Brevet FR2416482A1 — publié le 19790831

La présente invention concerne un procédé et un appareil d'analyse permanente d'activité de nucléides. Cet appareil est particulièrement destiné a la surveillance des réacteurs nucléaires. Dans ces réacteurs, le fluide qui sert au transport de chaleur entre le combustible et les échangeurs, est séparé du corrbus tible nucléaire par une gaine métallique. Lorsque cette gaine se fissure, il en résulte une apparition de produits de fission, entrez mement radio-actifs dans le fluide et un gonflement du barreau de combustible. I1 est alors nécessaire de détecter rapidement toute rupture de gaine. Cette détection doit se faire de façon précoce, . On détecte l'apparition de produits de fission dans le fluide par la mesure de leur radioactivité y.Parmi Qs produits de fission on distingue par exemple les xénons, Krypton, iodes,etc... qui sont parti culiêrement abondants et faciles à identifier en dépit de l'activité propre du fluide.L'appareil permet également aux exploitants de réacteurs nucléaires d'avoir une meilleure connaissance de l'état des gaines des éléments combustibles, afin de pouvoir assurer la conduite du réacteur dans les meilleures conditions de puissance délivrée et de sécurité. D2ns le cas, par exemple, des réacteurs à eau pressurisée, il n'est prévu qu 'un arret annuel pour effectuer le renouvellement d'un tiers de oombustible et pour éliminer, par la memte occasion, les éléments combustibles défectueux. L'exploitant ne dispose donc que de la possibilité de maintenir une puissance constante ou de réduire la puissance en cas d'incident sur le combustible.Ces incidents sont par exemple une apparition des produits de fission mentionnés plus haut et qui peuvent entre détectés à partir de l'évolution de l'activité des nucléides correspondants, dans le fluide servant au transport de chaleur. Cette apparition résultant généralement d'une fissure ou d'une rupture de la gaine contenant le conbustible, on saisit immédiatement l'importance d'un appareil de détection précooe d'activité des nucléides. Les procédés et appareils connus d'analyse d'acti- vité de nucléides font généralement intervenir un élément sensible à l'activité de nucléides, qui délivre un signal représentatif de omette activité. Des moyens d'analyse sont généralement oonnectés en sortie de cet élément sensible, de tanière à analyser le signal délivré par cet élément. Les moyens de mesure de 1' activité des nucléides permettent à l'exploitant de juger de l'importance et de la gravité de l'apparition des produits de fission dans le fluide. Ces moyens de mesure sont généralement compliqués. Ils ne permettent pas de repérer l'activité de nucléides différents, par exemple, l'activité due aux produits de fission et celle due auz produits de corrosion, et ils ne permettent pas non plus de réaliser tne analyse permanente de cette activité. La présente invention a pour but de remédier à Qs inconvénients et notamment de disposer d'un procédé et d'un appareil qui permettent de réaliser une analyse permanente de l'activité de nucléides différents ; cet appareil présente, pour uie précision statistique satisfaisante, un temps de réponse peu élevé et permet d'analyser une quantité déterminée de nucléides qui peuvent apparaitre, par exemple, au cours de toute la période de service d'un réacteur nucléaire. L'invention est relative à un procédé d'analyse permanente d'activité de nucléides, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer en permanence l'activité des nucléides puis à calculer les rapports d'activité entre nucléides pris deux à deux. Cette invention a aussi pour objet un appareil d'analyse permanente d'activité de nucléides, caractérisé en Q qu'il comprend des moyens pour mesurer en permanence l'activité des nucléides associés à des moyens pour calculer les rapports d'activité entre nucléides pris deux à deux. Selon une caractéristique particulière, les moyens pour mesurer en permanence l'activité des nucléides comprennent - un élément sensible à-l'énergie des nucléides et délai* vrant des impulsions dont l'amplitude est représentative de cette énergie ; -. un analyseur d'amplStude lié à des canaux mémoires aptes à enregistrer les impulsions, les