Brevet FR2046770A1 — publié le 19710312

i 2046770 La présente invention se rapporte à ion dispositif pour la détermination de la répartition du flux neutronique dans la zone de fission d'un réacteur nucléaire à l'aide de sondes activa-bles à corps solides composé, d'une part, de tubes de transport 5 qui. traversent la zone de fission ainsi que la paroi de la cuve du réacteur et renferment des billes activables alignées librement en colonnes dans ces tubes et déplaçables à l'aide de gaz comprimé pour pénétrer dans la zone de fission et en ressortir et, d'autre part, d'une installation fixe de mesure d'activité 10 placée à côté desdits tubes de transport, à l'extérieur de la cuve sous pression du réacteur. On utilises de manière connue pour ce domaine, des sondes formées de colonnes de billes alignées librement que l'on fait pénétrer dans des tubes de mesure à l'intérieur du réacteur 15 et que l'on emmagasine à nouveau, après activation, dans un tambour d'où, on les amène ensuite à un dispositif d'évaluation. Le matériau généralement adopté pour les billes renferme du manganèse, et sa période de radioactivité est relativement élevées puisque de 2,58 heures» Cette grande période de radio-20 activité restreint la possibilité d'utiliser les mêmes colonnes de billes à des mesures répétées. Si l'on veut effectuer les mesures plus d'une fois par jour, ce qui est la plupart du temps indispensable en service normals il faut disposer d'un ensemble mécanique compliqué avec magasins à billes tels, par exemple, que 25 des tambours de stockage et nombreux éléments de commande sous forme de soupapes et d'aiguillages. En outre, les mesures sur les colonnes de billes irradiées simultanément s'effectuent essentiellement les unes après les autres. Chaque détermination de la répartition du flux prend ainsi plus d'une heure. 30 L'invention a pour objet un dispositif de détermina tion de la répartition du flux dans lequel les mêmes billes soient utilisables à la mesure les unes derrière les autres à de brefs intervalles de temps, les mesures sur les billes irradiées simultanément s'effectuent essentiellement de manière également simul-35 tanée et l'on puisse renoncer à une grande complication mécanique d'aiguillages, soupapes et tambours de stockage. Ce dispositif est caractérisé par le fait que pour opérer sur les colonnes de billes activées et au repos, l'installation de mesure se compose d'une ou de plusieurs sections de 40 mesure d'activité placées le long d'un ou de plusieurs des tubes 70 21526 2 2046770 de transport et comportant chacune plusieurs éléments de détection individuelle les uns à côté des autres. Il est dès lors possible d'effectuer en partie simultanément les mesures sur les diverses colonnes de billes et le temps 5 d'évaluation nécessaire à la mesure d'activité s'en trouve fortement réduit o Il est particulièrement.avantageux pour la réutilisation rapide des billes après mesure que celles-ci soient faites d'un matériau dont les constituants essentiels pour la mesure d'activité 10 présentent une période de radioactivité de quelques minutes seulement. Oe matériau-consiste de préférence en un alliage avec vanadium qui renferme, outre du fer comme constituant principal s 0,60 - 0,65$ en poids de carbone, 14 - 15 i° en poids de chrome , 15 1,2 - 1,4 i° en poids de vanadium, moins de 0,1$ en poids d'impuretés sous forme de Si, Mn, Mos Al. La période de radioactivité tombe à 3*77 mn en cas d'utilisation d'un tel matériau,, renfermant du vanadium. Il est 20 donc possible de réutiliser les mêmes billes à de nouvelles mesures de répartition du flux à des intervalles d'un peu plus de 10 mn. L'arrivée directe des billes à une section de mesure après 1'activation permet de supprimer aussi tout composant mécanique, ce qui est très important pour la sûreté du fonctionnement de ce 25 système de mesure0 Les éléments de détection individuelle des sections de mesure d'activité peuvent être des détecteurs à semi-conducteur ou des tubes compteurs G-eiger-Mtîller. Pour permettre d'effectuer simultanément les mesures 30 sur les colonnes de billes,, me section de mesure d'activité peut être affectée en propre à chaque