Brevet FR2105072A1 — publié le 19720428

La sécurité des réacteurs nucléaires exige que tout incident et tout particulièrement toute rupture de la gaine d'un assemblage combustible soit immédiatement décelé et surtout localisé de façon à permettre d'éliminer les assem-5 blages défaillants le plus rapidement possible. On dispose donc généralement dans ces réacteurs un système de détection, qui fonctionne en permanence et signale toute radioactivité anormale, et un système de localisation de l'incident qui est mis en route lorsque celui-ci est 10 signalé et permet de connaître son emplacement. Cette localisation, comme la détection, s'effectue par prélèvement des produits de fission gazeux ou du réfrigérant lui-même et analyse de leur activité. Des tubes de prélèvement et des systèmes de pompage sont donc montés entre chacun des systèmes 15 de détection et de localisation et les assemblages du réacteur, ce qui constitue un ensemble relativement complexe et encombrant. La présente invention a pour but de simplifier le système de sécurité en réalisant un dispositif destiné à permettre la localisation d'une rupture de gaine dans les assemblages com-20 bustibles qui assure en même temps la détection générale, la localisation pouvant de plus être effectuée soit par groupe d*assemblages, soit par assemblage individuel. Les opérations sont ainsi simplifiées et seuls les assemblages défectueux sont éliminés. 25 Cette invention a en effet pour objet un dispositif de localisation d'une rupture de gaine d'assemblage combustible, qui comporte une plaque de répartition des tubes de prélèvement du fluide réfrigérant dans tous les assemblages et, au-dessus de cette plaque, un premier sélecteur traversé par des 3C conduits de mise en communication de plusieurs tubes de prélèvement avec un second sélecteur reliant ces conduits, individuellement ou tous ensemble, à un appareil de mesure, ces deux sélecteurs étant supportés par un bouchon amovible de protection neutro-nique. 35 Le choix des positions des deux sélecteurs permet d'analyser le fluide prélevé dans un nombre déterminé d'assemblages dont l'emplacement est connu, soit en même temps, soit individuellement. 70 34315 2 2105072 Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comporte autour des sélecteurs une enceinte ouverte de mélange du fluide ayant traversé librement la plaque de répartition et dans ladite plaque un tube de prélève-5 ment du fluide de chaque assemblage combustible et des tubes de prélèvement du mélange dans l'enceinte en nombre identique à celui des conduits du premier sélecteur. De la sorte il est possible par un choix judicieux de la position des sélecteurs d'analyser la totalité 10 du fluide prélevé dans tous les assemblages afin de détecter toute rupture de gaine éventuelle ou de localiser une rupture dans un groupe d'assemblages et même dans un assemblage bien déterminé. Dans un tel dispositif, la mesure peut être effec-15 tuée par contrôle de la radioactivité des produits de fission entraînés par le liquide réfrigérant après dégazage de ce liquide. Elle peut également être effectuée par une mesure des neutrons différés entraînés par ce même liquide réfrigérant . 20 En effet, selon une autre caractéristique de l'inven tion, le bouchon amovible supporte un récipient de contrôle des neutrons différés transportés par le réfrigérant liquide prélevé, une pompe de commande de la circulation de ce liquide et un conduit de retour du liquide analysé dans la 25 cuve du réacteur. Il peut également supporter une boîte de dégazage du réfrigérant prélevé, munie d'une canalisation d'arrivée d'un gaz d'entraînement des produits de fission gazeux vers l'appareil de mesure et d'une canalisation de retour du liquide 30 dîans la cuve. L'ensemble du dispositif est supporté par un bouchon amovible placé dans un orifice de fermeture de la cuve du réacteur et est entièrement placé entre ce bouchon et le coeur, ce qui réduit considérablement l'encombrement du 35 dispositif et lui donne une autonomie réelle par rapport au réacteur. La description ci-dessous d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins 70 34315 3 2105072 annexés, fera d'ailleurs apparaître les divers avantages et caractéristiques de l'invention . - .La figure 1- est une vue schématique d'ensemble d'un dispositif de localisation de rupture de gaine . 