Brevet FR2008252A1 — publié le 19700116

-1- 2008252 la présente invention concerne un appareil de transmission d'ondes ultra-sonores. l'invention propose, dans son ensemble, un guide d'ondes destiné à la transmission d'ondes ultra-sonores, qui comprend un 5 transmetteur définissant un chemin rempli d'un solide ou d'un liquide, conçu pour faire passer les ondes, et une enveloppe apte à enfermer un volume vidé d'air/1rempli d'une vapeur ou d'un gaz, autour du chemin, le volume étant réalisé de manière à assurer une discontinuité ultra-sonore pour des ondes ultra-sonores qui tendent 10 à passer de ce chemin dans ce volume, la discontinuité ultra-sonore a pour effet que des ondes présentant cette tendance sont partiellement ou totalement renvoyées par réflexion ou réfraction dans le chemin de transmission. D'autres caractéristiques et avantages de la présente in-15 vention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, faite en regard du dessin annexé et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, une forme de réalisation conforme à l'invention. Sur ce dessin : 20 les figures 1 et 2 sont chacune une vue en coupe médiane schématique. la figure 1 montre un guide d'ondes destiné à la transmission d'ondes ultra-sonores, comprenant un canal de transmission qui affecte la forme d'un tube 11 en acier inoxydable propre à 25 être rempli de liquide, entouré par une enveloppe' revêtant la forme d'une chemise 12 également en acier inoxydable. Un espace annulaire 13, délimité entre le tube 11 et la chemise 12, est fermé de façon étanche au vide par des plaques d'extrémité 14, 15 à chaque extrémité du tube 11 et de l'espace 13 vidé d'air. 3Q Selon une application générale du guide d'ondes formé par le tube 11 et la chemise 12, ce guide peut faire partie d'un analyseur ultra-sonore 16 et permettre ainsi de signaler la présente d'un objet sur un trajet donné d'exploration. Dans une forme particulière de cette application générale, l'analyseur est incorporé 35 dans un réacteur nucléaire à neutrons rapides, du type refroidi au sodium, dont le coeur est submergé dans un bain 17 de sodium métallique liquide et le problème consiste à détecter s'il existe >9 14991 -2- 2008252 un libre espace de dégagement au-dessus du coeur pour permettre l'exécution d'opérations de réapprovisionnement en combustible, impliquant la rotation d'un écran au-dessus du coeux. Le bain de sodium 17 à surface libre 17a est contenu dans un récipient 5 pourvu de parois 18 et recouvert d'un écran rotatif 19 qui maintient une atmosphère inerte 20 d'argon gazeux au-dessus de la surface libre 17a du bain 17. le sodium liquide circule en montant le long de conduits 21 (représentés en partie) formés de plusieurs sous-ensembles de combustible nucléaire qui constituent 10 le coeur 21a, représenté schématiquement, du réacteur nucléaire. Certains des conduits sont utilisés pour recevoir des barres de réglage du réacteur, et des tubes d'accès 27 reçoivent les barres de réglage lorsqu'elles sont retirées du coeur du réacteur. Pour rendre possible le pivotement de l'écran 19, auquel les "tubes 27" 15 sont fixés, il est nécessaire d'introduire les barres de réglage dans le coeur, de les débrancher et d'assurer qu'il existe un espace libre de dégagement entre la partie supérieure- du coeur 21a et l'extrémité inférieure des tubes 27. l'analyseur ultrasonore peut jouer ce rôle, et une description plus détaillée en 20 sera donnée ci-après. l'analyseur 16 traverse l'écran 19, avec possibilité de rotation, en passant dans un manchon 22 étanche au gaz. l'extrémité supérieure 11a du tube 11 est fermée par une plaque 23 dans laquelle est monté un transducteur ultra-sonore 24 compor-25 tant un cristal de titanate de baryum. Un diaphragme 25 en acier inoxydable enferme un mélange liquide de sodium et de potassium (dans les proportions en poids de 70:30, respectivement) dont le rôle est de relier le transducteur 24 avec le diaphragme 25• la