Brevet FR2135340A1 — publié le 19721215

De nombreux principes et dispositifs sont connus pour l'indication de la position des barres de contrôle d'un réacteur nucléaire. Ils dépendent généralement beaucoup de la commande choisie pour les barres de contrôle et du type de-réacteur. Lorsque les commandes sont disposées à l'extérieur de la cuve sous pression et comportent un réglage mécanique par tige filetée par exemple, il est connu d'accoupler la tige filetée à un synchrotransmetteur, dont le signal de sortie est une mesure de la position. On connatt également des indicateurs de position fonctionnant sans contact, par induction ou selon un procédé similaire. Dans la construction moderne de réacteurs nucléaires, la tendance est à disposer les commandes de barres de contrôle à l'intérieur de la cuve sous pression, afin de réduire d'une part les nombreuses traversées de la cuve du réacteur et d'autre part l'espace nécessaire à l'équipement des commandes sous la cuve. De telles commandes sont connues; il sera question ci-dessous de commandes internes. Leur fonctionnement est essentiellement hydraulique, un piston étant déplacé axialement dans un vivin, avec utilisation de la pression du réfrigérant, puis bloqué mécaniquement à chaque fois. Le vérir. constitue au sens général un tube de guidage, dans lequel est disposée la commande. D'autres types de commande sont toutefois concevables en principe. Le problème de l'indication de position de la barre est beaucoup plus difficile pour une telle commande interne de barres de contrôle que dans le cas où les barres de contrôle sont disposées à l'extérieur. La difficulté résulte dans ce cas du nombre relativement élevé de barres de contrôle dans un réacteur; il est par exemple d'environ 100 pour un réacteur à eau bouillante de 600 MW.Les principes connus d'indication de la position sont certes applicables aussi aux commandes internes, mais d'une part il est beaucoup plus difficile de disposer les capteurs de position dans la cuve sous pression du réacteur, de façon qutiEs fonctionnent parfaitement et sans entretien (dans un réacteur à eau bouillante, la température du réfrigérant est par exemple d'environ 2800C sous une pression de 70 bars) et d'autre part, le problème se pose de transmettre les signaux à l'extérieur de la cuve sous pression. L'invention a pour objet la réalisation du dispositif d'indication de la position des barres de contrôle du réacteur nucléaire, dont les commandes sont disposées dans des tubes de guidage, à l'intérieur de la cuve sous pression du réacteur, et comprennent chacune une pièce de com mande, mobile dans le tube de guidage et accouplée à la barre absorbante, de façon à éviter le montage de capteurs de position dans la cuve souspression et des traversées sur cette dernière pour la sortie du signal d'indication. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, des émetteurs et récepteurs d'ultrasons sont disposés à l'extérieur de la cuve sous pression du réacteur, sur le côté en regard de la pièce de commande et selon la distribution radiale des barres de contrôle, et le temps de propagation des impulsions ultrasonores de l'émetteur à la pièce de commande, puis au récepteur constitue une mesure de la position de la pièce de commande. Le dispositif selon l'invention supprime le montage de capteurs de position à l'intérieur de la cuve sous pression; car la pièce de commande mobile, accouplée à la barre absorbante, peut servir de réflecteur. Une traversée est inutile sur la cuve sous pression du'réacteur, car le dispositif émetteur-récepteur est disposé à l'extérieur. Le dispositif selon l'invention permet ainsi un entretien très facile. Des essais ont montré que ce principe se prête remarquablement bien à une indication de la position de barre de commandes internes. A priori, on pouvait penser qu'il serait difficile, compte tenu notamment du nombre élevé de commandes, d'aligner avec précision les dispositifs émetteurrécepteur sur le réflecteur, la pièce de commande mobile qui constitue pratiquement une "cible". L'expérience a toutefois montré de façon étonnante qu'un tel alignement n'est pas critique, car une réflexion totale se produit à l'intérieur du tube de guidage et permet l'utilisation noncritique de la pièce de commande comme réflecteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous et des dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente le schéma simplifié d'un exemple de réalisation et la figure 2 représente le schéma-bloc du montage de dépouillement électronique. L'exemple de réalisation représenté est celui d'un réacteur refroidi par eau légère, et notamment un réacteur à eau bouillante, dans lequel les commandes de barre de contrôle sont disposées dans la cuve sous pression 4 du réacteur. Seul le principe de la commande est représenté. Un tube de guidage 1 contient un piston 2, fixé sur la partie 3 de la barre absorbante et animé hydrauliquement d'un mouvement vertical. Le réfrigérant du réacteur est utilisé pour le déplacement du piston, de sorte que le tube de guidage 1 est également rempli d'eau. I1 s'agit dans l'exemple de réalisation de barres de contrôle déplacées verticalement et dont les commandes sont disposées dans la base de la cuve sous pression du réacteur. Un émetteur-récepteur d'ultrasons 5 connu est par suite prévu sur la base 4 de la cuve sous pression, mais à l'extérieur de cette dernière; le dispositif 6 le commande ou dépouille ses signaux. Le signal ultrasonore est transmis dans le tube de guidage, à travers la base de la cuve sous pression, et atteint directement, grâce à la réflexion totale dans le tube, la base de la pièce de commande 2, sur laquelle il se réfléchit, puis revient sur l'émetteur-récepteur 5, à travers la base de cuve sous pression. Une couche de réflexion