Brevet FR2112077A1 — publié le 19720616

La présente invention concerne un dispositif qui permet à la fois la détection d'une rupture de gaine d'assemblage combustible d'un réacteur nucléaire et la localisation précise du ou des assemblages défectueux. 5 La rupture de la gaine d'un ou de plusieurs assemblages combustibles risque de provoquer des accidents extrêmement graves; c'est pourquoi les réacteurs sont d'une façon générale munis d'un dispositif destiné à permettre de surveiller constamment le coeur du réacteur et 10 de déceler immédiatement toute activité anormale dans l'un ou l'autre des canaux. A ce dispositif de détection est ajouté un second dispositif permettant de localiser avec précision les assemblages défectueux grâce à des pompages successifs au droit de chaque assemblage et à la mesure de 15 l'activité du réfrigérant recueilli, ou éventuellement à l'extraction des produits de fission gazeux entraînés par ce réfrigérant et à l'analyse de ces produits. Ces deux dispositifs comprennent donc chacun des systèmes de pompage et éventuellement un sélecteur permettant de choisir les 20 canaux d'assemblages combustibles dans lesquels sont effectués les prélèvements. Ils sont par suite complexes et relativement encombrants à la fois à 11 intérieur de la cuve du réacteur et à l'extérieur de celle-ci. La présente invention a pour but de simplifier 25 la réalisation des réacteurs en réalisant un dispositif qui permet d'assurer à la fois la détection et la localisation précise et qui de plus n'utilise ni système de pompage ni sélecteur mécanique. Cette invention a pour objet un dispositif de 30 détection et de localisation d'une rupture de gaine d'un assemblage combustible dans un réacteur nucléaire refroidi par un liquide sous pression, qui comporte un faisceau de tubes de prélèvement du réfrigérant et de guidage chacun du réfrigérant sortant d'un canal d'assemblages combustibles, 35 sous l'effet de sa propre pression, vers un système de dégazage et d'extraction des produits de fission gazeux, monté à son extrémité, ces tubes étant disposés selon lin réseau régulier formant des lignes et des rangées entrecroisées , un sélecteur de prélèvement matériel permettant de 40 sélectionner les produits de fission issus d'une même ligne 70 34316 2 2112077 ou d'une même rangée. Suivant une première variante de réalisation ledit sélecteur est disposé sur le circuit de prélèvement et Œ>mporte une première série de collecteurs partiels pour les produits de 5 fission gazeux extraits dans tous les systèmes de dégazage d'une même ligne, une seconde série de collecteurs partiels pour les produits de fission gazeux extraits dans tous les systèmes de dégazage d'une même rangée, une vanne de fermeture de chaque collecteur partiel, un collecteur général relié à tous les colla'^ 10 teurs partiels en aval des vannes et un appareil d'analyse des produits de fission recueillis par ce collecteur général. La commande des vannes de fermeture des collecteurs partiels permet de relier au collecteur général soit la totalité des tubes de prélèvement, soit seulement ceux d'une 15 même ligne ou d'une même rangée. La détection d'un incident et même une première localisation de celui-ci peuvent ainsi être effectuées rapidement. La localisation précise est également facile à obtenir puisque chaque tube se trouve au croisement d'une ligne et d'une rangée et est par suite relié 20 à deux collecteurs partiels bien déterminés. Les vannes sont d'ailleurs les seuls éléments de commande puisque la pression du réfrigérant suffit à son élévation et qu'aucun moyen de pompage n'est utilisé. L'encombrement et le coût de ce dispositif sont 25 par suite extrêmement réduits par rapport à ceux des dispositifs antérieurs. Suivant une seconde variante de réalisation ledit sélecteur est disposé sur le circuit d'injection d'argon, les sorties de tous les systèmes de dégazage sont reliés directement 20 au collecteur général. L'injection de gaz, successivement dans les systèmes de dégazage d'une ligne ou d'une rangée, permet d'entraîner dans le collecteur général les produits de fission issus deâ systèmes de dégazage de cette ligne ou de cette rangée. 