partie du tube 11 se trouvant en-dessous du diaphragme est rem-30 plie de sodium du bain 17, ce qui permet de remplacer le transducteur 24 ou de le réparer sans exposer le sodium constituant le bain à l'atmosphère se trouvant au-desssus de lrécran 19. le transducteur 24 est relié à un équipement classique (non représenté) destiné à engendrer, à recevoir et à analyser les.ondes 35 ultra-sonores. " Un miroir concave 26 en acier inoxydable est monté à; 1?extrémité inférieure de l'analyseur 16 ; ce miroir peut tourner 14991 -3- 2008252 autour d'un axe désigné par le point 26a et perpendiculaire à l'axe longitudinal géométrique du tube 11 (représenté par une courte ligne en traits mixtes près du miroir 26)au moyen d*u£i.e télécommande (non représentée) installée au-dessus de l'écran 19. bain 17 au moyen d'un support 29 partant de la paroi 18 à la même hauteur verticale au-dessus de la partie supérieure du coeur 21a que le miroir d'exploration 26. Entre autres fonctions, l'analyseur 16 permet également de vérifier qu'aucun organe de réglage 10 n'a été laissé en saillie sur les tubes 27, par exemple l'organe de réglage 30 représenté par des traits interrompus sur lè dessin. Pour détecter des objets tels qu'un composant 30, le transducteur 24 est excité, de sorte que des ondes ultra-sonores sont envoyées à travers le mélange de sodium et de potassium 'contenu 15 dans l'extrémité- supérieure 11a du tube 11, ces ondes franchissant le diaphragme 25 et traversant le sodium du bain 17 qui remplit la partie inférieure du. tube 11. L'espace annulaire 13 vidé d'air, qui entoure le tube 11,- a pour effet que des ondès ultra-sonores passant dans le tube et ,frappant sa paroi3sont renvoyées 20 par réflexion dans le tube. En fait, l'espace 13 joue le rôle d'un réflecteur pour les ondes, en exerçant une discontinuité des ondes ultra-sonores. En utilisant ce moyen de réflexion interne, on réduit au minimum l'affaiblissement d'énergie dû. à l'étalement des ondes. Sous ce rapport, le diaphragme 25 n'affaiblit pas outre 25 mesure l'énergie de l'onde ultra-sonore qui le. traverse. Des ondes ultra-sonores provenant du tube 11 et tombant sur le miroir 26 sont réfléchis dans le bain 17 et, le miroir étant dirigé comme représenté, une grande proportion des ondes frappe le réflecteur 28 et est ainsi renvoyée au miroir 26. Les ondes de're-30 tour sont renvoyées par réflexion ascendante dans le tube 11 et peuvent être détectées et analysées au moyen du transducteur 24 et de son équipement associé. Le temps mis par une onde ultra-sonore pour quitter le transducteur 24 et pour y revenir et une connaissance de la vitesse des.ondes permettent de déterminer la 35 distance du réflecteur 28 au miroir 26. Un obstacle 30 se trouvant sur la trajectoire d'une onde ultra-sonore transmise depuis le ■■miroir "sera-donc détecté soit par interruption d'une onde 5 Un réflecteur 28 en acier - inoxydable est monté dans le 14991 2008252 réfléchie revenant du réflecteur, soit par réflexion directe de l'onde par l'objet lui-même, l'une ou l'autre pouvant être ' détectée. On peut déterminer avec précision la distance entré le miroir 26 et l'obstacle 30 par le calcul ou par étalonnage1 5 et, connaissant la direction dans laquelle le miroir 26 est tourné par rapport à une direction donnée, on peut déterminer la position de l'organe 30 par rapport à cette donnée. Au besoin, et si l'on détecte un corps étranger quelconque autre quTun composant orienté, on peut faire pivoter l'analyseur 16 autour de 10 son axe longitudinal pour permettre de déterminer les limites latérales du corps étranger. Par pivotement du miroir 26 autour de son axe 26a, on peut déterminer la limitçêupérieure du corps. La forme concave du miroir 26 permet une focalisation des ondes qui tombent sur lui. Une certaine dispersion géométrique des on-15 des sonores depuis le miroir 26 se produira par passage à travers le bain 17. La discrimination permise par l'analyseur dépendra, dans une large mesure, de la distance entre le miroir. 