tube de transport d'une telle colonne. L'évaluation d'ensemble s'en trouve accélérée. On peut cependant aussi affecter une section de mesure d'activité à plusieurs tubes de transport, afin d'effectuer les 35 mesures successivement sur les diverses colonnes de billes, amenées alors les unes aprçès les autres à ladite section de mesure. Si les mesures portent sur un grand nombre de colonnes de billes, il est bon que les tubes de transport soient assemblés en groupes et que les sections de mesure d'activité soient en 40 nombre égal à celui des tubes de transport d'un groupe, les mesures 70 21526 3 2046770 sur les colonnes de billes d'un tel groupe s'effectuant alors simultanément, On peut aussi effectuer les mesures sur les colonnes de billes par fractions de ces dernières afin de réduire le nombre des éléments de détection individuelle. La section de mesure est 5 alors suivie de butées de billes dont l'espacement correspond à sa longue ur« Dans le cas des mesures simultanées, les colonnes de billes peuvent être emmagasinées directement dans les tubes de transport pendant le temps qui s'écoule entre deux activations. On 10 peut cependant aussi les déposer pendant ce même temps dans un tambour comportant plusieurs conduits de stockage affectés aux tubes de transport correspondants et couplables avec ces derniers. En cas de mesures successives sur les diverses colonnes de billes, des butées de billes sont avantageusement placées dans les tubes 15 de transport à une distance de la partie active du coeur du réacteur égale à la longueur d'une telle colonne. Les colonnes de billes peuvent en même temps être emmagasinées9 dans les tubes de transport, d'une part entre le coeur du réacteur et les butées de billes après 1'activation et avant la mesure, d'autre part 20 contre ces mêmes butées mais du côté d'exécution de la mesure après celle-ci.On fait ainsi également 1®économie de voies supplémentaires pour le stockage des billes jusqu'à leur réutilisation. Il est,de plus , avantageux en cas d'assemblage en groupes des tubes de transport que dans chaque groupe, lesdits tubes 25 soient reliés à un même réservoir dfair comprimé. Chacun de ces réservoirs peut comporter un hygromètre, un manomètre et une soupape à fermeture rapide pour la mise hors circuit du groupe au cas où il vient à présenter- un défaut . Ces dispositifs de sécurité sont nécessaires en cas de fuite dans l'une des sondes et par con-30 séquent de rentrée possible du liquide réfrigérant du réacteur dans les sondes de mesuxe0 On peut réduire le nombre des éléments de détection individuelle en les échelonnant dans les sections de mesures parallèles de chaque groupe. II est en outre possible de les espacer davanta-35 ge en face de la fraction de colonne de billes activée dans la partie inférieure du coeur du réacteur que dans le reste de la zone de mesure, car la répartition du flux est généralement beaucoup plus uniforme dans ladite partie inférieure du coeur du réacteur que dans sa partie supérieure, où les barres de réglage 40 s'enfoncent en partie. 70 21526 4 2046770 On peut enfin insérer des soupapes de contre-pression dans les conduites d'évacuation de chaque réservoir afin d'éviter que les colonnes & billes ne se disloquent lors de leur rentrée et de leur sortie» 5 L'invention sera mieux comprise à l'aide de la descrip tion détaillée de plusieurs modes de réalisation pris comme exem-■ pies non limitatifs et illustrés par le dessin schématique annexé, sur lequel s la figure 1 représente un dispositif conforme à ladite 10 invention dans lequel une section de mesure d'activité est affectée en propre à chaque tube de transport5 la figure 2 représente le - groupement de plusieurs tubes de transport en une unité de mesure? la figure 3 représente l'assemblage en groupe de plu-15 sieurs tubes de transport et sections de mesure. La figure 1 ne comporte, pour plus de clarté, qu'un • seul système de mesure, mais on en utilise en pratique plusieurs, en parallèle. Dans le coeur du réacteur 1 pénètre tout d'abord une sonde 2 composée d'un tube extérieur d ' enveloppe 3 et du tube 20 intérieur 4 pour le transport des colonnes de billes. L'espace " compris entre ces tubes 3 et 4 sert à l'amenée de l'air comprimé lorsque l'on extrait les colonnes de billes de la sonde 2. Le tube de transport 4 passe, au-dessus du réacteur 1, devant une section de mesure d'activité 5 composée d'éléments de 25 détection individuelle 6 sous forme de détecteurs à semi^-conduc-teur ou de tubes compteurs G-e i ger-Mîiller. Ce dispositif d'évaluation 5 est par exemple relié, par l'intermédiaire d'un compteur' d'impulsions 7, à un calculateur de processus 8, non- représenté, qui sert à emmagasiner et exploiter les valeurs de mesure. 