5 - la figure 2 est une vue à plus grande échelle de l'Bnsemble des systèmes de sélection de ce dispositif . - la figure 3 est une vue à échelle agrandie en coupe suivant la ligne I-I de la figure 2 . - les figures 4, 5 et 6 montrent schématiquement les 10 positions relatives des deux sélecteurs de la figure 2 dans trois modes de fonctionnement différents . - la figure 7 est un schéma du mécanisme de commande des sélecteurs . L'exemple de réalisation représenté concerne un 15 réacteur nucléaire à neutrons rapides, refroidi par un métal liquide, du sodium par exemple, dans lequel le coeur du réacteur est placé à l'intérieur d'une cuve contenant ledit réfrigérant . Il B8t bien évident toutefois quB ceci n'est donné qu'à titre indicatif et que l'invention pourrait également s'appliquer à 20 d'autres types de réacteurs . La dispositif de localisation de rupture de gaine est disposé, comme le montrB la figure 1, à l'intérieur dB la cuve contenant le liquide réfrigérant . Il comporte,en dessous du nivBau de ce liquide,-une plaquB de répartition î dans laquel-25 1b sont fixés des tubes 2 de prélèvement reliés chacun à la sortie d'un assemblage combustible du coeur du réacteur . Au-dessus de cette plaquB 1, un premier sélecteur rotatif 4 comporte un certain nombre de suceurs 6, trois par exemple, prolongés par des conduite 8 fixés à un plateau 10, parallèle à la plaque 1, de 30 support d'un second sélecteur 12 . Ce second sélecteur comporte une pluralité d'orifices qui permettent selon leur position au-dessus des conduits 8 de relier ces derniers soit simultanément, soit alternativement à une canalisation 14 traversant une pompe électromagnétique 16, puis un débitmètre 18, et 35 débouchant dans un réservoir d'analyse 20 . Une canalisation 22 de sortie de ce réservoir 20 débouche dans une boîte de dégazage 24 permettant la séparation du liquide réfrigérant, 70 34315 4 2105072 retournant en 26 à la cuve du réacteur, d'avec les produits de fission gazeux entraînés par ce même réfrigérant. Un gaz neutre, de l^argon par exemple, introduit par une canalisation 28 dans la boîte de dégazage 24 et circulant 5 en sens inverse du liquide entraîne en effet lesdits produits de fission par une canalisation 30 de sortie de cette boîte jusqu'à un pot d'épuration 32 puis à un appareil 34 de mesure de la radioactivité de ces produits de fission. L'ensemble des réservoir d'analyse 20, appareil tO de mesure 34, boîte de dégazage 24, canalisations de gaz 28, 30 et autres appareils est fixé sur un bouchon amovible 40 de fermeture d'un orifice de la paroi supérieure de l'enceinte formant la cuve du réacteur. Ce bouchon supporte également les organes de commande des deux sélecteurs 12 et 4 et, par 15 suite, ces deux sélecteurs eux-mêmes. Dans un réacteur nucléaire du type décrit, le liquide réfrigérant atteint facilement la plaque de répartition 1 et mime le second sélecteur 12 du seul fait de sa pression. 20 Selon la position du sélecteur 4, trois des tubes de prélèvement 2 sont reliés par les suceurs 6 et les conduits 8 au petit sélecteur 12 et par celui-ci au dispositif d'analyse du liquide 20 et à l'appareil d'analyse du gaz 34. Il est ainsi possible en réglant la position de 25 ce second sélecteur 12 de contrôler les trois tubes de prélèvement choisis simultanément ou individuellement et par suite de localiser une rupture de gaine dans un groupe d'assemblages ou dans un assemblage particulier. Les deux sélecteurs sont par ailleurs placés à 30 l'intérieur d'une enceinte 42 fixée sur la plaque de répartition 1 mais ouverte à sa partie supéiieure. Dans cette enceinte débouchent les tubes de prélèvement non prolongés par les suceurs 6 de sorte que le liquide arrivant par tous ces tubes se mélange. Des canalisations 44 en nombre égal à 35 celui des suceurs 6, c'est-à-dire au nombre de trois, qui débouchent dans la plaque de répartition 1 de la même manière que les autres tubes de prélèvement, prélèvent ce mélange liquide vers la partie supérieure de l'enceinte 42. 