Brevet FR2281634A1 — publié le 19760305

La présente invention concerne les réacteurs nu claire et les instruments qu tils comprennent. Dans un coeur de réacteur nucléaire comprenant de nombreuses barres parallèles et très proches de combustible, les barres sont habituellement disposées en groupes séparés qui facilitent la manutention et le remplacement. Chaque groupe comprend un ensemble de barres logé dans une enveloppe périphérique et un tel ensemble est appelé dans la suite du présent mémoire sous-ensemble d'éléments combustibles. Pour que l'installation ait un fonctionnement sûr, par exemple dans le cas drun réacteur à neutrons rapides refroidi par un métal liquide, certains paramètres du courant de fluide de refroidissement doivent être surveillés constamment dans les sous-ensembles.De tels paramètres sont par exemple la température et le débit du fluide de refroidissement, car une augmentation de la température qui est accompagnée par une réduction du débit indique la formation d'un rétrécisse- ment dans le circuit dXécoulement de fluide dans le sousensemble. Cependant, dans un réacteur nucléaire ayant une grande quantité de sous-ensembles, par exemple 500, un nombre très élevé de capteurs est nécessaire lorsque plusieurs paramètres de chaque sous-ensemble doivent être contrôlés et lorsqu'une technique classique de redondance selon laquelle chaque instrument est disposé en triple, est utilisée.Par exemple, lorsque le coeur du réacteur comprend 500 sousensembles, dans chacun desquels la température et le débit de fluide de refroidissement doivent entre détectés ou mesurés, 3 000 capteurs au total sont nécessaires. L'invention concerne un réacteur nucléaire comprenant plusieurs sous-ensembles d'éléments combustibles munis d'ins truments et dans lesquels le fluide de refroidissement peut s'écouler, et comprenant un nombre dtinstruments destinés à détecter au moins un paramètre du courant de fluide de refroidissement égal au nombre de sous-ensembles, chaque ina- trument étant destiné à contruler un courant d'échantillon de fluide de refrotdissement provenant d'au moins deux sousensemble adåacent.s. Se on une c & actéristique avantageuse de l'invention, chaque instrument détecte deux paramètres d'un courant d'échantillon de fluide de refroidissement pro- venant d'un groupe de trois sous-ensembles voisins. Avec une telle disposition, chacun des deux paramètres est détecté pour chaque sous-ensemble par trois instruments. L'invention concerne aussi un instrument de détection de la température et du débit du courant de métal liquide d'un échantillon de fluide de refroidissement provenant de sous-ensembles adjacents d'un réacteur nucléaire refroidi par un métal liquide. Un instrument avantageux selon l'in- vention comprend trois jonctions chaudes de thermocouple montées en série, chaque jonction chaude étant destinée à être exposée à un courant échantillon provenant d'un seul sous-ensemble, des enroulements électromagnétiques étant disposés autour d'im noyau d'induction destiné à détecter des variations dans le débit de métal liquide, par déformation des lignes de flux.L'instrument peut aussi comprendre un thermocouple destiné à détecter la température moyenne du courant échantillon de fluide de refroidissement provenant de plusieurs sources, si bien que la température du courant. de fluide de refroidissement dans un sous-ensemble peut êre déduite des trois lectures de température associées à ce sousensemble. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue partielle en plan du coeur d1un réacteur nucléaire - la figure 2 est une élévation latérale partielle - la figure 3 représente un ensemble détecteur de débit et de température ; - la figure 4 est une vue de bout de l'ensemble de la figure 3 ; et - la figure 5 est un détail de l'ensemble détecteur, à grande échelle. La figure 1 représente une partie du coeur d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides, refroidi par du sodium liquide. Le coeur comprend plusieurs sous-ensembles d'éléments combustibles ayant une section hexagonale et disposés ctte à côte. Les sous-ensembles comprennent des capots ou enveloppes contenan-t des groupes de barres de combustible, et le fluide de refroidissement s'écoule en remontant sur les barres de combustible.La sécurité du réacteur est assurée par une observation constante du courant de fluide de refroidissement de manière que toute variation des paramètres (qui indique à l'avarice des conditions existantes de défaillance) soit détectée suffisamment tôt pour qu'une correction puisse zetre apportée.Le coeur du réacteur représenté comprend au total 500 sous-ensembles qui doivent setre contrblés à laide dtins truments. Comme représenté sur la figure 2, 500 capteurs 1 de température et de débit au total sont compris dans le coeur, chaque capteur étant logé dans un manchon 2 ayant des conduits 3 d'entrée destinés à recevoir le courant de fluide de refroidissement provenant des régions centralès de trois sorties de sous-ensembles adjacents. Chaque capteur peu-t détecter les variations des paramètres de débit et de température d'un échantillon de courant de fluide de refroidissement provenant de ces trois sous-ensembles. Sur la figure 1, les sous-ensembles sont repérés dans des rangées et portent par exemple les références 3.2, 4.2, 5.2, ces sous-ensembles étant les sous-ensembles ,, 4 et 5 de la rangée horizontale 2. Les capteurs sont repérés par les références Q, R et S, dans les rangées horizontales, par exemple Q2, R3, et les conduits d'entrée des manchons 2 portent les références A, B et C. Le capteur i du poste Q2 reçoit du fluide de chacun des sous-ensembles 3.2, 4.2 et 3.3 par les conduits d'entrée Q2A, Q2B et Q2C respectivement. te couran-t d'échantillon total provenant du sous-ensemble 3.3 par exemple est réparti entre les capteurs des postes Q2, R3 et Q3. Une variation de la tempétature de sortie, par exemple du sous-ensemble 3.3, est ainsi détectée par les instruments des postes Q2, R3 et Q3. Elle est aussi détectée lorsque les instruments de l'un ou de deux des trois postes