30 A son extrémité, le tube 4 est relié, en vue du trans port des billes, à un réservoir de gaz comprimé 10, par l'intermédiaire d'une soupape à trois voies 9. Au début de l'opération de mesure, cette soupape 9 occupe une position telle que le gaz com- -primé soit dirigé vers le tube de transport 4 et enfonce les billes 35 dans la sonde 2 du réacteur 10 Elle change de position après 1*activation des billes en sorte que le gaz comprimé afflue par en bas dans le tube de transport 4, à travers la canalisation 12 et l'espace intermédiaire entre le tube d'enveloppe 3 de la sonde 2 et le tube de transport 4 proprement dit, et soulève ainsi les billes 40 hors du coeur du réacteur 10 70 21526 5 2046770 Dans l'exemple considéréj, les colonnes de billes sont amenées par fractions devant le dispositif d'évaluation. La butée 13, placée immédiatement derrière la section de mesure 5 se ferme tout d'abord et arrête de ce fait la colonne de billes sortant du 5 réacteur. Cette même butée 13 s'ouvre après la mesure d'activité de la fraction de colonne de billes qui se trouve devant la section de mesure 5 et la colonne est déplacée par le gaz comprimé jusqu'à la prochaine butée fermée 14, en sorte que la mesure porte ensuite sur la deuxième fraction de colonne» Si la colonne est 10 davantage fractionnée, la butée 14 s'ouvre ensuite et la colonne de billes avance jusqu'à la butée finale 15. La colonne de billes peut rester en cette position jusqu'à la prochaine mesure, mais il est également possible de monter à l'extrémité du tube de transport un tambour-d'emmaga-15 sinage présentant un nombre de conduits de stockage'qui corresponde à celui des tubes de transport. La figure 2 représente l'assemblage en groupe de plusieurs tubes de transport avec mesure par une seule section d'activité, Plusieurs de ces groupes peuvent être disposés en parallèle. 20 Le groupe considéré se compose de trois tubes de transport parallèles 4a, 4b, 4,ç, qui se prolongent d'un côté jusque dans le réacteur 1 et s'achèvent de l'autre en face de la section de mesure 5, commune aux trois tubes, Lesdits tubes comportent, à Une distance du réacteur 1 voisine de la longueur d'une colonne 25 de billes, des "butées de billes 19P20P 21 servant au maintien des colonnes avant et après la mesure. On s'est abstenu de représenter l'amenée d'air comprimé, cela pour simplifier la figuree On procède aux mesures après 1'activation des diverses 30 colonnes de billes dans le coeur du réacteur» Les butées 19s20 et 21 sont d'abord fermées toutes les trois* L'air comprimé appuie alors contre elles les colonnes de billes à partir du bas , et hors -du réacteur . et maintient lesdites colonnes en cette position jusqu'à ce que l'une des trois butées s'ouvre et 35 que la colonne correspondante vienne se placer ainsi devant le dispositif de mesure. Après l'exécution de la mesure, l'air comprimé fait revenir la colonne jusqu'au contact de la butée refermée et l'y maintient jusqu'à la prochaine activation. Dans l'exemple de la figure, la colonne de billes 22 a été' déjà soumise à la 40 mesure et se trouve maintenue au-dessus de la butée 21. La colonne 21526 6 2046770 de "billes 23 du tube de transport 4b est en cours de mesure, tandis que la colonne 24 du tube de transport 4a est maintenue, au-dessus du coeur du réacteur, contre la butée 19 » par en dessous. Une fois la mesure terminée sur la colonne 23, celle-ci est amenée par l'air 5 comprimé jusque contre la butée 20. La butée 19 s'ouvre et la dernière colonne, 24, de ce groupe est amenée à son tour devant la section de mesure d'activité 5« S'il existe par exemple