70 34315 5 2105072 Le dispositif peut ainsi fonctionner comme détecteur gi'nérpl .lorsque les trois suceurs 6 du sélecteur 4 sont en regard des orifices des trois canalisations 44 dans la plaque 1. Le liquida provenant de tous les tubas 2 correspondant aux 5 assemblages combustibles traverse librement la plaque 1 puis se mélange dans l'enceinte 42. Ce mélange est alors prélevé par les canalisations 44 et guidé par les suceurs 6 et les trois conduits B vers trois orifices du petit'sélecteur 12 qui permettent son passage vers les appareils d'analyse 20 10 et 34. Lorsque, comme dans le mode de réalisation représenté, le grand sélecteur comporte trois suceurs 6, les tubes 2 de prélèvement reliés aux canaux du coeur du réacteur ainsi que ceux qui sont reliés aux canalisations 44 sont répartis 15 sur la plaque 1 en trois couronnes coaxiales et les trois suceurs 6 sont placés à des distances différentes de l'axe de l'ensemble de façon à correspondre chacun à l'une de ces couronnes (figure 3). La plaque de répartition 1 est de préférence 20 constituée, ainsi que le montre la figure 2, par une plaque de coeur 1.a, solidaire du coeur du réacteur, dans laquelle sont fixés tous les tubes de prélèvement 2. Cette plaque 1_a est évidée en son centre et supporte une plaque de base 1_b qui est percée d'orific6s correspondant chacun à l'un des 25 tubes de prélèvement 2 et qui est rendue solidaire de la plaque 1_a par des vis 36. L'enceinte de mélange 42 est fixée sur la périphérie de la plaque de coeur 1_a. A l'intérieur de cette enceinte 42 le premier ou grand sélecteur 4 comporte un 30 socle 46, ayant sensiblement la forme d'un triangle dont chacun des sommets est prolongé par l'un des suceurs 6. Des patins, non représentés, permettent le frottement de ces suceurs sur la plaque de base 1_b, tendis aiiur. socle 45 solidaire du socJs 46 et tournant dans un orifice 47 de la plaque 1Jd 35 assure le centrage rigoureux de la rotation. Les trois conduits 8 sont supportés à leur base par le socle 46 et à leur partie supérieure par le plateau 10, lesdits socle et plateau 10 étant reliés par un manchon perforé 48 articulé 70 34315 6 2105072 à ses deux extrémités par des systèmes de cardans 49. Le plateau 10 est de plus supporté par un tube 50 relié à travers le bouchon amovible 40 à un dispositif de commande. Ce tube 50 entoure une tige 51 de commande du petit sélec-5 teur 12 fixée au centre du plateau 52 de celui-ci, plateau qui, ainsi que le montre la figure 3, est prolongé à sa partie inférieure par un axe 53 de centrage dans le plateau 10. Ce plateau 52 est percé de six trous 54 dont trois sont séparés par les mêmes distances que les conduits 0 et peuvent 10 correspondre simultanément chacun à l'un des trois conduits B (fig. 3) afin de permettre le passage de la totalité du fluide prélevé par le grand sélecteur 4 à l'intérieur du tube 50 qui communique avec la canalisation 1.4. Les trois autres trous 54 sont espacés différemment et ne permettent 15 la mise en communication que d'un seul des conduits 8 avec le tube 50 et l'appareil de mesure. A la partie inférieure du plateau 52, c'est-à-dire sur la face de celui-ci qui est en regard du plateau 10, sont pratiquées des rainures radiales 56, également au nombre de 6, qui permettent le 20 retour du fluide arrivant par les conduits 8 à travers un orifice du plateau 10 vers le manchon 48 et la cuve du réacteur. Le tube 50 est placé à l'intérieur d'un fourreau de guidage 59, qui supporte la canalisation 14, et est percé de lumières 58 de communication avec cette canalisation 14 25 en vue de l'évacuation du liquide en direction de la pompe 16 et des appareils de mesure. De part et d'autre de ces lumières 58 le fourreau 59 supporte des joints à labyrinthe 60 qui empêchent la fuite du liquide. Le fourreau 59 est prolongé jusque dans le bouchon 40 30 et permet la libre rotation des tube 50 et tige 51 par rapport à ce bouchon. Lesdits tube 50 et tige 51 sont en effet prolongés au delà de celui-ci et sont commandés depuis l'extérieur du réacteur. La rotation de chacun d'eux est provoquée au moyen d'un vérin 62-63 (fig. 7) qui entraîne un bras 66-67 35 portant un cliquet 68-69 en prise avec les dents d'une roue à rochets 70. Cette roue 7D est solidaire d'un manchon 71 muni à son extrémité inférieure de dents 72 susceptibles de venir en prise avec des dents correspondantes 73 portées 70 34315 7 2105072 par l'extrémité du tube 50 solidaire du premier sélecteur 4 . En dessous de ces dents 73 le tube 50 supporte une jupe 74 terminée par des crabots 82 tandis qu'une couronne 80 solidaire dudit bouchon 40 est munie d'une série d'encoches susceptibles de recevoir 5 ces crabots 82 . D'autre part le tube 5D est solidaire en déplacement vertical de la tige 51 grâce aux butées 78 , cette tige 51 étant reliée au piston 88 d'un vérin de soulèvement 90 . Le manchon 71 comporte également une couronne interne 87 percée d'encoches destinées à coopérer avec une clavette 86, 10 portée par le tige 51, en vue de rendre cette dernière solidaire de la roue 70 . 