26 et un composant ou un .corps détecté. Toutefois, dans le cas d'un composant ou d'un corps placé près du miroir 26, on peut tirer profit 20 de la plus grande discrimination possible pour détecter des repères distinctifs, une silhouette, un motif ou des caractères semblables. La figure 2 montre la partie inférieure 111 d'un analyseur 112, identique tant dans la forme que dans le fonctionnement, à 25 celui qui est représenté sur la figure 1 et dont la description est donnée ci-dessus. L'analyseur 112 se compose d'un tube 113 et d'une chemise. 114 délimitant entre eux un espace annulaire 115 vidé d'air et fermé par une plaque d'extrémité 116. Un dispositif non représenté permet le pivotement de l'analyseur 112 autour de 30 son axe longitudinal 117. Un miroir 118 en acier inoxydable, monté à la base du tube 113, peut pivoter autour d'un axe 119 qui est perpendiculaire à l'axe 117. L'analyseur 112 a été représenté dans la position qu'il adopte après que la partie inférieure 111 a été abaissée dans la partie supérieure d'un sous-ensemble de combusti-35 ble nucléaire 120 (représenté en partie) disposé dans le coeur d'un réacteur et présentant un conduit 121 pour le passage du sodium utilisé comme fluide de refroidissement. Un réflecteur annu 14991 -5- 2008252 laire extérieur 122 en acier inoxydable est mis en place de manière à coïncider avec une succession de fentes ( par. exemple des fentes 123) découpées dans une paroi du sous-ensemble 120 et disposées entre des limites axiales 123a et 123b (représen-5 tées en traits interrompus). En faisant pivoter et fonctionner l'analyseur 112 (avec production d'ondes ultra-sonores et réflexion de ces ondes comme décrit en ce qui concerne l'analyseur 16 de la figure 1), on peut déterminer la position angulaire des fentes 123 dans leur succession, car des ondes provenant du mi-10 roir 118 sont ou bien renvoyées par réflexion au miroir depuis la paroi du sous-ensemble 120 (là où. il n'existe pas de fentes), ou bien réfléchies depuis le réflecteur 122 (après passage à travers une fente 123). En raison de la différence de distances qui est impliquée, il est facile de détecter la différence entre'ces ré-15 flexions. En faisant varier correctement le nombre de fentes et leur disposition entre des sous-ensembles différents, on peut reconnaître, dans un ensemble, tout sous-ensemble donné.- La description de 1'analyseur 16 de la figure 1 et de llanalyseur 112 de la figure 2 montre que tous deux comportent des 20 chemises vidées d'air pour réaliser une discontinuité "des ondes ultra-sonores. Toutefois, des chemises remplies de gaz tels que l'argon ou le crypton ou d'une vapeur pourraient être utilisées dans le cas d'un milieu inapte à un fonctionnement sous vide, ou lorsque les frais d'une réalisation étanche au vidé sont jugés inu-25 tiles. Bien que des réflecteurs aient été décrits dans les deux formes de réalisation de l'invention, ces organes ne sont pas essentiels pour le fonctionnement, car pratiquement tout obstacle interposé sur le passage d'une onde ultra-sonore donnée pro-30 voque soit une réflexion d'une onde incidente, soit une interruption d'une onde réfléchie. Bien qu'un tube rempli de liquide ait été utilisé en tant que chemin de transmission, il est également possible d'utiliser une barre solide pour la transmission des ondes ultra-sonores. 35 Là aussi, une enveloppe du type décrit sera nécessaire. L'utilisation d'un guide d'ondes conforme à la présente invention évite une perte d'énergie due à un étalement des ondes qui se produit 14991 2008252 lorsqu'un ultra-son a la possibilité de s'étaler librement à partir d'une source. Ainsi, en utilisant le guide d'ondes, on a réalisé une transmission utile d'un ultra-son sur une portée de quelque 37 mètres. 