Brevet FR2272392A1 — publié le 19751219

La présente invention concerne un appareil de mesure pour la détermination du bore 10 A cause de 'isotope aQB qutil contient et quí a une grande capacité d'absorption de neutrons, le bore est devenu un réactif physique et technique important. Il est très employé dans la constitution des barres de commande, sous forme de carbure de bore. L'importance du bore dans les centrales nucléaires comportant des réacteurs à eau sous pression a augmenté brusquement ces dernières années la diffusion de ce qu'on appelle la commande chimique. Dans ce procédé de commande, on dissout dans l'eau de refroidissement du réacteur du borne - à l'état naturel ou à l'état enrichi en 10B - sous forme d'acide borique et on assure la capacité d'absorption en modifiant convenablement la concentration.Les avantages les plus importants de la commande chimique en comparaison des procédés à barres de commande sont les suivants: - Le flux de neutrons thermiques est rendu plus uniforme, ce qui accroit lapuissance que lton peut tirer de réacteurs ayant la mdme géométrie, les mêmes dimensions et les mêmes limites techniques} - Dans le cas où on l'utilise, le nombre des barres de commande et dispositifs de commande nécessaires est moindre, ce qui fait que la réactivité de démarrage peut être accrue; - Par suite, on peut accroître le niveau de combustion des réacteurs et le temps écoulé entre deux transfert de combustible . Il ne fait aucun doute que l'introduction du procédé ci-dessus aura un avantage économique décisif. La commande au moyen d'acide borique nécessite l'installation de nouveaux dispositifs de dosage, d'évacuation, de nettoyage etc... et une mesure en continue de la concentratin en bore est devenue nécessaire. La mesure de la concentration de bore par une méthode classique, par exemple par titrimétrie, est généralement discontinue -complexe et lente et c'est pourquoi il était nécessaire de rechercher une méthode convenant mieux à cet effet. Pour la mesure continue de la concentration de bore, la recherche a commencé en différents endroits et sur la base de différentes méthodes. Les méthodes rentrent essentiellement dans deux groupes t les méthodes chimiques et les méthodes à isotopes. Dans les méthodes chimiques, on ne peut résoudre le problème que de façon discontinue (K. Schneider: Automatic Boron Analysator to Pressurized Reactors, Nuclex 72, Bâcle, Suisse) ou seulement avec un très grand retard. La littérature (J.E. Bulkowski, W.D. Fletcher, A.G. Opitz, V. 'Baagopal, Development of a Boron Concentration Measuring Apparatus, Final Report AEC Contract T/30 - 1/-3690, avril 1969) parle en détail d'un appareil de mesure basé sur une mesure de conductivité.L'analyseur de bore de Schneider est un appareil de mesure semi-continue par titrimétrie et pH-métrie, tandis que Fährman et Javel traitent d'une cellule de mesure brevetée utilisant un isotope (K. Fähr- mann, F. Javel, Measuring Device for the Control of Boric Acid Concentration in Reactors, Kernenergie 1967/11). Le rapport de recherche établi par les laboratoires de Westinghouse Electric Co. (Bulkowski et al.) parle en outre d'un appareil de mesure de concentration d'acide borique base sur la conductivité du mannitol et parle aussi de l'appareil de Bajagopal basé sur l'absorption de neutrons. Des deux appareils, d'après les expériences en service et les estimations de prix de revient, celui de Bajagopal a été jugé le plus approprié. Pour récapituler les résultats acquis jusquflà présent, on peut conclure quten ce qui concerne les dépenses et la main d'oeuvre nécessaire, des recherches importantes sont en cours. Cependant, on n'a réalisé aucun appareil qui convienne à la fabrication en série. Un appareil à caractère linéaire n'a été mis au point que jusqu'à une concentration de 5 g/kg. Les exigences de mesure et ce commande des piles de puissance ou des centrales nucléaires sont plus sévères sur bien des points, à cause des conditions exceptionnelles qui régnent aux points de mesure, que les exigences usuelles dans les appareils de mesure nucléaire fonctionnant en laboratoire ou dans les conditions normales de service. L'invention a aussi pour objet un appareil de mesure de la coneentration de bore. Pour résoudre convenablement le problème ainsi que pour utiliser complètement les avantages du procédé appliqué, il faut que l'appareil soit incorporé au circuit primaire de refroidissement du réacteur. Etant donné la pression et la température élevées qui règnent dans le circuit primaire et à cause des radiations puissantes, il faut remplir des conditions spéciales, principalement en ce qui concerne le récipient contenant le liquide à mesurer et le système de détection. L'appareil de mesure doit entre aussi simple et aussi