del núcleo. Por último la utilización de hafnio para el tapón superior va acompañada de un aumento de la masa del conjunto, lo cual puede ser una gran limitación en funcionamiento. La utilización de aleación de zirconio para el tapón superior sería compatible con los imperativos de masa sin perjudicar el poder absorbente. No obstante, las propiedades mecánicas de estas aleaciones también son insuficientes. En cambio, las de las aleaciones de titanio

son perfectamente compatibles con las prestaciones requeridas.

En lo que se refiere al tapón inferior, la utilización de hafnio no está excluida por motivos de resistencia mecánica ya que las propiedades de este material son compatibles con las solicitaciones mecánicas aplicadas sobre este componente. En esta zona de gran flujo neutrónico, es útil disponer de una potencialidad de absorción neutrónica. Por último, al permanecer pequeño el volumen de este tapón inferior, el aumento de masa inducido permanece limitado y compatible con las exigencias sobre la masa de los conjuntos de mando. Por lo tanto, el tapón inferior puede ser de hafnio, incluso de aleación de zirconio, obteniéndose la compatibilidad con las exigencias funcionales.

La invención se refiere a un conjunto de regulación de un reactor nuclear de agua presurizada, que comprende un haz de barras y un soporte de forma radiante, denominado araña, a la que se fijan las barras absorbentes por medio de sus tapones superiores, caracterizado por el hecho de que la araña es de aleación a base de titanio.

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

Los tubos de hafnio o barras huecas se elaboran según un procedimiento conocido por hilado sobre aguja, de palanquillas perforadas, y después por estirado en caliente sobre mandril deformable, siendo el mandril evacuado en la última operación por estirado en frío hasta la rotura. La ventaja de este procedimiento de conformación en caliente es que permite utilizar un metal mucho más cargado con oxígeno que si tuviera que comprender unas operaciones de conformación en frío. Generalmente se considera que más allá de 300 ppm de oxígeno, el hafnio difícilmente se puede laminar en frío. Este procedimiento permite utilizar unas palanquillas que contienen más de 300 ppm e incluso más de 700 ppm de oxígeno, tales como las obtenidas tras la primera fusión mediante bombardeo de electrones en el intervalo clásico de elaboración. La elevación del contenido en oxígeno permite aumentar las características mecánicas del metal, lo cual reduce considerablemente la sensibilidad a los defectos de superficie y de fabricación (marcas de golpes, falta de rectitud,...).

Los tapones de titanio, zirconio o hafnio se obtienen mediante mecanizado de barras macizas de diámetro adaptado. Este diseño permite satisfacer las exigencias neutrónicas, mecánicas y ponderales.

No obstante, se corre el riesgo de que los movimientos del conjunto tanto longitudinales como orbitales induzcan desgastes a nivel de las guías de conjunto (guiado continuo y mapas de guiado) y del ensamblaje de combustible (desgaste en la ojiva). En efecto, se sabe que estos materiales (titanio, zirconio y hafnio) no resisten bien el desgaste. Un medio conocido de proteger estos materiales contra el desgaste es realizar un tratamiento de oxidación a alta temperatura en atmósfera oxidante. Un tratamiento de este tipo conduce... [Seguir leyendo]

1. Conjunto de regulación de un reactor nuclear de agua presurlzada, que comprende un haz de barras (2) que absorben los neutrones y un soporte de forma radiante denominado araña (3) en la que están fijadas las barras absorbentes (2) por medio de sus tapones superiores (6), caracterizado por que la araña (3) es de aleación a base de titanio.

2. Conjunto de regulación según la reivindicación 1, en el que se ha realizado la araña mediante recorte de una pieza de aleación de titanio cuya integridad metalúrgica se ha controlado.

3. Conjunto de regulación según la reivindicación 2, en el que el recorte se ha realizado mediante mecanizado mecánico, químico o electroquímico, recorte con hilo o con chorro de agua.

4. Conjunto de regulación según una de las reivindicaciones anteriores, en el que cada barra que absorbe los neutrones (2) comprende un tubo metálico (4), denominado tubo de revestimiento, cerrado, en su extremo superior, por un tapón superior (6) y, en su extremo inferior, por un tapón inferior (7).

5. Conjunto de regulación según la reivindicación 4, en el que para una parte por lo menos de las barras absorbentes:

- los tubos de revestimiento (4) son unos tubos de hafnio sin soldadura,

- los tapones superiores (6) son de aleación a base de titanio y están soldados a las partes de extremo superior de los tubos de revestimiento (4), y

- los tapones inferiores (7) son de hafnio macizo y están soldados a las partes de extremo inferior de los tubos de revestimiento (4).

6. Conjunto de regulación según la reivindicación 5, en el que una protección contra el desgaste de los tapones superiores (6) de aleación de titanio se ha obtenido mediante un tratamiento en horno estático en atmósfera oxidante en unas condiciones que garantizan el mantenimiento de las características de la aleación de titanio.

7. Conjunto de regulación según la reivindicación 6, en el que el tratamiento en horno estático se ha realizado a una temperatura comprendida entre 550°C y 850°C, durante una duración de 2 horas a 12 horas.

8. Conjunto de regulación según una de las reivindicaciones 5 a 7, en el que se ha realizado una oxidación del tubo de revestimiento (4) de la barra absorbente (2), a alta temperatura, en atmósfera oxidante.

9. Conjunto de regulación según la reivindicación 8, en el que la oxidación del tubo de revestimiento (4) se ha realizado en el tubo de revestimiento soldado al tapón inferior (7).

10. Conjunto de regulación según la reivindicación 9, en el que la oxidación del tubo de revestimiento (4) se ha realizado en desplazamiento, a una temperatura de 1300°C a 1700°C y a una velocidad de 50 a 250 mm/min.

11. Conjunto de regulación según una de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo además el conjunto unas barras inertes.