Brevet FR2383454A1 — publié le 19781006

La présente invention a pour objet un dispositif de contre de la concentration en produits de fission d'un fluide, notamment du fluide réfrigérant d'un réacteur nucléaire tel qu'un réacteur å eau pressurisée en vue de la dé- tection de défauts de gainage des éléments combustibles. On rappelle en effet que, dans un réacteur nucléaire, des défauts de gainage d'un élément combustible engendrent une augmentation de la concentration en produits de fission du fluide réfrigérant du réacteur, la nature des produits de fission sortant de l'élément combustible dépendant de l'imr portance des défauts. Ainsi, pour de simples fissurations de la gaine d'un élément combustible, le réfrigérant véhicule des nucléides vie courte mesurables par détection y tandis que lors d'une rupture de gaine le réfrigérant véhicule des produits de fission tels que des noyaux halogénés émetteurs de neutrons différes,la période moyenne apparente de ces produits étant de l'ordre de 20 à 30s. Divers dispositifs de contre de la concentration en produits de fission d'un fluide ont été mis au point pour la détection des ruptures de gaine des éléments combustibles de différents types de réacteurs nucléaires. Ces dispositifs comportent habituellement une conduite destinée å etre parcourue par un prélèvement du réfrigérant du réacteur, un ensemble modérateur-détecteur de neutrons et un ensemble électronique de mesure de l'activité neutronique du réfrigérant. Cependant, les dispositifs du type précité conçus antérieurement à la présente invention sont peu adaptés à un montage aisé et sur en dérivation sur le circuit caloporteur de réfrigérant d'un réacteur nucléaire tel qu'un réacteur a eau pressurisée. De plus, ces dispositifs présentent une structure complexe et ne permettent pas des interventions aisées sur les ensembles modérateur--détecteur et de mesure une fois la conduite montée en dérivation sur le circuit caloporteur du réacteur La présente invention a précisément pour objet un dispositif de contrôle de la concentration en produits de fission d'un fluide ne présentant pas, notamment pour la détection des ruptures de gaine, les inconvEnients rappelés ci-dessus des dispositif antérieurs. Le dispositif de contre de la concentration en produits de fission d'un fluide, objet de l'invention se caractérise en ce qu'il comporte : - une conduite calorifugée en U destinée à entre parcourue par un fluide, - au moins un détecteur (ou groupe de détecteurs) de l'acti vité neutronique dudit fluide, chacun des détecteurs étant disposé, à proximité de l'extrémité en U de ladite conduite, dans une couche de matériau modérateur entourant ladite conduite et séparée de cette dernière par une couche de matériau absorbant les rayonnements y, - des moyens de sécurité pour déclencher une action de sécurité en cas de dépassement d'un taux prédéterminé de comptage par au moins un détecteur, - des moyens de mesure de l'activité neutronique détectée par chacun desdits détecteurs ou groupes de détecteurs. Le dispositif tel que caractérisé ci-dessus a notamment l'avantage de permettre un regroupement des détecteurs ainsi que des moyens de sécurité et de mesure sur une face du dispositif opposée à celle sur laquelle débouchent les extrémités de ladite conduite destinées à être raccordées à un circuit de fluide dont la concentration en produits de fission doit être contralée. Selon une disposition particulière de l'invention, le dispositif objet de cette dernière, se caractérise en ce qu'il comporte en outre au moins un détecteur de l'activité y du fluide, des moyens de mesure de l'activité y détectée par chacun des détecteurs et des moyens de sécurité pour déclencher une action de sécurité en cas de dépassement dtun taux prédéterminé de comptage par le détecteur Le dispositif de Iginvention conforme à cette disposition a l'avantage d'être particulièrement adapté non seulement à la détection des ruptures de gaine mais également à la détection de simples défauts de gainage. Selon une disposition préférentielle de 11 invention, le dispositif se caractérise en ce outil comporte n détecteurs (ou n groupes de détecteurs) disposés dans des plans formant un angle de 450 avec le plan de ladite conduite et en ce que lesdits moyens