5ur la figure 7, le vérin 90 est en position basse, la clavette 86 étant en prise avec la couronne 87,relie la tige 51 à la roue 70 . Le tube 50 est en position basse et immobilisé en rotation par les crabots 82 . Le sélecteur 4 est 15 en appui sur la plaque de base 1, les dentures 72 et 73 sont écartées . Le vérin 62 peut donc commander la rotation du sélecteur 12 seul et le changement de position des trous 54 par rapport aux conduits 8 . Par contre lorsque le piston 88 est soulevé, la clavette 86, solidarise la tige 51, et par suite le sélec-20 teur 12, avec la roue 7D, puis la jupe 74 et le tube 50 sont soulevés et reliés au tube 71 par les crabots 72 et 73 . Les crabots 02 sont écartés . Le vérin 63 peut donc commander la rotation simultanée des sélecteurs 4 et 1? . Chaque déplacement d'un vérin 62 ou 63 fait tourner la roue 70 d'un nombre déterminé de 25 dents . Le nombre de dents de cette roue 70 est donc choisi de façon à permettre le balayage de toutes les positions de chacun des sélecteurs . Par exemple, lorsque la plaque de répartition supporte trois couronnes de 42 tubes 2 et le plateau 52 six trous et six rainures,- la roue a 84 dents . Le vérin 63 commande une 30 avance de la roue de sept dents, c'est-à-dire un déplacement du petit sélecteur d'1/l2e de tour, tandis que l'action du vérin 62 provoque une rotation de deux dents, c'est-à-dire d'1/42e de tour . 70 34315 a 2105072 Pour plus de sécurité, des mini-rupteurs de fin de course 92-93 sont placés à chaque extrémité du déplacement des bras 66-67 ainsi que dans les positions haute et basse de la jupe 74. 5 Cette commande permet la rotation de l'un ou l'autre des sélecteurs 4 et 12 lorsque l'autre est immobilisé, mais permet également leur déplacement simultané lorsqu'ils sont soulevés tous les deux grâce à 1'engrènement d'une part des dents 72 et 73 et, d'autre part, de la clavette 86 et de 10 la couronne 87. Selon la position des deux sélecteurs, le dispositif peut fonctionner de trois manières différentes, représentées respectivement sur les figures 4, 5 et 6. Sur la figure 4, il fonctionne comme un détecteur. 15 Les suceurs 6 du sélecteur 4 sont reliés chacun à l'une des canalisations 44 tandis que les conduits 8 sont tous les trois mis en communication avec des orifices 54 du sélecteur 12. La totalité du fluide prélevé par les tubes 2 reliés aux canaux du réacteur traverse donc la plaque de répartition 1 20 pour pénétrer dans l'enceinte 42 puis uns partie du mélange mntënu dans cette chambre est lui-même prélevé par les canalisations 44 pour être conduit aux suceurs .6 et, à travers le sélecteur 12, à la canalisation 14, c'est-à-dire successivement à l'appareil d'analyse 20, à la boîte de dégazage 24 et à l'appareil 25 de mesure 34. L'existance d'une fuite, c'est-à-dire d'une rupture de la gaine d'un assemblage combustible, en un point quelconque du réacteur, est signalée mais elle doit ensuite être localisée. Cette localisation peut facilement être obtenue en plaçant les sélecteurs dans la position de la 30 figure 5 ou dans celle de la figure 6. La figure 5 montre en effet le dispositif en position de localisation par groupe d'assemblages. Dans ce cas, le sélecteur 4 est relié à trois tubes 2 de prélèvement correspondant chacun à un canal d'assemblage combustible. 35 Le sélecteur 12 reste par contre dans la même position que sur la figure 4, c'est-à-dire qu'il permet le passage de la totalité du fluide prélevé par le premier sélecteur en direction 70 34315 2105072 9 des appareils d'analyse 20 et 34. Toute activité anormale décelée par l'un ou l'autre de ces appareils provient donc de l'un deB -trois assemblages contr81és, c'est-à-dire d'un emplacement relativement restreint. 5 La localisation précise est, ell^ assurée par le déplacement du sélecteur 12 dans la position représentée sur la figure 6 où il relie deux des conduits B au retour vers la cuve,tandis qu'un seul orifice 54 met en communication le troisième conduit 8 avec la canalisation 14 conduisant 1D aux appareils d'analyse. Un seul assemblage bien déterminé est donc contr81é et la rupture de^aine est localisée avec précision. L'ensemble du dispositif mécanique d'entraînement et des sélecteurs est porté par le bouchon amovible 40 et 15 peut par suite Être déplacé en même temps que celui-ci. Une jupe perforée 94 (figure 1) est fixée en dessous du bouchon amovible et entoure l'ensemble des sélecteurs et des circuits de liquide et de gaz. Cette jupe non seulement assure la protection de ces organes, mais permet de plus le centrage de 20 1» ensemble lors de sa mise en place dans le réacteur. Le dispositif permet donc une localisation précise d'une rupture de gaine éventuelle mais il peut également assurer en fonctionnement normal une détection permanente de tout accident sur l'un ou l'autre des assemblages combustibles. 