5 le guide d'ondes permet le montage du transducteur ultra sonore à distance de la région en cours d'exploration» Ceci revêt un avantage particulier si cette région se trouve à une haute température, si elle est très radio-active, ou si elle présente quelqu'autre danger pour le transducteur ou pour le personnel qui 10 doit opérer au voisinage du transducteur. le guide d'ondes permet de faire passer, au besoin, le chemin de transmission à travers plusieurs matériaux différents. De cette façon, on peut utiliser des combinaisons de trajets liquides et solides, en fonction de la nature des conditions ambiantes le 15 long de ce trajet. Dans le cas de deux liquides différents (comme décrit ci-dessus en regard de la figure 1), on peut insérer un diaphragme sur lgftrâjet pour séparer les deux liquides. Deux solides différents peuvent être avantageusement reliés par un tronçon rempli de liquide. 20 Les exemples de réalisation décrits ci-dessus comportent un transducteur ultra-sonore en tant que source sonore pour des ondes transmises le long du chemin de transmission. Une telle application pourrait être qualifiée d'activé, en ce sens, que le guide d'ondes transmet des ondes ultra-sonores dans les deux directions. 25 II est également possible d'utiliser le guide d'ondes dans un sens passif, dans lequel il ne transmet des ondes que dans une direction. De cette façon, le guide d'ondes pourrait être utilisé comme sonde "d'écoute" mobile. Par exemple, il pourrait être utilisé dans le bain de sodium décrit ci-dessus pour écouter sélec- 30 tivement les sources sonores au sein de ce bain (par exemple pour détecter le siège d'une ébullition du sodium) en plaçant une extrémité du guide d'ondes près de la source sonore. Les ondes transmises lé long du tube peuvent alors être détectées à lraide d'un détecteur ultra-sonore correct, placé à l'autre extrémité du guide d'ondes. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son -cadre. 14991. •7- 2008252 - KEVEHDIOATIOHS - 1 - Guide d'ondes de transmission d'ondes ultra-sonores, caractérisé par le fait qu'il comprend un conduit de transmission définissant un chemin rempli de solide ou de liquide propre 5 à la canalisation des ondes, et une enveloppe définissant un volume sous vide ou rempli de vapeur ou de gaz, autour de ce chemin, le volume étant propre à se comporter comme une discontinuité ultrasonore pour des ondes ultra-sonores qui tendent à passer de ce chemin dans ce volume. 10 2 - Guide d'ondes suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un détecteur d'ondes ulira-sonores nmbê à une extrémité du conduit, avèe ou sans montage d'un générateur d'ondes ultra-sonores près du détecteur. 3 - Guide d'ondes suivant l'une des revendications 1 et 2, 15 caractérisé par le fait que le conduit délimite un chemin rempli de liquide et est traversé par un diaphragme de séparation du cheminjdéfini par le conduit, en deux sections de liquide. 4 - Guide d'ondes suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le conduit délimite un chemin rempli 20 de solide sur une partie de sa longueur et un chemin rempli de liquide sur la partie restante de sa longueur. 5 - Guide d'ondes suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il comprend un miroir monté à l'extrémité du conduit et à distance du détecteur-géné-rateur, en vue 25 de détourner des ondes ultra-sonores dans le conduit ou depuis le conduit. 6 - Guide d'ondes suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que l'angle de réflexion, du miroir est va-, riable. 30 7 - Guide d'ondes suivant l'une des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait que le miroir présente une surface réfléchissante non plane. 8 - Guide d'ondes suivant la revendication 7, caractérisé par le fait que la surface du miroir est concave. 35 9- Guide d'ondes suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le conduit peut pivoter autour de son 14991 2008252 axe longitudinal dans une monture fixe . 1G - G-uide d'ondes suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le volume délimité autour du chemin est occupé par un gaz rare.