de sécurité ne déclenchent une action de sEcu- rité qu'en cas de dépassement d'un taux prédéterminé de comptage par certains des n détecteurs (ou groupes de détecteurs) simultanément. Ainsi, le dispositif de l'invention conforme la disposition précitée a l'avantage de permettre, grâce à la disposition relative judicieuse de ladite conduite et desdits détecteurs, d'éviter de façon sure des alarmes erratiques. Selon une autre disposition préférentielle de l'invention, le dispositif objet de cette derniers, se carac térise en ce qu'il comporte en outre un ensemble de contrôle des détecteurs et des moyens de sécurité et de mesure comportant une source de feutrons d' activité connue et/ou une source y d'activité connue et des moyens pneumatiques pour transférer la (les) dite(s) source(s) entre une position de stockage située dans une enceinte de protection et une position de mesure visà-vis desdits détecteurs Selon cette disposition, l'ensemble de contrôle pré- cité comporte de préférence - un tube pneumatique adapte au transfert d'une pièce support de la(des) source(s), ce tube présentant un point haut et un point bas et ayant une configuration telle que ladite pièce puisse se déplacer par gravité, - des moyens internes audit tube de retenue de ladite pièce en position basse de stockage, - des moyens internes audit tube de retenue de ladite pièce en position haute de mesure, ces moyens assurant l'étanchéité de la partie du tube comprise sous ladite pièce lorsque cette dernière est en position de mesure haute, - des moyens d'admission d'air comprimé à l'extrémité inférieure dudit tube, - des moyens d'admission d'air comprimé a I'extrémité supérieure dudit tube, - des soyers pour mettre en communication la partie supérieure dudit tube avec l'atmosphère ambiante. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation du dispositif donnés à titre iflustratif mais nullement limitatif. Cette description se réfère aux dessins annexés sur lesquels on a représenté - sur la figure 1, un mode d'implantation du dispositif de l'invention dans l'une des boucles du circuit caloporteur d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée, - sur la figure 2, une vue en coupe longitudinale du dispositif de l'invention, - sur la figure 3, une vue en coupe transversale du dispositif de l'invention, - sur la figure 4, une vue partielle en coupe longitu- dinale du dispositif de contrôle du bon fonctionnement des détecteurs. Sur la figure 1, on a représenté le mode de mise en oeuvre du dispositif 1 de l'invention pour le contrôle de la concentration en produits de fission du fluide réfrigérant d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée. On a schématisé sur cette figure l'une des boucles R du circuit de réfrigérant du réacteur, le réfrigérant étant mis en circulation selon les flèches f dans la cuve 3 contenant les assemblages combustibles 5 et les barres de commande 6. Cette boucle R comporte successivement entre la sortie S3 de la cuve 3 et l'entrée E3 de la cuve 3 un échangeur de chaleur 7, une pompe 9 et un pressuriseur 11. On voit sur cette figure 1 que le dispositif 1 de l'invention est placé dans une boucle de prélèvement du réfrigérant P parcourue par ce dernier selon la flèche fp, montée en dérivation sur la boucle R du circuit de réfrigérant entre les points A et B et comportant une vanne 14, le point A étant situé entre la sortie S3 de la cuve 3 et l'entrée dans ltéchan- geur 7 et le point B étant situé entre la sortie de 1'échangeur 7 et l'entrée dans la pompe 9 On note que la boucle de prélèvement P comporte une ligne de retard 13 destinée à l'établissement- d'un temps de transit du réfrigérant entre la cuve du réacteur et le dispositif 1 de mesure qui, destiné à réduire au minimum les bruits de fond, est choisi compte tenu des périodes des émetteurs à détecter tels que les iodes et les bromes émetteurs de neutrons. On voit sur la figure 1 que le dispositif 1 de l'invention se compose essentiellement d'une conduite 15 se présentant sous la forme par exemple d'un U à branches horizontales, vidangeable par gravité, d'un ensemble modérateur-détecteur 17 séparé de ladite conduite 15 par des moyens d'isolation thermique et d'un ensemble de mesure (non représenté sur la figure) destiné à être