trente sondes en dix groupes parallèles de trois dans un tel dispositif, les mesures peuvent 10 porter à chaque fois sur dix colonnes de billes simultanément0 La figure 3 est relative à l'assemblage en groupe de -plusieurs tubes de transport alimaités en air comprimé par un-même réservoir. S'il existe par exemple quarante sondes, elles sont'réparties en quatre groupes de dix tubes de transport, identiques au 15 seul qui ait été représenté sur la figure. Dans•un tel groupe 259 dix tubes de transport'4 comportant des butées 25, à une distance appropriée du réacteur 19 vont de celui-ci aux sections de mesure d'activité 5. Il est affecté en propre à chaque tube de transport 4 une section de mesure, si bien 20 qu'on en compte en tout dix, branchées en parallèle» On peut ainsi effectuer en parallèle une mesure sur toutes les colonnes de billes d'un même groupe et il faut donc9 dans ce mode de réalisation, quatre mesures pour traiter l'ensemble des quarante colonnes» Dix canalisations d'air comprimé partent de chacun de 25 deux réservoirs 27 et 28 pour assurer le transport des colonnes de billes dans les tubes 4 du groupe 25 § les canalisations 29 mènent directement du réservoir 27 au réacteur, où elles aboutissent à l'extrémité inférieure des tubes de transport 4| les canalisations 30 du réservoir 28 aboutissent à ce même tube 4 en arrière des 30 sections de mesure 5. Pour activer les colonnes de billes, on refoule de l'air comprimé du réservoir 28 de chaque groupe dans les- canalisations 30 en sorte que les billes s'enfoncent dans le réacteur., Après 1'activation, l'air comprimé du réservoir 27 fait revenir les sondes à billes contre les butées 26, puis les amène à leurs dispo-35 sitifs d'évaluation après l'ouverture desdites butées. On peut constater les fuites éventuelles des diverses sondes, du fait que chaque réservoir comporte un hygromètre 31; un manomètre 32 et une soupape à fermeture rapide 33 pour la mise hors circuit du groupe correspondant . Cet arrêt d'un groupe n'empêche 40 cependant pas les trois autres, soit trente sondes au total, de 70 21526 7 2046770 continuer à fonctionnera Pour éviter en outre que les colonnes de billes ne se disloquent lors de leur sortie du réacteur? on peut placer dans la conduite d'évacuation 34 des réservoirs 27 et 28 une soupape de 5 surpression 35 ayant pour effet d'augmenter la pression en avant de la colonne en sorte que les billes ne s'écartent pas les unes des autres. 0n peut aussi réduire le nombre des éléments de détection individuelle dans Inexécution simultanée de la mesure sur plusieurs colonnes de billes en échelonnant lesdits éléments, 10 c'est-à-dire en n'en équipant que les postes pairs 2?4,6 etc. de la première section d© mesure et les postes impairs 1s3s59etc. de la deuxièmeo Le dispositif de mesure ©i-dessus décrit et les billes renfermant du vanadium permettent donc d'effectuer à de courts 15 intervalles de temps des mesures d'activité avec les mêmes billes et de procéder aux mesures sur les diverses colonnes en même temps. Ce dispositif de mesure offre en outre l'avantage de comporter uniquement s comme pièces mécaniques9 une ou plusieurs butées de billes, d'où une grande sûreté de fonctionnement de l'installation,, 70 21526 8 2046770 REVENDICATIONS 1, Dispositif pour la détermination de la répartition du flux neutronique dans la zone de fission d'un réacteur nucléaire à l'aide de sondes activabies à corps solides composé, d'une part, 5 de tubes de transport qui traversent la zone de fission ainsi que la paroi de la cuve du réacteur et renferment des billes activabies alignées librement en colonnes dans ces tubes et déplaçables à l'aide de gaz comprimé pour pénétrer dans la zone de fission et en ressortir ets d'autre part; d!une installation fixe de mesure d'acti-10 vité placée à côté desdits tubes de transport, à l'extérieur de la cuve sous pression du réacteur, dispositif caractérisé par le fait que,pour opérer sur les colonnes de billes activées et au repos, l'installation de mesure se compose d'une ou de plusieurs sections de mesure d'activité placées le long d'un ou de plusieurs des tubes 15 de transport et comportant chacune plus ie tir s éléments de détection individuelle les uns à côté des autres. 