sonore peut être disposée sur la base de la pièce de commande.Le montage 6, représenté plus en détail à la figure 2, dépouille le temps de propagation du signal ultrasonore par des méthodes connues; ce temps constitue la mesure de la position de la pièce de commande par rapport à la paroi de la cuve sous pression et par suite l'indication de position. Un seul dispositif émetteur-récepteur d'ultrasons 5 5 est représenté sur l'exemple de réalisation; en réalité, il y a autant de dispositifs que de commandes de barre de contrôle dans le réacteur, la distribution des dispositifs émetteur-récepteur sur la base de la cuve sous pression correspondant à la distribution radiale des barres de contrôle dans le coeur du réacteur. Il n'est pas nécessaire que l'émetteur et le récepteur constituent une unité; ils peuvent être montés séparément dans l'espace. I1 existe diverses possibilités pour garantir une traversée optimale de la base de la cuve sous pression par -les impulsions ultrasonores. I1 serait concevable de prévoir sur la base de la cuve sous pression du réacteur, à l'extérieur et à l'intérieur, des surfaces 7 horizontales, afin que les impulsions ultrasonores se déplacent aussi parallèlement que possible à l'axe des tubes de guidage. I1 semble préférable de fixer des chevilles sur la cuve sous pression, car des impuretés peuvent se déposer sur la base et modifier la forme géométrique des points 7 de transmission des ultrasons. I1 serait concevable de disposer des chevilles 8 à l'intérieur et à l'extérieur de la base de la cuve sous pression. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est plus avantageux de prévoir des chevilles traversantes 9, soudées de façon étanche sur la paroi de la cuve sous pression du réacteur, car les points de contact entre les chevilles de chaque cté et la paroi de la cuve risquent de poser des problèmes. Une jonction 10 stable et constante, aussi insensible que possible aux effets de la température, doit être assurée entre l'émetteur-récepteur d'ultrasons 5 et la cheville de contact 9 par exemple. La traversée de la base de la cuve sous pression s'accompagne de réflexions multiples, car 6 Z environ seulement de la pression alternative sonore émise sortent de la cheville de contact, tandis que les 94 Z restants sont réfléchis; la jonction de contact 10 produit également une réflexion partielle. Ces réflexions multiples produisent naturellement des signaux périodiques fonction de la distance entre les surfaces d'entrée et de sortie. Elles n'ont toutefois pratiquement aucune influence sur le principe de fonctionnement de l'invention.Dans sa position basse, le piston 2 présente en effet par rapport la base de la cuve sous pression une distance minimale prédFterminée, à laquelle correspond un temps de propagation généralement supérieur b la somme des temps de propagation des réflexions multiples mesurables, par suite des vitesses de propagation et des atténuations différentes. Une éxploration électronique simple dans le montage de dépouillement 6 permet d'éliminer électroniquement la conséquence des réflexions multiples. I1 serait également concevable d'incliner l'axe de l'émetteur-récepteur d'ultrasons 5 d'environ 2 à 3 degrés par rapport b la verticale, afin de réduire les réflexions multiples. La figure 2 représente le schéma-bloc du montage de dépouillement électronique et illustre la disposition spatiale par rapport au réacteur. Le blindage 11 étant relativement éloigné de la cuve sous pression 4 du réacteur, des amplificateurs 611 entourés par un blindage 62, sont prévus à l'intérieur du volume 12 exposé aux radiations. Derrière le blindage 11 se trouvent les éléments 63-69 du montage de dépouillement, à savoir un commutateur de point de mesure 63 pour les diverses commandes, une horloge 64 assurant le multiplex par partage du temps, un élément 65 produisant une impulsion ultrasonore, des Fléments 66 et 67 pour la détermination du temps de propagation, une mémoire de mesure 68 et un indicateur 69, disposé dans la salle de commande. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au procédé et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Dispositif d'indication de la position des barres de contrôle d'un réacteur nucléaire, dont les commandes sont disposées dans des tubes de guidage, à l'intérieur de la cuve du réacteur, et comportent chacune une pièce de commande mobile dans le tube de guidage et accouplée à la barre absorbante, ledit dispositif étant caractérisé en ce que des émetteurs et récepteurs d'ultrasons sont disposés sur la cuve sous pression du réacteur, du côté en regard de la pièce de commande et selon la distribution radiale des barres de contrôle, et le temps de propagation des impulsions ultrasonores de l'émetteur à la pièce de commande, puis de cette dernière au récepteur constitue la mesure de la position de la pièce de commande. 2. Dispositif selon revendication 1, caractérisé par une cheville traversant la cuve sous-pression, l'endroit de chaque émetteur-récepteur ultrasonore, et soudée de façon étanche sur la cuve. 3. Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que-la paroi de la cuve sous pression comporte, à l'emplacement des émetteurs et récepteurs ultrasonores, des surfaces horizontales, de façon que l'impulsion ultrasonore pénètre dans la cuve sous pression aussi parallèlement que possible à ltaxe des tubes de guidage. 4. Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce qutune cheville est fixée à l'intérieur et à l'extérieur de la paroi de la cuve sous pression, à l'emplacement des émetteurs-récepteurs ultrasonores. 5. Dispositif selon une quelconque des. revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le rayonnement ultrasonore est orienté suivant un angle plus faible par rapport à l'axe des tubes de guidage.