impulsions de même amplitude, relatives à un nucléide déterminé étant enre gistrées dans des canaux adjacents de sorte que les sorties de ces canaux délivrent un signal en forme de pic dont la surface est représentative de l'activité du nucléide déter miné - des moyens pour calculer la surface de chaque pic représen tartir de l'activité d'lm nucléide et pour éliminer de cette surface la surface correspondant au bruit de fond accompa gnant chaque pic. Selon lne autre caractéristique, les moyens pour calculer la surface de icaque pic représentatif de l'activité d'un nucléide et pour éliminer la surface correspondant au bruit de fond, comprennent un premier calculateur associé à une mémoire de commande dans laquelle sont enregistrées des informations de sélection de canal, de telle sorte que ce calculateur reçoive sur au moins un canal, les informations permettant de calculer la surface du pic et sur deux canaux adjacents à ce pic, les informations permettant de calculer la surface correspondant au bruit de fond accompagnant le pic, de telle sorte que par soustraction des deux surfaces, le calculateur fournisse en sortie un résultat dont la valeur est représentative de l'activité du nucléide considéré. Selon une autre caractéristique avantageuse, les moyens pour calculer les rapports d'activité entre nucléides comprennent - un deuxième calculateur, - une mémoire d'entrée dont les entrées reçoivent les résultats du premier calculateur et dont les sorties sont connectées au deuxième calculateur, - une autre mémoire de commande apte à enregistrer des informations relatives au choix des nucléides prédéter minés pour lesquels des rapports d'activité sont à calculer, ce deuxifne calculateur étant apte à délivrer en sortie les résultats relatifs aux rapports d'activité des nu nucléides prtédétenri nés . D'autres caractéristiques et avantages de 1' in 'ention ressortiront encore de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif, en référence aux dessins annexés sur lesquels -la figure 1 est un diagramme représentant le signal en forme de pic représentatif de l'activité d'un nucléide. - la figure 2 est un schéma par blocs de l'appareil d'analyse permanente d' activité de nucléides, conforme à l'invention. La figure 1 est un diagramme représentant un signal en forme de pic, la surface de ce pic étant proportionnelle à l'activité d'un nucléide dont on suit l'évolution grace à l'appareil de l'invention. C'est à partir de la mesure de cette surface qu'il est possible de déterminer l'activité de tout nucléide. I1 est malheureusement inévitable d'obtenir à la sortie d'un détecteur, un signal non accompagné d'un bruit de fond. I1 est donc indispensable, pour aonnattre avec la plus grande exactitude, l'activité d'un nucléide déterminé, de tenir compte de ce bruit de fond qui accompagne le pic représentatif du nucléide étudié.La surface du pic I utile à la mesure de l'activité est donc sur la figure, celle qui est représentée entre le sommet S de ce pic et la ligne AB, située au bas du pic I et délimitant le bruit de fond qui accompagne oe pic. La surface ABCD située en dessous de la ligne AB représente le bruit de fond accompagnant ce pic. On suppose en premiere approximation, que la totalité de la surface d'un pic I représentant l'activité d'un nucléide est contenue dans X1 canaux de largeur CD, tandis que le bruit de fond qui doit être retranché de la surface de ce pic I est représenté par les surfaces S2, S3, délimitées respectivement sur la figure, en ACKJ et JKDB.On constate que la surface S2 + S3, relative au bruit de fond, est équivalente à la surface S1 + S4. La surface S1 est représentée sur la figure en EACF et la surface 54 est représentée en ,BGHD. Ces surfaces sont contenues dans des canaux X2 et X3 situés immédiatement de part et d'autre du pic I. Pour mesurer l'activité d'un nucléide à partir de la surface d'un pic I, il suffit de mesurer la surface totale du pic I comprise entre le sommet S de cette impulsion et la base CD de celle-ci et de retrancher -de cette surface la somne Si + S4 équivalente au bruit de fond accompagnant le pic I, représentatif de l'activité du nucléide considéré. En référence à la figure 2, on a représenté un schéma par blocs de l'appareil