25 Le passage d'une fonction à l'autre se fa± simplement par un déplacement de l'un ou des deux sélecteurs ce qui peut être très rapide. Même en l'absence d'activité anormale,une surveillance par groupe d'assemblages ou par assemblage est de préférence effectuée périodiquement. Un contrôle très précis 30 et très complet est de plus obtenu grâce à la double analyse du liquide et des produits de fission gazeux entraînés par celui—ci. Le danger d'accident est par suite très limité et cependant les opérations nécessaires à la sécurité : détection et localisation, sont peu nombreuses. 35 Par ailleurs, aucun système de pompage à la sortie des canaux contenant les assemblages combustibles n'est nécessaire. La seule pression dynamique du liquide réfrigérant suffit à amener celui-ci dans le dispositif. Ce dispositif 70 34315 2105072 10 est entièrement placé entre le coeur du réacteur et la dalle de fermeture. Il est donc facile à protéger, possède une autonomie très complète par rapport audit réacteur et peut facilement être démonté. 5 Bien entendu, diverses modifications pourraient être apportées au mode de réalisation qui vient d'être décrit, sans sortir du cadre de l'invention» Par exemple, le nombre de suceurs ou celui des trous et rainures du sélecteur 12 pourrait varier. 70 34315 n 2105072 REVENDICATIONS 1) Dispositif de détection et délocalisation d'une rupture de gaine d'assemblage combustible, qui comporte une plaque de répartition des tubes de prélèvement du fluide réfrigérant dans tous les assemblages et, au-dessus de cette plaque, un premier 5 sélecteur traversé par des conduits de mise en communication de plusieurs tubes de prélèvement avec un second sélecteur reliant ces conduits, individuellement ou tous ensemble, à un appareil de mesure, ces deux sélecteurs étant supportés par un bouchon amovible de protection neutronique. 10 2) Dispositif suivant la revendication 1, qui comporte autour des sélecteurs une enceinte ouverte de mélange du fluide ayant traversé librement la plaque de répartition et dans ladite plaque un tube de prélèvement du fluide de chaque assemblage combustible et des tubes de prélèvement du mélange 15 dans l'enceinte, en nombre identique à celui des conduits du premier sélecteur. 3) Dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2, danB lequel les tubes de prélèvement sont disposés sur la plaque de répartition selon trois couronnes coaxiales et 20 le sélecteur comporte trois conduits de mise en communication de trois tubes de prélèvement avec le petit sélecteur. 4) Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le bouchon amovible supporte un récipient de contrôle des neutrons différés transportés par le réfrigérant 25 liquide prélevé, une pompe de commande de la circulation de ce liquide et un conduit de retour du liquide analysé dans la cuve du réacteur. 5) Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le bouchon amovible supporte, une boîte de dégazage S] du réfrigérant prélevé, munie d'une canalisation d'arrivée d'un gaz d'entraînement des produits de fission gazeux vers l'appareil de mesure et d'une canalisation de retour du liquide dans la cuve. 6) Dispositif suivant l'une des revendications 3 à 5, 35 dans lequel le second sélecteur comporte six trous, trois trous de mise en communication simultanée des trois conduits du premier sélecteur avec les appareils de mesure et trois 70 34315 12 2105072 trous de mise en communication individuelle de chacun de ces conduits avec lesdits appareils, et, en regard du premier sélecteur, dBS rainures radiales de retour vers la cuve du fluide prélevé. 7) Dispositif suivant l'une des revendication 1 à 6, qui comporte un tube de commande solidaire de la partie supérieure du premier sélecteur, qui entoure le second sélecteur et dans lequel ouvre une canalisation de guidage du fluide prélevé vers les appareils d'analyse. B) Dispositif suivant l'une des revendication 1 à 7, qui comporte une roue à rochets entraînée par l'un ou l'autre de deux vérins ayant des courses différentes et des moyens escamotables de liaison de cette roue avec chacun des sélecteurs. 9) Dispositif suivant la revendication B, qui comporte des moyens de soulèvement individuel de chacun des sélecteurs en vue-de son dégagement de son appui et de sa solidariation avec la roue d'entraînement en rotation.