associé audit ensemble 19 sur la face de ce dernier opposée à celle sur laquelle débouchent les branches de la conduite 15. Dès à présent, on précise que le volume de ladite conduite 15 est calculé en fonction du débit de réfrigérant dans la boucle P de façon à avoir un temps de séjour dans la conduite compatible avec la détection des neutrons. Sur les figures 2 et 3, on a représenté de façon plus precise la structure du dispositif 1 de l'invention. On voit sur ces figures que la conduite en U 15 est placée dans un calorifugeage 19 destiné à soustraire l'ensemble modérateur-détecteur 17 placé autour de ce dernier à l'action thermique de la conduite 15. Entre le calorifugeage 19 et l'ensemble modérateur- détecteur 17, est réservé un jeu dans lequel subsiste une lame de gaz assurant une coupure thermique. On voit que l'ensemble moderateur-détecteur 17 comporte successivement depuis la conduite vers l'extérieur du dispositif - une couche 21 de matériau lourd (plomb par exemple) destinée à absorber le rayonnement gamma provenant de la conduite 15, - une couche de matériau modérateur 23 dans laquelle sont dispo sés des détecteurs de neutrons 25, l'épaisseur el de modérateur séparant les détecteurs de la couche 21 de matériau lourd étant destinée à thermaliser les neutrons et l'épaisseur e2 de modé rateur servant de réflecteur de neutrons Cette couche 23 de matériau modérateur peut avantageusement être en un modéra teur hydrogéné tel que le polyéthylène grâce à la coupure thermique assurée entre la conduite 15 et l'ensemble 17, - une protection contre les neutrons ambiants consistant, dans le mode de réalisation illustré, en une feuille 27 de maté riau absorbant les neutrons thermiques, en cadmium par exemple et une couche de matériau modérateur 29 en polyéthylène par exemple. La feuille de cadmium 27 absorbe les neutrons thermi ques ambiants et les neutrons rapides parasites thermalisés par la couche de modérateur 29. On précise que l'épaisseur de matériau modérateur à interposer entre la couche 21 de matériau lourd et les détecteurs 25, dépend du spectre d'émission de neutrons des produits de fission éventuellement contenus dans le réfrigérant arrivant à la conduite 15 et de celui des neutrons constituant le bruit de fond. Ainsi, les épaisseurs effet e2 de modérateur sont déterminées de façon à favoriser au maximum la détection des neutrons différés émis par les iodes et les bromes dont les énergies sont comprises principalement entre 250 et 400 keV. On précise que les détecteurs 25 peuvent être suivant les niveaux d'activité à mesurer, des chambres à fission, des compteurs proportionnels à dépôt de bore ou à hélium, ces derniers étant protégés contre les rayonnements gamma par la couche 21 de matériau lourd. Le dispositif de l'invention tel que décrit précédemment, peut de façon avantageuse comporter une possibilité de mesure du rayonnement gamma au moyen d'un détecteur à scintillation ou d'un détecteur semiconducteur tel que""par exemple, une diode germanium compensée au lithium. Pour cela un collimateur en plomb 31 est placé devant l'extrémité en U de la conduite 15, ce collimateur étant associé à un chateau de plomb 33 dans lequel est logé un ensemble de détection 35 de rayonnements gamma constitué soit par un scintillateur équipé de son photomultiplicateur, soit par une diode Ge-Li équipée d"un cryostat permettant de faire de la spectrométrie gamma En ce qui concerne l'ensemble de mesure du dispositif on précise qu'à chaque détecteur 25 ou à un groupe de détecteurs 25 montés en parallèle est associée une channe de mesure compor tant des moyens d'amplification, de mise en forme et de discrimination et deux intégrateurs respectivement linéaire et logarithmique associés chacun à des enregistreurs.Chaque chalne de mesure est en outre équipée d'au moins un déclencheur à seuil destiné à commander des dispositifs d'alarme pour un dépassement par lets) détecteur(s) d'un taux de comptage donné. De mimez le détecteur d'activité y est associé à une chaste de mesure analogue à celles des détecteurs neutroniques, cette chaste étant également équipée de déclencheurs à seuil. Selon une disposition particulière de l'invention, la conduite 15 est disposée à l'intérieur de l'ensemble modé- rateur-détecteur 17 se