Brevet FR2105071A1 — publié le 19720428

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de détection et de localisation de ruptures de gaines pour réacteur nucléaire refroidi par circulation d'un liquide, et notamment pour réacteur nucléaire refroidi par ci:cjiat.ion 5 ascendante de sodium fondu. Pour des raisons de sécurité évidentes.-, il est nécessaire de détecter, puis de localiser le plus rapidement possible les ruptures de gaines qui donnent lieu à échappement de produits de fission dans le réfrigérant. Cette localisation 10 des ruptures de gaines est compliquée dans les réacteurs refroidis par liquide et ne comportant pas de tubes de guidage ou tubes de force, par le mélange du liquide en provenance des divers assemblages de combustible à la sortie de ceux-ci. Dans le cas de tels réacteurs, une solution consiste à prélever, à 15 la sortie de chaque assemblage, une faible partie du débit de liquide qui a traversé ce dernier, à mélanger ce prélèvement avec un gaz porteur dans lequel passe une partie des produits de fission gazeux, à séparer ce gaz et à l'analyser. Le gaz devenant radioactif au contact du liquide pollué, un assemblage 20 présentant une gaine défectueuse est révélé par l'activité du gaz provenant du prélèvement correspondant. On peut envisager l'emploi d'une pompe unique de prélèvement mécanique, ou électromagnétique si le liquide est conducteur, qu'un commutateur permet d'alimenter successivement à partir de tous les assea-25 blages du coeur. Cette solution soulève de graves difficultés liées à la difficulté de réaliser un commutateur de prélèvements liquides fonctionnant dans les conditions auxquelles il est soumis. De plus, si la pompe est mécanique, ses parties mobiles sont fragiles. 30 La présente invention vise à éliminer les inconvé nients ci-dessus. Dans ce but, elle propose un procédé de localisation de ruptures de gaines suivant lequel on infecte, dans le dispositif de prélèvement relatif à chacun des assemblages à son tour, un gaz sous une pression supëi ieu..e â celle 35 du liquide à la so;ue de l'assemblage pour créer une ému 1 s ion, on recueille 11 émuis ion à un niveau supérieur, on en sépare le gaz et on analyse celui-ci. 70 34314 2 2105071 L'invention propose également un dispositif de localisation de ruptures de gaines pour réacteur nucléaire refroidi par circulation ascendante de réfrigérant liquide, comprenant une source de gaz sous une pression légèrement supérieure à la 5 pression du liquide à la sortie des assemblages, des dispositifs émulseurs associés chacun à un assemblage et placés au-dessus de ceux-ci, un distributeur permettant d'alimenter successivement chacun des émulseurs à partir de la source, un bac collecteur relié auxdits émulseurs et dans lequel s'effectue la 10 séparation du gaz et du liquide, et une installation d'analyse de gaz reliée au bac collecteur. Il va sans dire que l'on peut so:.t jtill.nor une installation d'analyse unique et un distributeur unique pour surveiller tous les assemblages d'un réacteur, soit prévoir plusieurs 15 installations indépendantes associées chacune à une fraction des assemblages. On voit que 1'invention fait disparaître les inconvénients du dispositif qui a été décrit plus haut: l'extrême simplicité de construction de l'émulseur permet d'en utiliser 20 un par assemblage, ce qui élimine tout distributeur sur le circuit de liquide Me distributeur placé sur le circuit de gaz inactif à la. température ambiante travaillant dans des conditions beajcojp moins dures, étant beaucoup moins susceptible de pannes et étant placé en général hors de l'enceinte du 25 réacteur). Le gaz est intimement mélangé au liquide lors de la détente qui assure le pompage, ce qui autorise une installation d'analyse moins sensible, donc moins coûteuse. L'intention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un dispositif constituant un mode de 30 mise en oeuvre de celle-ci, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels: - la Fig. L est un schéma de principe très simplifié du dispositif, destiné à la localisation des ruptures de gaines 35 d'un réacteur S neutrons rapides refroidi par circulation de sodium liquide une fraction seulement des assemblages étant représentée;; - la Fig. 2 montre très schématiquement, en coupe suivant un plan vertical, une partie de l'installation associée 40 à un assemblage; 70 34314 3 2105071 - la Fig. 3 montre très schématiquement une variante de réalisation. Le dispositif de localisation dont le schéma est donné en Fig.' 1 comporte une source 10 de gaz (argon par 5 exemple) sous une pression légèrement supérieure à la pression P^ du réfrigérant (sodium liquide) à la sortie des assemblages 12. Un distributeur 14 permet de relier à la source 10 l'un quelconque des tuyaux 16 reliés chacun à une pompe à émulsion associée à l'un des assemblages 12. Le terme 10 "assemblage" peut évidemment désigner tout aussi bien un groupe de crayons de combustible dans une même enveloppe qu'un élément combustible unique. L'émulsion provenant de celle des pompes qui est alimentée en gaz remonte dans un bac collecteur et dégazeur 18 15 par un tube vertical 20 (un tube 20 étant prévu pour chaque assemblage 12). Le niveau du bac 18 au-dessus de la surface libre 22 du .sodium est choisi tel qu'il s'y établisse une séparation entre le sodium liquide, qui revient à la masse de sodium du coeur par les tubes 20 non alimentés en émulsion, et 20 le gaz. Le fait de renvoyer le sodium du bac dégazeur par les tubes 20 non alimentés en émulsion pourrait avoir l'inconvénient de polluer ces tubes avec du sodium chargé de produits de fission par leur passage dans le tube correspondant à l'assemblage défectueux. Il pourrait en résulta: une légère 25 difficulté de détection de signal. On peut envisager la solution illustrée en Fig. 3 qui consiste à ramener le sodium du bac de dégazage 18 au réacteur par un tube spécial 20' prévu à cet effet, placé plus bas que les autres. Ce gaz est aspiré par une pompe 24 qui l'envoie à une installation d'analyse 26. 30 Pour plus de clarté, on a indiqué par des flèches en traits pleins sur la Fig. 1 les trajets de circulation du gaz, de 1'émulsion et du réfrigérant en retour du bac 18, et par des flèches en tirets la circulation normale du sodium réfrigérant. Le principe du fonctionnement de la pompe à émulsion 35 est le suivant: le gaz injecté à la base d'un tube vertical 20 à la pression P crée une émulsion dont la densité moyenne est plus faible que celle du réfrigérant liquide. Cette émulsion 70 34314 4 2105071 remonte dans le tube 20 et atteint un niveau supérieur à celui de la surface. Le débit gazeux nécessaire au fonctionnement de la pompe étant faible par rapport au débit liquide totale qui parcourt chaque assemblage, il suffit de tuyaux d'alimenta-5 tion 16 de faible section. Le volume du bac 18 est évidemment choisi pour que la durée nécessaire au contrôle d'un assemblage reste dans des limites raisonnables. Pour un analyseur 26 prévu pour fournir une indication lorsqu1 il reçoit un débit total de l'ordre de 0,1 à 0,2 1/s en provenance d'un assemblage 12, 10 on peut adopter pour le bac dégazeur un volume de l'ordre de 30 1. La Fig. 2 montre une pompe à émulsion utilisable . dans l'installation illustrée en Fig. 1, où elle est associée à un assemblage 12. La sortie de l'assemblage 12 est placée 15 au droit d'un passage 30 évasé vers le haut, de forme générale tronconique, ménagé dans la plaque 32 couvercle de coeur. Le diffuseur de la pompe est constitué par un cône 34 perforé, inséré dans un alésage 38 d'une plaque 36 qui joue un double rôle: d'une part la plaque 36 sert de support aux tubes 20, 20 d'autre part elle délimite avec les cônes 3 4 des chambres 40 de répartition de gaz. C'est dans ces chambres que débouchent les tuyaux 16. Tous les assemblages 12 d'un réacteur nucléaire ne sont pas parcourus par le même débit de sodium (les pressions 25 dynamiques diminuant lorsqu'on passe du centre à la périphérie, d'un facteur qui est fréquemment de l'ordre de 2). Pour tenir compte de ce fait, le cône 34 est prolongé par un embout inférieur 42 dont l'extrémité est obturée et dont la paroi latérale est percée de fentes ou d'orifices 44 dont la dimension est 30 suffisante pour éviter leur obturation par les impuretés. Par ce procédé, le liquide admis au cône 34 sera à la même pression dans tous les tubes, cette pression étant la hauteur du sodium dans la cuve du réacteur. En conséquence, pour un réacteur donné, toutes les pompes à émulsion seront 35 identiques. Les embouts 42 doivent évidemment pénétrer dans les passages 30 assez profondément pour que chaque diffuseur ne collecte que du sodium provenant de l'assemblage 12 à 70 34314 5 2105071 contrôler. La forme évasée des passages compense la réduction de section due à l'introduction de l'embout 42 et évite l'accroissement de vitesse que provoquerait cette réduction. Dans le bac 18, de forme plate, sont placées, face à 5 chaque tube 20 et au niveau 28, des plaques brise-jet 46 (Fig.2) destinées à favoriser la séparation du gaz et du liquide et à limiter localement son niveau. La pompe à gaz 24 et l'installation d'analyse 26 placées hors de l'enceinte 48 de protection du réacteur sont reliées au bac par une conduite 50. 