35 La description ci-dessous d'un mode de réalisation de la première variante, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté schématiquement en coupe longitudinale sur' la figure unique du dessin, annexé, fera d'ailleurs apparaître les divers avantages et caractéristiques de cette invention. bad original 1 70 34316 3 2112077 Ce mode de réalisation concerne un dispositif tout particulièrement adapté aux réacteurs nucléaires comportant une cuve contenant le coeur du réacteur et remplie d'un réfrigérant liquide destiné à parcourir les canaux de ce 5 coeur qui contiennent les assemblages combustibles. Une telle cuve est d'une façon générale entourée par une protection neutronique 1 et le dispositif de détection et de localisation de l'invention est supporté par un élément de protection neutronique 2 destiné à constituer un bouchon amovible 10 de fermeture de l'orifice par lequel il est introduit. Ce bouchon 2 est en effet solidaire d'une virole cylindrique 3 qui pénètre à l'intérieur de la cuve du réacteur et entoure en dessous du niveau du liquide réfrigérant un réseau de tubes 4 de prélèvement du réfrigérant dans chacun des 15 canaux contenant les assemblages combustibles. Ces tubes 4 sont maintenus à 1'intérieur de la virole 3 par des plaques d'entretoise 6 assurant leur disposition selon un réseau régulier, à pas carré de préférence, qui forme des lignes et des rangées entrecroisées. A leur extrémité inférieure ils 20 sont fixés dans une plaque de répartition (non représentée) qui vient reposer sur une plaque de coeur fixée à l'extrémité de prolongements des canaux du réacteur. Ces deux plaques sont rigoureusement centrées l'une sur l'autre par exemple par des pions mais ne sont pas rigidement fixées l'une à 25 l'autre et peuvent par suite être séparées par simple soulèvement du bouchon 2. A leur extrémité opposée à la plaque de répartition chacun des tubes 4 débouche à l'intérieur d'un système de dégazage constitué par exemple par une boîte 8 ouverte à sa 30 partie inférieure, qui entoure l'extrémité dudit tube 4 et comporte autour de celui-ci des chicanes 10. Une canalisation 12 d'alimentation en gaz neutre, de l'argon par exemple, débouche dans la boîte 8 en dessous des chicanes 10 de telle sorte que le gaz introduit circule dans lesdites chicanes 10 35 en sens inverse du liquide réfrigérant sortant des tubes 4 et se dirigeant vers l'ouverture inférieure de la boîte. Le gaz neutre entraîne les produits de fission gazeux contenus dans le liquide réfrigérant et quitte avec eux la boîte 8 à la partie supérieure de celle-ci par un ajutage 14. 70 34316 4 2112077 Chaque ajutage 14 est relié à deux collecteurs partiels 16 et 18, un collecteur 16 recueillant les produits de fission provenant de toutes les boîtes 8 placées sur la même ligne de tubes 4 et un collecteur 18 recueillant les produits de fission issus de toutes les boîtes 8 placées sur les tubes 4 d'une même rangée. Le collecteur 16 comme le collecteur 18 est prolongé à travers le bouchon 2 et relié à l'extérieur de celui-ci à un collecteur général 20. Une vanne 22 disposée en amont de ce collecteur 20 permet la fermeture de chaque collecteur partiel 16, 18. De même, la canalisation 12 d'alimentation en argon est reliée par une canalisation générale 24 d'entrée du gaz neutre, canalisation 24 qui est reliée à l'extérieur du bouchon 2 à une source de gaz, non représentée, et à l'intérieur de la cuve" aux canalisations 12 d'alimentation de toutes les boîtes de dégazage ou simplement à celles d'une même ligne ou d'une même rangée. La pression du réfrigérant dans les canaux du réacteur étant supérieure à celle du même réfrigérant dans la cuve, ce réfrigérant s'élève facilement sans qu'aucun système particulier de pompage ne soit nécessaire, sous le seul effet de sa pression, dans les tubes 4 qui le guident vers la boîte de dégazage 8. Il monte ainsi jusqu'à un niveau supérieur à celui de la cuve et même légèrement supérieur à l'extrémité des tubes 4. Comme seuls les produits de fission doivent être analysés, le circuit du liquide réfrigérant s'arrête en ce point et le liquide dégazé retourne dans la cuve. Le dispositif peut être utilisé pour la détection d'une activité anormale en une portion quelconque du.réacteur en reliant le collecteur général 20 soit à l'ensemble des collecteurs 16 ou 18, ce qui correspond à l'ouverture de toutes les vannes 22, soit successivement à chacun d'eux, par ouverture et fermeture successives de chaque vanne 22. Les canaux du coeur sont alors surveillés soit tous ensemble, soit par groupes correspondants à une ligne ou à une rangée de tubes 4. Lorsqu'une activité anormale est ainsi décelée, la ligne, ou la rangée, de tubes 4 sur laquelle se trouvent les 70 34316 5 2112077 assemblages défectueux, est rapidement connue. Une ouverture successive des vannes 22 de chaque ligne 16 permet par.exemple de déterminer que l'incident s'est produit dans l'un des canaux reliés à la ligne du collecteur 16a. Les vannes 22 5 correspondant au collecteur 18 des rangées de tubes qui croisent cette ligne 16a sont alors ouvertes successivement une à une de façon à permettre l'analyse des produits correspondant à chacune de ces rangées. Chacune de ces analyses correspond à un prélèvement dans un seul des tubes 10 de la ligne 16a puisque chaque boîte 8 est reliée à deux collecteurs différents. Par suite lorsque les produits recueillis par le collecteur 18 de rangée pcissèdent eux aussi une activité anormale le point de croisement des deux collecteurs est facilement connu et le canal contenant l'assemblage 15 défectueux est déterminé avec précision. On constate que malgré l'absence de système de pompage, le temps nécessaire pôur que les produits de fission, entraînés successivement par le liquide réfrigérant puis par l'argon d'entraînement, arrivent jusqu'à l'appareil d'analyse est extrêmement court. 