d'analyse permanente d'activité de nucléides, conforme à l'invention. Cet appareil met en oeuvre le principe exposé plus haut. I1 comprend un élément 1, sensible à l'énergie des nucléides ; cet élément sensible délivre des impulsions représentatives de cette énergie, et il peut etre oonstitué par une diode au germanium lithium ou au germanium pur, placée dans un volume de mesure dans lequel circule 1' eau du circuit primaire d'un réacteur nucléaire, par exemple. La sortie de oette diode est connectée à tri analyseur d'amplitude 2, qui classe les raies des nucléides des différents corps suivant leur énergie.Cet analyseur d'amplitude possède des canaux mémoires dans lesquels sont enregistrées les impulsions dont l'amplitude est proportionnelle à l'énergie des nucléides présents dans le volume de mesure. Les impulsions de même amplitude et donc de même énergie sont enregistrées dans des canaux adjacents et forment un pic représentatif d'un nucléide déterminé. Les canaux mémoires constitués de manière connue ne sont pas représentés sur la figure. Comne on la vu précédemment dans la description de la figure 1, c'est grâce au contenu de ces canaux que l'activité de chaque nucléide peut être mesurée à partir de la surface de chaque pic représentatif d'un nucléide et par soustraction de cette surface, de la surface qui correspond au bruit de fond accompagnant chaque pic.Les canaux de sortie de cet analyseur d'amplitude sont reliés à un registre parallèle 3, dans lequel transitent toutes les informations contenues dans les canaux mémoires de l'analyseur d'amplitude. Les sorties de ce registre sont reliées à un premier calculateur 4, asso cié à une mémoire de commande 5 dans laquelle sont enregistrées, à partir de oommandes extérieures 6, des infor mations de sélection de canal. I1 en résulte que grâce à cette possibilité de sélection de canal, l'opérateur peut déclencher la mesure de la surface d'un pic représentatif de l'activité d'un nucléide déterminé, en choisissant les canaux adjacents dans lesquels apparaissent des impulsions de meme amplitude formant un pic, ainsi que les canaux adjacents à creux de ce pic représentatif et dans lesquels sont enregistrées les informations représentatives du bruit de fond accompagnant le pic. Le calculateur 4 reçoit ainsi toutes les informations nécessaires au calcul de l'activité du nucléide considéré, c'est-à-dire toutes les informations nécessaires à la soustraction entre la surface totale du pic représentatif du nucléide et la surface relative au bruit de fond accompagnant ce pic. Les résultats de cette soustraction sont enregistrés dans une mémoire tampon de sortie 7 reliée à un enregistreur 8, par 1' intermédiaire d'un convertisseur numérique-analogique 9. C'est après un temps de stockage réglable que 1' analyseur d'amplitude présente sur sa sortie de registre parallèle le contenu de chacun des canaux. Le calculateur qui est alors actionné par les instructions oontenues dans la mémoire de oommande 5, déclenche la prospection de ces canaux un par un, de tanière à calculer l'activiste de chaque nucléide, à partir de son pic représentatif, tout en éliminant le bruit de fond attaché à chacun de ces pics. Le nombre de voies ou de pics traités dans l'exemple considéré est de 16. Le numéro du premier canal, correspondant à chacune des voies, est programmable. Le nombre de canaux traités par voies peut être de 4, 8, 12, 16 ou 20. Ce nombre bien entendu, est variable pour chacune des voies, en fonction de la résolution dans le calcul de la surface de chaque pic. L'enregistreur.8 de sortie est également un enregistreur à 16 voies ; il permet de visualiser, à partir des résultats enregistrés dans la mémoire tampon de sortie 7, la forme des pics des nucléides détectés, après transformation de ces résultats, grâce au convertisseur numérique analogique 9. La mémoire tampon de sortie garde les résultats pendant tout le temps de stockage et reçoit de nouveaux résultats à la fin de chaque stockage après traitement par le calculateur 4. La mémorisation des informations de commande dans la mémoire 5 peut se faire manuellement avant la mise en marche de l'appareil, ou être modifiée en cours de stockage, sans interruption du fonctionnement. Dans