10 On peut noter à titre d'exemple les données numériques ci-dessous qui sont celles d'un dispositif destiné à un réacteur à neutrons rapides de 250 MWe, dont la température de sortie des assemblages en régime normal est 833°K: - diamètre intérieur du tube 20 : 25 mm 15 - diamètre intérieur de l'embout 42 : 16 mm -pression P^ du gaz dans l'ëmulseur :1,175 bar - débit de sodium dans la pompe :0,28 1/s - débit de gaz dans l'émulseur à la pression P^ et à la température de fonction- 20 nement normal :0,45 1/s - débit de gaz à la sortie du tube 20 :0,53 1/s - vitesse de 1'émulsion au milieu du tube 20 : 2 m/s - proportion de gaz en volume au milieu 25 du tube 20 : 0,5 - rendement de la pompe : 0,45 - rapport d'émersion : x/H = 1,8 Le rapport d'émersion doit évidemment être choisi à une valeur telle que le niveau de 1'émulsion ne descende pas 30 au-dessous du bac 18. La valeur de 1,8 choisie ci-dessus tient compte de ce fait, dont l'importance apparaît, si l'on se souvient que pour le réacteur donné ci-dessus la température de sortie des assemblages à l'arrêt (qui correspond au niveau 28 minimum) est de 453°K, alors que cette même température 35 est de 833°K en fonctionnement. Les avantages principaux apportés par l'invention ressortent de la description qui précède: la construction du 70 34314 6 2105071 dispositif est très simple et le risque de pannes est très réduit (pompes sans pièces mobiles, distributeur de commutation placé sur le circuit de gaz); la sensibilité est accrue par le mélange intime du gaz et du liquide lors de la formation de 1"émulsion. L'emploi de pompes à embout permet d'utiliser des diffuseurs standard pour toute l'installation. 70 34314 7 2105071 REVENDICATIONS 1°/ Procédé de localisation de ruptures de gaines pour réacteur nucléaire refroidi par circulation ascendante de liquide, fcaractérisé en ce que l'on injecte, à la sortie 5 de chacun des assemblages à son tour, un gaz sous une pression légèrement supérieure à celle du liquide à la sortie de l'assemblage pour créer une émulsion entraînant par pompage une fraction de débit de sortie de l'assemblage, on recueille 1*émulsion à un niveau supérieur à celui de ladite sortie, 10 on en sépare le gaz et on analyse celui-ci pour y détecter la présence de produits radioactifs. 2°/ Dispositif de localisation de ruptures de gaines pour réacteur nucléaire refroidi par circulation ascendante de réfrigérant liquide, caractérisé en ce qu'il comprend une 15 source de gaz sous une pression supérieure à la pression du liquide à la sortie des assemblages, des pompes à émulsion associées chacune à un assemblage et placées au-dessus de ceux-ci, un distributeur permettant d'alimenter en gaz successivement chacune des pompes à émulsion à partir de la source, un 20 bac collecteur relié aux dites pompes à émulsion et dans lequel s'effectue la séparation du gaz et du liquide, et une installation d'analyse de gaz reliée au bac collecteur. 3°/ Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que chaque pompe à émulsion comprend un tube 25 vertical dont la partie inférieure se termine au-dessus d'un assemblage et dont la paroi latérale est percée à proximité dudit assemblage de trous d'entrée dudit gaz à partir d'une chambre délimitée par ledit tube et une plaque support. 4°/ Dispositif suivant la revendication 3, carac-30 térisé en ce que lesdits trous sont pratiqués dans une portion du tube vertical de forme conique et qui délimite la chambre d'entrée de gaz avec la paroi d'un alésage de ladite plaque. 5°/ Dispositif suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la partie inférieure dudit tube au-35 dessous des trous est constituée par un embout de diamètre plus faible que celui parcouru par 1'émulsion, muni de fentes ou d'orifices d'entrée de réfrigérant provenant de l'assemblage associé. 70 34314 8 2105071 6°/ Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'eitibout pénètre partiellement dans un passage évasé vers le haut, ménagé dans une plaque placée au-dessus des assemblages. 5 7°/ Dispositif suivant l'une quelconque des reven dications 3 à 6, caractérisé en ce que le bac collecteur est de forme plate et placé à un niveau tel que la surface de 1'émulsion s'établisse dans le bac. 8°/ Dispositif suivant l'une quelconque des reven-10 dications 3 à 7, caractérisé en ce que des plaques brise-jet sont placées dans le bac au droit de chacun desdits dispositifs émulseurs. 9°/ Dispositif suivant l'une quelconque des revendication 2 à 8, caractérisé en ce que le bac collecteur est 15 relié par une canalisation de sortie unique à l'installation d'analyse de gaz, placée hors de l'enceinte de protection du réacteur.