peu coûteux que possible. Un appareil répondant aux conditions ci-dessus, ainsi que le point de mesure dont s'occupe l'invention, sont représentés par la figure 1. La source radioactive de neutrons F est contenue dans le récipient L rempli d'un ralentisseur de neutrons (eau, paraffine etc...) dans la disposition indiquée par la figure 1. Les neutrons qui partent du récipient L en direction du capteur proportionnel de radiations (détecteur de neutrons) D rempli de trifluorure de bore gazeux, sont absorbés par le bore ou un autre absorbeur de neutrons, en fonction de la concentration dans le récipient de mesure M entouré de surfaces comprenant au moins deux plans parallèles. En choisissant rationnellement la matière et les dimensions du récipient M qui résiste aux hautes pressions, du 'ralentisseur L et du réflecteur R, et aussi la disposition relative du récipient de mesure M, du ralentisseur L, du réflecteur- R, de la source de radiations F et du détecteur D, on peut arriver à ce que la relation entre la concentration de bore (ou autre absorbeur de neutrons) dissous dans l'eau et le temps de mesure nécessaire pour atteindre un nombre donné N (arbitraire) d'incidences au détecteur, soit linéaire. Le réflecteur de neutrons R (par exemple du graphite) réfléchit les neutrons transmis par le détecteur D, augmente ainsi l'efficacité de mesure et permet d'utiliser des sources de neutrons moins puissantes ce qui, à nouveau, -réduit les risques et le coût de la production. Au moyen de l'appareil de mesure ci-dessus, il est possible d'obtenir une relation linéaire entre le temps nécessaire pour obtenir la quantité donnée d'incidences N et la concentration de bore. Si l'on appelle T0 le temps nécessaire pour rassembler les N incidences dans le cas de l'eau pure, T1 le temps dans le cas d'une solution contenant de l'acide borique à une concentration de C1 g/kg et ss Tu la différence entre ces deux temps, on peut écrire les équations suivantes T1 K T o T1 - T A T 1 o o dans lesquelles K est une constante caractéristique de l'appareil. On peut en tirer les valeurs de T0 et T1 Le compteur préréglé Sz1de l'appareil compte les signaux -venant du détecteur et arrête la mesure quand le nombre d'incidences prescrit, N,est atteint. Le compteur préréglé pour le temps, Sz2 et le compteur d'affichage Sz3 comptent, par l'intermédiaire de la porte K, les signaux du générateur de base de temps G, mais seulement en partant du moment t = To c'est-à-dire du moment où le compteur Sz2 donne un signal à cet effet. La condition d-'ouverture de la porte K est déterminée communément par les compteurs Sz1 et Sz2. Ainsi, l'appareil soustrait automatiquement le temps de mesure qui correspond à une concentration nulle d'acidé borique, c'est-à-dire qu'il mesure directement la valeur T a T - T = B.C, B étant à nouveau une o constante caractéristique de l'appareil. Par subdivision appropriée, T donne immédiatement la valeur numérique de la concentration de bore, C. Le compteur préréglé pour le temps, Sz2 et le compteur d'affichage SS sont tous deux arrêtés par le compteur préréglé Sz1. Ce schéma de comptage est représenté sur la figure 2. REVSNDICATIONS 1.- Appareil de mesure servant à la détermination de la concentration de bore ou d'autres absorbeurs de neutrons en solution dans de l'eau ou dans d'autres liquides, comportant un récipient de mesure limité au moins par deux surfaces planes parallèlesEentre-elles, une source radio-active de neutrons, un ralentisseur de neutrons, un réflecteur de neutrons et un capteur de radiations destiné à détecter les neutrons thermiques, caractérisé par le fait que l'écartement des deux surfaces parallèles du récipient de mesure (M) est au moins égal à 1 cm et que l'épaisseur du ralentisseur (L) est d'au moins 1 cm et de préférence de 3 cm, et par le fait que la source de neutrons (F) est avantageusement agencée sur la paroi latérale du ralentisseur (L), avoisinant le récipient de mesure, une.installation électronique de traitement de signaux comportant une représentation linéaire directe de la concentration du matériau à mesurer étant couplée à la sortie du détecteur (D). 2.- Appareil de mesure selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, dans l'installation de traitement de signaux, l'entrée d'un premier compteur préréglé (Sz1) est couplée à la sortie d'un détecteur (D) et la sortie du premier compteur préréglé (Sz1) est couplée à la première entrée d'une porte (K), la sortie du générateur de base de temps (G) étant reliée, d'une part, par l'intermédiaire de la porte (K) à l'entrée d'un compteur d'affichage (Sz3) et, d'autre part, à l'entrée d'un second compteur préréglé (Sz2), et la sortie du second compteur préréglé (Sz2) étant reliée avec la seconde entrée de la porte (K).