l'exemple décrit, l'analyseur d'amplitude 2 est un analyseur de type BM 96 produit par la Société INTERTECHNIQUE. L'enregistreur 8 a des entrées qui, de façon connue, oomprennent des contacts 18 qui, normalement, commutent automatiquement les mesures à enregistrer.Selon l'invention, ces contacts sont déconnectés du système de mesure et ils peuvent etre oomnandés de manière à adresser la mémoire tampon de sortie 7 selon la-voie que l'on désire prospecter ,l'unique sortie du convertisseur numérique analogique étant reliée directement à l'entrée de mesure de l'enregistreur. L'appareil de détection suivant l'invention comporte également des moyens qui permettent de calculer les rapports d'activité entre nucléides pris deux à deux. Ces mayens sont représentés en 10 sur la figure. Ils comprennent un deuxième calculateur 11, dont rne entrée est connectée à une mémoire d'entrée 12 qui reçoit de la mémoire tampon de sortie 7 du premier calculateur, tous les résultats ooncernant la surface des nucléides détectés. Les moyens 10 comprennent également une autre mémoire apte à enregistrer, sous l'effet d'une commande extérieure 14, des informations concernant le choix de nucléides prédéterminés pour lesquels des rapports d'activité sont à calculer. Ainsi, les rapports d'activité de nucléides pris deux à deux peuvent etre cal culés grace au calculateur 11. Le choix des nucléides dont on veut calculer les rapports d'activité est réalisé grace aux informations contenues dans la mémoire de commande 13. Le calculateur 11 délivre sur sa sortie les résultats relatifs aux rapports d'actif vité calculés pour chaque groupe de deux nucléides prédéterminés. Ces résultats sont enregistrés dans une deuxiès me mémoire tampon de sortie 15, reliée à lpl deuxième enregistreur 16, par 1' intediaire d'un deuxième oon sertisseur numérique analogique 17.Les oontacts 19 com- mandant fes voies de 1' enregistreur 16 sont comme dans l'enregistreur 8 déconnectés de leur système de mesure de manière à Q que, par une commande indépendante extérieure, on puisse choisir les adresses de la mémoire 15 et, dbnc, les canaux relatifs au groupe de deux nucléides, dont on veut calculer les rapports d'activité. L'appareil qui vient d'entre décrit permet de classer les raies de nucléides de différents corps suivant leur activité. Le nombre de nucléides pouvant être analysé est, dans l'exemple de réalisation choisi, égal à 16. En effet, l'enregistreur possède 16 voies d'enregistrement. I1 est bien évident que le nombre de nucléides analysé pourrait être différent avec un enregistreur comportant un plus grand nombre de voies ou en utilisant plusieurs enregistreurs. Lorsque le détecteur est placé devant un volume où circule l'eau du circuit primaire d'un réacteur nucléaire, les premiers oorps dont les nucléides sont repérés en cas de fissure de gaine1 sont en général des éléments gazeux tels que le Krypton ou le xénon. I1 apparaît ensuite des éléments moins volatils et meme solides tels que le Césium, l'iode et le brome, et finalement du neptunium 239, significatif de la présence de oombustible dans le fluide caloporteur.Après un étalonnage de l'appareil au moyen de sources liquides étalons, il est possible de fixer des seuils d'alarme audessus des valeurs absolues d'activité de nucléides choisis. L'appareil permet également, courtine on l'a vu plus haut, d'enregistrer les rapports d'activité de nucléides pris deux à deux et préalablement déterminés et de choisir également des seuils d'alarme au-dessus de ces rapport s d'activité. Les rapports significatifs qui ont été choisis, en exemple, dans l'appareil de l'invention, sont les suivants Kr.88 131 Cs138 Ces CS138 ' 1133 133 ;131 en exemple, mais il est hies éyident que leur liste n'est pas limitative. Dans l'exemple de réalisation, le nombre de nucléides dont on mesure l'activité est égal à 16, et le nombre total de combinaisons dont on dispose pour ef fectuer des rapports d'énergie entre nucléides pris deux à deux est égal à 120. I1 est bien évident que ces nombres ne sont pas limitatifset que dans l'appareil qui vient d'être décrit, les moyens utilisés auraient pu etre remplacés par des moyens équivalents sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICArIONS 1. Procédé d'analyse permanente d'activité de nucléides, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer en permanence l'activité des nucléides puis à calculer les rapports d'activité entre nucléides pris deux à deux. 2. Appareil d'analyse permanente d'activité de nucléides, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour mesurer en permanence l'activité des nucléides associés à des moyens pour calculer les rapports d d'activité entre nucléides pris deux à deux. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pour mesurer en permanence 1 'activité des nucléides comprennent - un élément sensible à l'énergie des nucléides et délivrant des impulsions dont l'amplitude est représentative de cette énergie, - un analyseur d'amplitude lié à des canaux mémoires aptes à enregistrer les impulsions, les impulsions de même amplitude, relatives à un nucléide déterminé,étant enre gistrées dans des canaux adjacents de sorte que les sorties de ces s canaux délivrent un signal en forme de pic dont la surface est représentative de l'activité dn nucléide dé terminé, - des moyens pour calculer la surface de chaque pic repré sentatif de l'activité d'un nucléide et pour éliminer de cette surface la surface correspondant au bruit de fond acoempagnant chaque pic. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en oe que les moyens pour calculer la surface de chaque pic représentatif de l'activité d'un nucléide et pour éliminer la surface correspondant au bruit de fond, comprennent un premier calculateur associé à une mémoire de commande dans laquelle sont enregistrées des informations de sélection de canal, de telle sorte que ce calculateur reçoive, sur au moins un canal, les informations permettant de calculer la surface du pic et sur deux canaux adjacents nts à Q pic, les informations permettant de cal- culer la surface correspondant au bruit de fond accompagnant le pic, de telle sorte que par soustraction des deux surfaces, le calculateur fournisse en sortie un résultat dont la valeur est représentative de l'activité du nu cléide considéré. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en Q que la sortie du calculateur qui délivre les résultats relatifs à l'activité des nucléides est reliée à une première mémoire tampon de sortie, connectée à un premier enregistreur. 6. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en Q que les moyens pour calculer les rapports d'activité entre nucléides oomprennent : - un deuxième calculateur, - une mémoire d'entrée dont les entrées reçoivent les résultats du premier calculateur et dont les sorties sont oonnectées au deuxième calculateur, - me autre mémoire de commande, apte à enregistrer des informations relatives au choix des nucléides prédéter minés pour lesquels des rapports d'activité sont à cal culer, Q deuxième calculateur étant apte à délivrer en sortie les résultats relatifs aux rapports d'activité de nucléides prédéterminés. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en oe que la sortie du deuxième calculateur qui délivre des résultats relatifs aux rapports d'activité entre des nucléides prédéterminés est reliée à une deuxième mémoire tampon de sortie connectée à un deuxième enregistreur. 8. Appareil de détection selon la revendication 5, caractérisé en oe que ledit premier enregistreur est relié à la première mémoire tampon de sortie, par 1' in- tenmédiaire de contactes commandables permettant 1' adres- sage de la lecture des résultats oontenus dans la mémoire tampon de sortie. 9. Appareil de détection selon la revendication 7, caractérisé en Q que le deuxième enregistreur est relié à la deuxième mémoire tampon de sortie par l'inter médiaire de contacts oommandables permettant l'adressage de la lecture des résultats contenus dans la deuxième mémoire tampon de sortie. 10. Appareil de détection selon la revendication 4, caractérisé en oe que ledit premier enregistreur est relié à la première mémoire tampon de sortie par 1' inter- médiaire d'un convertisseur numérique-analogique. 11. Appareil de détection selon la revendication 7, caractérisé en Q que ledit deuxième enregistreur est relié à la deuxième mémoire tampon de sortie par 1' inter- médiaire d'un convertisseur numérique-analogique.