présentent une défaillance. Comme représenté sur la figure 2, l'ensemble détecteur 1 est suspendu dans le manchon 2 et 12 échantillon proportionnel de fluide de refroidissement est chassé dans l'anneau délimité par le capteur i et le manchon 2 de manière (lue ce courant soit évacué par un orifice 4 dans un dbme 5. Ce dernier comprend une sortie destinée à transmettre un sous-échantillon à un détecteur de produits de fission alors que le reste de l'échantillon provenant des trois sousensembles est évacué à la base du dôme 5. Le capteur-représenté sur les figures 3 et 4 comprend un débitmètre et un détecteur thermoélectrique composite. Un cible thermoélectrique 6 (représenté schématiquement sur la figure 5) comprend un conducteur muni d'un isolant céramique 6a et une gaine 6b en acier inoxydable, et le conducteur comprend en série des tronçons 6c et 6d en chromel et en alumel, présentant trois jonctions chaudes de thermocouple. Les jonctions chaudes sont placées dans le nez du capteur de manière qu'elles soient exposées chacune au courant de fluide de refroidissement passant par les conduits séparés 3. La force électromotrice résultante correspond à l'équation Ta - Tb + Tc dans laquelle Ta, Tb et Tc représentent les températures des diverses jonctions, et les bornes du capteur font apparaître une variation transitoire dans un courant quelconque, sans atténuation.Le nez du capteur comprend trois nervures ia destinées à protéger les jonctions chaudes du thermocouple contre les détériorations et à coopérer avec une douille id du manchon 2 de manière que les jonctions chaudes soient convenablement disposées dans les courant appropriés de fluide de refroidissement. L'ensemble capteur comprend aussi des -enroulements électromagnétiques 8 formés sur une armature ferromagnétique 9 destinée à mesurer la vitesse moyenne du courant de sodium dans l'anneau, de manière classique ; le signal résultant de distorsion des lignes de flux est proportionnel au débit dans I'auneau. A l'arrière du capteur, une ou plusieurs jonctions chaudes de thermocouple sont montées comme indi.qué en 10 et accroissent la protection assurée. Le thermocouple mesure la température moyenne de 11 échantillon de fluide de refroidissement passant dans l'anneau, proportionnelle à (Ta + Tb + Tc)/3, cette lecture (pourvu que ltéchantillon moyen soit obtenu à partir de trois échantillons élémentaires égaux) pouvant titre utilisée avec la température moyenne mesurée proveranAtde capteurs adjacents pour l'extraction d'une valeur connue, par exemple Te. Cette valeur Ta est la valeur de régime permanent de la température de sortie d'un sous ensemble et elle est utile pour la maîtrise du processus et à titre de sécurité de manière que toute obstruction progressive d'un sous-ensemble soit détectée de manière fiable. Le courant de fluide de refroidissement évacué par chaque manchon 2 contient une quantité de produits de fission correspondant à la moyenne des trois sous ensembles, et le sous-ensemble représentatif passe dans un circuit de comptage. L1nstallation assure une redondance des ponts d'échantillon- nage des produits de fission sans perte de la sensibilité globale de la détection, mais elle réduit cependant la ser.sibi- lité de localisation par un facteur égal à 3. il est bien entendu aue l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments consti.tutifs sans pour autant sortir de son cadre, qui est défini dans es revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Réacteur nucléaire, du type qui comprend plusieurs sous-ensembles d'éléments combustibles munis d'instruments et dans lesquels un fluide de refroidissement peut s'écouler, caractérisé en ce qu'il comprend un nombre d'instruments destinés à détecter au moins un paramètre du courant de fluide de refroidissement égal au nombre de sous-ensembles, chaque instrument étant disposé de manière qu'il contrôle un courant échantillon de fluide de refroidissement provenant dtau moins deux sous-ensembles adjacents. 2. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque instrument détecte deux paramètres d'un courant échantillon de fluide de refroidissement provenant d'un groupe de trois sous-ensembles adjacents. 3. Réacteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque instrument détecte la température et le débit de métal liquide d?un échantillon de fluide de refroidissement provenant des sous-ensembles adjacents. 4. Réacteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les sous-ensembles ont une section hexagonale, et le fluide de refroidissement remonte dans les sous-ensembles, chaque groupe de sous-ensembles comportant un manchon délimitant un conduit de circulation de fluide de refroidissement et logeant l'instrument de détection, le manchon ayant trois conduits d'entrée destinés à recevoir du fluide de refroidissement provenant -des régions centrales de chacun des sous-ensembles du groupe, et une sortie commune. 5. Réacteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le courant de fluide de refroidissement provenant de la sortie commune passe dans un dSme ayant une sortie supérieure destinée à transmettre un sous-échantillon du courant de fluide de refroidissement vers un détecteur de produits de fission. 6. Instrument destiné à détecter la température et le débit de métal liquide d'un échantillon de fluide de refroidissement provenant de sous-ensembles adjacents d'un réacteur nucléaire selon la revendication 4-, caractérisé en ce qu'il comprend trois jonctions chaudes de thermocouple montées en série, chaque ponction chaude étant placée de manière qu'elle soit exposée à un courant échantillon provenant d'un seul sous-ensemble d'éléments combustibles, et des enrculements électromagnétiques placés autour d'une armature inductive et destinés à détecter la variation de débit de métal liquide par déformation des lignes de flux. 7. Instrument selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend un thermocouple destiné à détecter la température moyenne du courant échantillon de fluide de refroidissement provenant des sous-ensembles adjacents.