présentant sous la forme d'un bloc parallélépipédique de façon telle que 11 angle entre le plan de la conduite et chacune des faces du bloc soit égal à 450, les détecteurs 25 étant répartis parallélement à une ou plusieurs faces du bloc en conservant une épaisseur appropriée de modé- rateur entre deux détecteurs consécutifs. La disposition particulière précitée du dispositif de l'invention est très avantageuse lorsqu'il convient, pour une conception et une association appropriées des déclencheurs à seuil de n voies de mesure correspondant chacune à un détecteur ou à un groupe de détecteurs 25, de ne déclencher une action de sécurité qu'en cas de dépassements simultanés d'un certain taux de comptage dans un nombre donné n' des n voies de mesure de façon à éliminer les alarmes erratiques, les n voies de mesure pouvant etre soit des voies neutrons, soit des voies neutrons plus gamma. En effet, dans ce cas, les détecteurs ou groupes de détecteurs des ns voies de mesure voient les branches de la conduite 15 sous le mreme angle. D'autre part, on voit sur la figure 2 qu'en vue du contrôle du fonctionnement des détecteurs 25 et de l'ensemble de mesure et éventuellement d'un contrôle particulier des détecteurs 25 après fermeture de la vanne 14, un passage 40 est prévu dans le dispositif entre l'ensemble modérateur-détecteur 17 et la conduite 15 pour permettre temporairement la mise en place, au niveau de l'axe autour duquel sont répartis les détecteurs, de sources de contrôle (neutrons et gamma) d'activité connue, ces sources étant stockées dans un chateau de protection 43 prévu en partie basse de l'ensemble modérateur détecteur. Sur la figure 4, on a représenté un ensemble de nature pneumatique destiné à assurer la mise en place dans le passage 40 des sources de contrôle d'activité connue. Sur la figure 4, on voit que cet ensemble comporte un tube pneumatique 45 logé dans le passage 40 et le chateau de protection 43, ce tube étant adapté au déplacement d'une navette 47 comportant les sources de contrôle entre une position basse de stockage dans le chateau de protection 43 et une position haute de mesure définie par un joint 48 -prévu dans le tube 45 au niveau du collimateur 31. Un conduit d'alimentation en air comprimé 49 comportant une vanne d'isolement 51, un filtre 53, un orifice 55 agissant comme limiteur de débit et un volume tampon 57 est relié d'une part, à l'extrémité inférieure du tube pneumatique 45 et d'autre part à l'entrée d'une électrovanne trois voies 59 dont la sortie S1 débouche à l'air libre et dont la sortie S2 est reliée par un conduit 58 à l'extrémité supérieure du tube 45. Lorsque l'ventrée E de l'électrovanne 59 communique avec la sortie S2, la navette 47 est en position basse de stockage dans 1 t enceinte de protection. Lorsque les sorties 51 et S2 de l'électrovanne 59 communiquent, l'entrée E étant fermée, la navette monte en position haute de mesure et assure, en coopérant avec le joint 48, l'étanchéité de la portion du tube 45 comprise sous la navette 47, ce qui a pour effet d'annuler le débit, La navette reste alors en position de mesure avec la pression d'air comprimé d'un côté et l'air libre de l'autre. Lorsque l'entrée E de l'électrovanne est à nouveau en communication avec la sortie S2, il se produit une arrivée d'air dans la partie supérieure du tube 45. La navette descend de la position de mesure à la position de stockage sous l'effet de la pression dynamique initiale d'air comprimé puis par gravité lorsque les pressions de part et d'autre de la navette sont équilibrées. A la sortie du tube pneumatique 45, un diaphragme 65 limite le débit pour permettre l'établissement d'une contre pression quand les sorties S et S2 de i'électrovanne communi quent entre elles. En position de mesure, la navette actionne une tige 67 qui ferme un contact électrique 61 indicateur de fin de course tandis qu'en position de stockage, la navette actionne directement un contact électrique 63 indicateur de fin de course. On peut noter que l'ensemble décrit ci-dessus a l'avantage de limiter la consommation d'air comprimé puisqu'il est conçu de façon telle qu'il nty ait une consommation d'air comprimé que pendant le déplacement de la navette, la navette occupant deux positions stables sans aucune