20 Des produits de fission à vie très courte,"de l'ordre d'une minute, ont par exemple pu être décelés. Il est ensuite facile de vérifier la présence des produits ayant des périodes de vie plus longues et de caractériser ainsi la rupture de la gaine. Lorsque seuls les produits de fission à vie" courte 25 présentent un intérêt, l'argon frais introduit par les canalisations 24 et 12 dans les boîtes de dégazage 8 peut être remplacé par l'argon, ou autre gaz neutre, de couverture contenu H l'intérieur de in eu/a au-dessus du niveau .du liquide réfrigérant. Cet argon contient toutefois souvent 30 des produits de fission ë "le longue qui risque de fausser 11 analyse. Dans certains ::?.p, égaleir.-ïnt, pour simplifier encore le circuit à l'extérieur de la cuve du réacteur, les vannes 22 et le collecteur général 20 peuvent être placés 35 à l'intérieur de celle-ci, entre les boîtes de dégazage 8 et le bouchon 2. Ce dernier est alors traversé simplement par le collecteur général 20 qui est relié à un appareil de mesure placé à l'extérieur ou dans le bouchon lui-même. eac origine 70 34316 6 2112077 Quel que soit soin, mode de" réalisation le dispositif est peu encombrant puisqu'il ne possède aucun organe mécanique, sélecteur ou pompe, et que le circuit de liquide réfrigérant est extrêmement court. Cette simplicité de réalisation réduit 5 en outre le coût de 1'installation. Diverses modifications pourraient bien' entendu être apportées au mode de réalisation qui vient d'être décrit, sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, les canalisations d'introduction de l'argon pourraient être munies 10 de vannes fonctionnant de la même manière et en- même' temps que les vannes 22 de commande des collecteurs partiels. 70 34316 7 2112077 REVENDICATIONS 1°/ Dispositif de détection et de localisation d'une rupture de gaine d'un assemblage combustible dans un réacteur nucléaire refroidi par un liquide sous pression, qui comporte un faisceau de tubes de prélèvement du réfrigérant et de guidage chacun du réfrigérant sortant d'un canal d'assemblages combustibles, sous l'effet de sa propre pression, vers un système de dégazage et d'extraction des produits de fission gazeux, monté à son extrémité, ces tubes étant disposés selon un réseau régulier formant des lignes et des rangées entrecroisées, un sélecteur de prélèvement matériel permettant de sélectionner les produits de fission issus d'une même ligne ou d'une même colonne. 2°) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit sélecteur est disposé sur le circuit de prélèvement et comporte une première série de collecteurs partiels pour les produits de fission gazeux extraits dans tous les systèmes de dégazage d'une même ligne, une seconde série de collecteurs partiels pour les produits de fission gazeux extraits dans tous les systèmes de dégazage d'une même rangée, une vanne de fermeture de chaque collecteur partiel, un collecteur général relié à tous les collecteurs partiels en aval des vannes et un appareil d'analyse des produits de fission recueillis par ce collecteur général. 3°) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit sélecteur est disposé sur le circuit d'injection d'argon, les sorties de tous les systèmes de dégazage sont reliés directement au collecteur général. 4°) Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par des moyens pour entraîner les produits de fission à 11 aide de gaz prélevé dans une couverture gazeise située au-dessus dudit liquide. 5°) Dispositif suivant la revendication 1, qui comporte une virole entourant les tubes de prélèvement et solidaire d'un bouchon amovible de support des collecteurs et de l'appareil d'analyse et de positionnement dans le réacteur. ,/ 70 34316 8 2112077 6°) Dispositif suivant la revendication 1, 2 ou 5, dans lequel le collecteur général et les vannes de fermeture des collecteurs partiels sont placés à l'extérieur du bouchon. 7°) Dispositif suivant la revendication 2, dans 5 lequel le collecteur général et les vannes- de fermeture des collecteurs partiels sont disposés entre, -le bouchon et lesdits collecteurs partiels. 1 à 7, dans lequel le système de dégazage comporte une boîte 10 dont le fond est ouvert en vue de l'évacuation du liquide, montée autour de l'extrémité d'un tube de prélèvement dudit liquide, des chicanes de séparation du liquide et des gaz entre cette boite et le tube, une canalisation d'arrivée de gaz d'entraînement débouchant en dessous 15 des chicanes et voie sortie dudit gaz et des produits de fission à la partie supérieure de ladite boîte. 8°) Dispositif suivant l'une des revendications c03y