Brevet FR2004090A1 — publié le 19691121

L'invention se rapporte à un appareil de mesure de la réactivité de réacteurs nucléaires,- comprenant une chambre d'ionisa tison pour la mesure du flux moyen de neutrons et un circuit de calcul pour la résolution de la relation représentant la cinétique du réacteur. En plus du procédé consistant à faire osciller un échantillon et ensuite à procéder à l'analyse de Fourier du flux de neutrons et du procédé consistant à déterminer périodiquement la courbe du flux à la suite d'une perturbation en rampe, on a utilisé récemment pour mesurer la réactivité des réacteurs nucléaires un procédé direct de mesure ne nécessitant aucun échantillon mobile suivant des lois déterminées. Ce procédé consiste à mesurer le flux moyen des neutrons d'un réacteur dans une chambre d'ionisation et à introduire les valeurs correspondantes sous forme de Variable dans la relation représentant la cinétique du réacteur.La revue t'Nuclear Applications" volume 3, septembre 1967, pages 532 à 539, décrit un circuit simplifié de calcul destiné à résoudre cette relation et basé sur l'observation que certaines constantes de groupe de neutrons ralentis et de photoneutrons n'ont pratiquement aucune influence sur la réactivité d'ensemble. I1 s'est avéré par ailleurs que même si tous les groupes présents de neutrons sont pris en considération, la sensibilité de ce procédé n'est pas particulièrement grande et que de faibles réactivités telles que k-l = 10 5 ( k = facteur de criticalité) ne-peuvent pas être k mesurées de manière sûre. Le même circuit pourrait permettre d'augmenter la sensibilité de l'appareil de mesure de la réactivité s'il était possible de disposer d'amplificateurs à bruit arbitrairement faible. Mais cela n'est pas possible. Selon une particularité essentielle de l'inventions la densité neutronique est affaiblie de préférence à une valeur correspondant à celle du réacteur quasi critique et les écarts, déterminés par essais sur le réacteur, entre le courant de la chambre d'ionisation et l'état d'équilibre du réacteur sont introduits dans un circuit connu de calcul de la densité des précurseurs. Divers essais ont confirmé qu'il est possible d'augmenter ainsi la sensibilité d'un facteur de l'ordre de 1000 avec les mAemes amplificateurs. L'appareil de mesure correspondant à indication directe de la réactivité comporte donc un eireuit différenciateur à l'entrée du circuit de calcul de la variation de la densité des précurseurs r L'explication mathématique suivante permettra de mieux comprendre l'invention. La relation simplifiée suivante -décrit l'équilibre cinétique en un point du réacteur n = densité neutronique totale du réacteur (1/cm3) t = le temps ss = facteur au total des neutrons ralentis et des photoneutrons # = durée de la production de neutrons (une constante) (s) Ai = constante radioactive du groupe de neutrons d'ordre i (1/s) Ci = densité des précurseurs du groupe de neutrons d'ordre i (l/c S = une source de neutrons (1/cm3 s) P = réactivité. A l'équilibre de la densité des précurseurs de neutrons ralentis et de photoneutrons, le réacteur a une constante de multiplication k = 1 en l'absence d'une source de neutrons. Avec une source (par exemple de neutrons issus d'une fission spontanée, de photoneutrons à longue vie), le réacteur stabilisé à n(o) est légèrement sous-critique à la valeur On a alors En admettant que, pour simplifier, la densité des neutrons est constante (dtn = 0) pour une transition brusque, les relations (1) et (2) donnent L'article mentionné de la revue "Nuclear Applications" a apporté la démonstration qu'il n'est pas nécessaire de tenir compte de tous les groupes de neutrons et que d'autres groupes peuvent être réunis en un groupe virtuel sans introduire d'inexac- titude sensible. I1 suffit par exemple de six groupes pour un réacteur modéré à l'eau lourde. Des essais ont montré que l'application de la relation (3) permet une sensibilité accrue d'un facteur de l'ordre de 1O) par rapport à celle de la relation (I) appliquée dans les procédés antérieurs pour la détermination de faibles réactivités. La figure unique illustre un circuit de calcul de la réactivité selon cette relation, la représentation étant simpl fiée par les symboles connus utilisés dans la technique du calcul analogique, mais cela ni signifiant nullement que l'on ne peut pas utiliser un appareil spécial à lignes fixes correspondantes. Les symboles utilisés sont : des triangles simples qui représentent un amplificateur opérationnel dont le gain est inscrit en face de chaque entrée; des combinaisons de triangle et de rectangle qui désignent des amplificateurs intégrateurs dont le taux d'intégration est indiqué sur le dessin; des cercles désignant des potentiomètres de réglage des grandeurs de calcul représentant des constantes de multiplication; un triangle fermé par un arc de cercle et représentant un amplificateur opérationnel a très fort taux dplification, sans contre-réaction; un carré désignant un multplicateur à quatre quadrants. La tension de référence est par exemple de 10 V. Le circuit de calcul est constitué essentiellement par un ensemble de détermination de la variation de la désntégration des précurseurs et par un diviseur. L'ensemble se rapportant aux précurseurs et comprenant six intégrateurs 1, 18 potentiomètre 2 et trois commutateurs 3 de plage de mesure a été décrit dans la revue mentionnée t'Nuclear Applications. fi faut cependant souligner que, dans ce cas, ce n'est pas la densité de neutrons elle-même, mais l'écart de la densité des neutrons par rapport à une valeur n(o), qui forme la grandeur d'entrée. Cette grandeur d'entrée est formée dans un amplificateur différentiel auxiliaire 4 à partir de la valeur de mesure n(t) et d'une valeur réglable n(o). Cette dernière valeur est déterminee de manière que la grandeur de sortie de l'amplificateur diffé- rentiel soit nulle à ltéquilibre quasi critique. Le diviseur comprend un multiplicateur 83 un amplificateur sans contre-réaction 9 et deux amplificateurs inverseurs 10. De son cote, la valeur de mesura, formée dans une chambre d'ionisation 5 située dans le réacteur 6" représente un courant qui est fonction du flux de neutrons dans cette chambre et qui est converti en tension dans un préemplificateur 7 sans bruit. Bien que ltinvention ait été réalisée à l'aide d'éléments de calcul analogique, ceux-ci peuvent bien entendu être remplacés dans le cadre de l'invention par des éléments numériques corres pondant R E V E N D I C A T I O N S REVENDICA T IONS Appareil de mesure, avec affichage direct de la réactivité de réacteurs nucléaires, comprenant une chambre d'ionisation pour la mesure du flux moyen de neutrons du réacteur ainsi qu'un circuit de calcul comprenant un ensemble pour la détermination de la variation de la désintégration des précurseurs et' destiné à l'analyse de la relation représentant la cinétique du réacteur, caractérisé en ce que le courant de la chambre d'ionisation correspondant à l'état d'équilibre du réacteur est affaibli dans un circuit différenciateur monté à l'entrée du circuit de calcul de la variation de la désintégration des précurseurs.