consommation d'air comprimé. De plus, par sécurité, en cas de vidange du circuit lorsque la navette est en position haute, celle-ci redescend automatiquement par gravité dans sa position basse de stockage. REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrôle de la concentration en produits de fission d'un fluide, caractérisé en ce qu'il comporte - - une conduite calorifugée en U destinée à etre parcourue -par le fluide, - au moins un détecteur (ou groupe de détecteurs) de l'activité neutronique dudit fluide, chacun des détecteurs étant disposé, à proximité de 11 extrémité en U de ladite conduite, dans une couche de matériau modérateur entourant ladite conduite et séparé de cette dernière par une couche de matériau absorbant les rayonnements y, - des moyens de sécurité pour déclencher une action de sécurité en cas de dépassement d'un taux prédéterminé de comptage par au moins un détecteur, - des moyens de mesure de l'activité neutronique détectée par chacun desdits détecteurs ou groupe de détecteurs. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins un détecteur de l'activité y du fluide, des moyens de mesure de l'activité y détectée par le détecteur et des moyens de sécurité pour déclencher une action de sécurité en cas de dépassement d'un taux prédéterminé de comptage par le détecteur. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit détecteur de l'activité y du fluide est disposé devant l'extrémité en U de ladite conduite et associé à cette dernière par l'intermédiaire d'un collimateur traversant lesdites couches de matériau modérateur et de matériau absorbant les rayonnements y. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte n détecteurs (ou n groupes de détecteurs) disposés dans des plans formant un angle de 450 avec le plan de ladite conduite et en ce que lesdits moyens de sécurité ne déclenchent une action de sécurité qu'en cas de dépassement d'un taux prédéterminé de comptage par certains des n détecteurs (ou groupes de détecteurs) simultanément. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite couche de-matériau modérateur dans laquelle sont placés lesdits détecteurs est entourée de deux écrans protecteurs respectivement constitués d'une feuille absorbant les neutrons thermiques et d'une couche de matériau modérateur de neutrons 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de contrôle des détecteurs et des moyens de sécurité et de mesure comportant une source de neutrons d'activité connue etfou une source y d'activité connue et des moyens pneumatiques pour transférer la(les) dite(s) sources entre une position-de stockage située au-delà desdits écrans protecteurs dans une enceinte de protection et une position de mesure vis-à- vis desdits détecteurs. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens pneumatiques sont conçus de façon à ce qu'ils maintiennent la(les source(s) en position de stockage ou en position de mesure sans consommation-d'air comprimé. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comporte - un tube pneumatique adapté au transfert d'une pièce support de lc (des) source(s), ce tube présentant un point haut et un point bas et ayant une configuration telle que ladite pièce puisse se déplacer par gravité, - des moyens internes audit tube de retenue de ladite pièce en position basse de stockage, - des moyens internes audit tube de retenue de ladite pièce en position haute de mesure, ces moyens assurant l'étanchéité de la partie du tube comprise sous ladite pièce lorsque cette dernière est en position haute de mesure, - des moyens d'admission d'air comprimé à l'extrémité inférieure dudit tube, - des moyens d'admission d'air comprimé à l'extrémité supérieure dudit tube, - des moyens pour mettre en communication la partie supérieure dudit tube avec l'atmosphère ambiante. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens d'admission d'air comprimé sont respective ment constitués par un premier conduit débouchant dans l'extrémité inférieure du tube, ce conduit étant muni d'une vanne d'isolement et par un deuxième conduit débouchant dans 1'extrémité supérieure du tube, ce deuxième conduit étant muni d'une électrovanne à trois voies pour la mise en commu -nication de la partie supérieure du tube avec l'atmosphère ambiante.