20 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les billes sont faites d'un matériau dont les constituants essentiels pour la mesure d'activité présentent une période de 20 radioactivité de quelques minutes seulement0 3o Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fait que le matériau des billes est un alliage de s 0,60 - 0,65 % en poids de cuivre, 14 - 15 $ en poids de chrome, 25 1,2 - 1,4 ^ en poids de vanadium, plus du fer et moins de 0,1^ en poids d'impuretés» 4» Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les éléments de détection individuelle sont des détecteurs à semi-conducteur 0 30 5o Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les éléments de détection individuelle sont des tubes compteurs Geiger-MtOlero 60 Dispositif selon l5une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que,pour permettre d'effectuer si-35 multanément les mesures sur les colonnes de billes, une section de mesure d'activité est affectée en propre à chaque tube de transport d'une telle colonne» 7» Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait qu'une section de mesure d'activité 40 est affectée à plusieurs tubes de transport afin que les mesures 70 21526 9 2046770 s'effectuent successivement sur les diverses colonnes de billes. 8, Dispositif selon l5une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que les tubes de transport sont assemblés en groupes et les sections de mesure d'activité sont en nombre 5 égal à celui des tubes de transport d'un groupe, les mesures sur les colonnes de billes d'un tel groupe s'effectuant simultanément. 9« Dispositif selon l^une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé par le fait que* pour permettre d'effectuer les mesures par fractions de colonnes de billes, des butées de billes 10 sont placées après la section de mesure d'activité à des écarte-ments correspondant à la longueur de celle-ci. 10o Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé par le fait que les colonnes de billes sont emmagasinées directement dans les tubes de transport pendant le temps 15 qui s1 écoull/^cleux activations» Ho Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé par le fait que, pendant le temps qui s'écoule entre deux activations , les colonnes de billes sont emmagasinées dans un tambour comportant plusieurs conduits de stockage affectés 20 aux tubes de transport correspondants et couplables avec ces derniers. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 caractérisé par le fait que les butées de billes sont placées dans les divers tubes de transport à une distance de la partie active du coeur du réacteur égale à la longueur d'une telle 25 colonne, 15. Dispositif selon la revendication 12 caractérisé par le fait que les colonnes de billes sont emmagasinées, dans les tûtes de transport, entre le coeur du réacteur et les butées à billes après 1'activation et avant la mesure, contre ces mêmes butées mais 30 du côté d'exécution de la mesure après celle-ci. 14e Dispositif selon la revendication 8 caractérisé par le fait que, dans chaque groupep les tubes de transport sont reliés à un même réservoir d5 a ir- comprimé « 15o Dispositif selon la revendication 14 caractérisé par 35 le fait que chaque réservoir d'air comprimé comporte un hygromètre, un manomètre et une soupape à fermeture rapide pousr la mise hors circuit du groupe correspondant sc±l vient à présenter un défaut. 16o Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 .à 15 caractérisé par le fait que les éléments de détection indivi-40 duelle de chaque groupe de sections de mesure parallèles sont échelonnés o 70 21526 10 2046770 17o Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 16 caractérisé par le fait que les éléments de détection individuslle/éont plus espacés en face de la fraction de colonne de billes activée dans la partie inférieure du coeur du réacteur que 5 dans le reste de la zone de me sureo 18, Dispositif selon l'une quelconque des revendications 14 ou 15 caractérisé par le fait qu'une soupape de contre-pression est insérée dans la conduite d'évacuation de chaque réservoir0