Brevet FR2468164A1 — publié le 19810430

La présente invention concerne un générateur de fonction exponentielle ainsi qu'une application de ce générateur à la simulation de divergence d'un réacteur nucléaire, pour l'étalonnage d'un réactimètre. Ce générateur, qui s'applique particulièrement à la simulation de divergence d'un réacteur nucléaire, pour l'etalonnage d'un réactimètre, peut également s'appliquer à tous les domaines qui nécessitent la génération, en temps réel, d'une exponentielle : ce peut etre le cas en thermodynamique ou il est nécessaire de représenter les variations par rapport au temps de gradients de températures, en physique nucléaire, là où il est nécessaire de représenter l'atténuation du débit de fluence neutronique par rapport au temps, etc... En neutronique, un réactimètre sert à mesurer la réactivité, ce qui permet d'accéder aux caractéristiques neutroniques principales d'un réacteur, telles que : l'efficacité des barres de contrôle, l'efficacité différentielle du Bore, le coefficient de température du modérateur, etc.. Compte tenu de l'importance de ces paramètres pour le pilotage d'un réacteur, le bon fonctionnement et la précision du réactimètre doivent etre vérifiés très attentivement avant et pendant les phases de son utilisation. Au démar rage d'un réacteur, le réactimètre est utilisé au cours de deux phases : l'une de ces phases concerne des essais physiques du réacteur hors puissance, l'autre phase concerne des essais physiques du réacteur à puissance intermédiaire.Lors des essais physiques hors puissance, le réac timètre est vérifié de la manière suivante : on effectue une divergence et on compare la réactivité mesurée par le réactimètre à la réactivité calculée à partir d'une mesure au chronomètre du temps de doublement du réacteur. Si les deux résultats ne correspondent pas, on change la contribution globale des neutrons retardés, à l'aide d'un poten tiomètre de réglage sur le réactimètre. Cette mesure au chronomètre est peu précise, notamment à cause de l'er- reur expérimentale, elle est sujette à caution car elle n'est valable que si le f-lux de neutrons croit exponentiellement ; enfin, elle entraine une perte de temps de quelques heures, qui ntest pas du tout négligeable dans la durée des essais physiques.Le temps TD de doublement est celui pour lequel le débit de fluence neutronique a doublé. Afin d'éviter ces inconvénients, il est possible d'utiliser un tédémètre qui permet de déterminer avec précision les temps de doublement ; toutefois, ce télémètre ne permet pas de vérifier le comportement du réactimètre lors d'essais à puissance intermédiaire. Lorsque le réactimètre est utilisé dans la phase d'essais physiques à puissance intermédiaire, entre 5 et 100% de la puissance nominale du réacteur, il n'est pas vérifié et on court alors le risque de faire des mesures erronées. Ces inconvénients montrent tout l'intérêt de simuler la divergence d'un réacteur, notamment grâce à un générateur délivrant une fonction exponentielle de la forme V = Vo 2 TD Cette simulation de divergence permet, lors des essais' physiques hors puissance, et avant même le début de ces essais, de vérifier le bon fonctionnement du réactimètre et de l'étalonner. Lors des essais physiques en puissance, cette simulation permet de vérifier également le bon fonctionnement du réactimètre qui peut être déconnecté de la sortie des chaînes de puissance, pour vérification. Enfin, en cours d'exploitation normale d'un réacteur nucléaire, cette simulation permet de vérifier le réactimètre avant toute utilisation. Des générateurs de fonction exponentielle existent dans l'état connu de la technique.Ils sont difficiles à ajuster, présentent des dérivés de zéro et um précision peu compatible avec les résultats recherchés. Ces générateurs sont généralement constitués par des circuits compliqués et cou- teux utilisant par exemple un grand nombre de diodes ; outre cet inconvénient, ces circuits ne permettent pas de délivrer une fonction exponentielle, avec une grande précision. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et notamment de réaliser un générateur de fonction exponentielle par rapport au temps, -applicable à la simulation de divergence d'un réacteur nucléaire, pour l'étalonnage d'un réactimètre. Ce générateur présente une structure simple et permet d'obtenir des fonctions exponentielles avec une~très grande précision. L'invention a pour objet un générateur de fonction exponentielle par rapport au temps, caractérisé en ce qu'il comprend un registre numérique à entrées et sorties para- laies, chargé initialement par une valeur numérique prédéterminée initiale correspondant à la valeur initiale de l'exponentielle, des moyens pour incrémenter le contenu du registre à des instants successifs séparés par des intervalles de temps de durée fixe prédéterminée, d'une quantité correspondant à la multiplication de la valeur contenue dans le registre à un instant considéré, par un coefficient numérique fixe et prédéterminé, correspondant à la progression souhaitée de la valeur numérique de la fonction pendant ladite durée et une horloge de commande reliée au moyen d'incrémentation et délivrant des impulsions de fréquence fixe à partir desquelles est délimitée ladite durée. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens d'incrémentation comprennent des moyenS de commande d'écriture et-de lecture du contenu du registre, commandés par l'horloge, un premier multiplieur apte à enregistrer ledit coefficient numérique et dont les entrées sont reliées aux sorties du registre, un additionneur relié respectivement par ses entrées aux sorties du premier multiplieur et du registre, les sorties de l'additionneur étant reliées aux entrées du registre. Selon une autre caractéristique, le générateur comprend en outre des moyens pour ajouter périodiquement une unité au dernier chiffre de poids le plus faible conte nu dans le registre, lorsque le contenu du registre a subi un nombre prédéterminé d'incrémentations. Selon une autre caractéristique, ce générateur comprend aussi un convertisseur numérique-analogique dont les entrées sont connectées aux sorties du registre et dont la sortie délivre un signal analogique dont l'amplitude représente les variations de la fonction exponentiella par rapport au temps. Selon une autre caractéristique, le générateur comprend un amplificateur permettant d'ajuster la gamme de sortie à la valeur désirée, cet amplificateur étant choisi de manière à ne pas altérer les caractéristiques de lten- semble. Enfin ce générateur s'applique à la simulation de divergence d'un réacteur nucléaire, pour l'étalonnage d'un réactimètre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui-va suivre, donnée à titre purement illustratif, en référence à la figure annexée qui représente schématiquement un générateur de fonction exponentielle conforme à l'invention, appliqué à l'étalonnage d'un réactimètre. En référence à la figure, on a représenté un générateur 1 de fonction exponentielle, conforme à l'invention, appliqué à l'étalonnage d'un réactimètre 2. Ce réac timètre est un appareil couramment utilisé pour connaitre les caractéristiques physiques du coeur d'un réacteur nu nucléaire, lors d'un premier démarrage ou d'un redémarrage de ce réacteur. A partir d'un signal issu des chambres d'ionisation externes au réacteur, il permet de calculer la réactivité du réacteur, pour un état donné du combustible.L'étalonnage de cet appareil est généralement effectué, comme on l'a mentionné plus haut, par une méthode expérimentale ; on provoque un échelon de réactivité en manoeuvrant les barres de commande, et on détermine la réactivité par mesure du temps de doublement TDau moyen d'un tédémètre ou d'un chronomètre, en appliquant la relation de Nordheim du réacteur. Comme on le verra par la suite,le générateur de fonction exponentielle conforme à l'invention permet d'effectuer cet étalonnage, sans recourir au réacteur, pour tout état d'usure du combustible. A cet effet, le générateur de fonction exponentielle conforme à l'invention, fournit au réactimètre un signal t exponentiel de la forez V = Vo 2 TD S représentatif de l'évolution du débit de fluence ' neutroniqùe en régime dynamique établi, correspondant à une réactivité connue ; il permet de comparer cette réactivité connue à celle qui est mesurée par le réactimètre. Le générateur de fonction exponentielle comprend un registre numérique 3, à entrées et sorties parallèles, qui est chargé initialement par une valeur numérique prédéterminée initiale correspondant à la valeur initiale de l'exponentielle à obtenir.Des moyens 4 permettent d'incrémenter le contenu du registre, à des instants successifs séparés par des intervalles de temps de durée fixe prédéterminée ; chacune de ces incrémentations correspond à la multiplication de la valeur contenue dans le registre à un instant considéré, par un coefficient numérique fixe et prédéterminé correspondant à la progression souhaitée de la valeur numérique de la fonction, pendant la durée considérée. Une horloge 5 permet de commander les moyens d'incrémentation ; cette horloge délivre des impulsions de fréquence-fixe à partir desquelles est délimitée la durée considérée.Les moyens d'incrémentation 4 comprennent des moyens de commande d'écriture et de lecture 6, du registre 3, commandés par l'horloge 5 ; un premier multiplieur 7 permet de multiplier le contenu du registre par un coefficient numérique constant correspondant à une fraction numérique 1 du contenu de ce registre. La valeur numérique de cette K fraction est enregistrée dans le premier multiplieur, sur une entrée 8 de celui-ci. Les sorties 9 du multiplieur 7 sont reliées à des entrées 10 d'un additionneur 11, qui présente en outre des entrées 12 reliées aux sorties du registre 3. Ces moyens d'incrémentation comprennent en outre des moyens 14 qui permettent d'ajouter périodiquement une unité au dernier chiffre de poids le plus faible contenu dans le registre, lorsque le contenu de celui-ci a subi un nombre prédéterminé dtin- crémentations. Ces moyens 14 peuvent être constitués par exemple par un diviseur de fréquence dont l'entrée est reliée à la sortie de commande d'écriture d'un circuit logique d'écriture- lecture 18.La sortie des moyens 14 est reliée å une entrée 16 de l'additionneur 11, de manière que celui-ci, ajoute au dernier chiffre de poids le plus faible contenu dans le registre 3, la valeur 1 . Les moyens d'écriture et de lecture du registre 3 peuvent être constitués par exemple par un diviseur de fréquence 17 commandant un circuit logique d'écriture et de lecture 18, dont la sortie est reliée à une entrée d'écriture et de lecture du registre 3.Le générateur comprend également un convertisseur numérique-analogique 19 dont les entrées sont reliées aux sorties du registre 3, la sortie 20 du convertisseur 19 délivra un signal analogique dont l'amplitude représente les variations par rapport au temps, de la fonction expo nentielle dont la valeur initiale VO a été enregistrée dans le registre 3 et la raison dans le diviseur 17. Ce générateur de fonction exponentielle comprend aussi un amplificateur 22 à niveau réglable,pour ajuster le niveau de sortie, à la gamme d'étalonnage désirée. Cet amplificateur présente une impédance d'entrée et une impédance de sortie adaptées aux impédances du convertisseur 20 et du réactimètre 2, dans l'exemple représenté. La sortie de cet amplificateur est reliée à une entrée de mesure du réactimètre 2.Enfin, dans son application à ltétaldnnage du réactimètre, le générateur comprend des moyens 23 qui permettent d'interrompre les ordres d'écriture du circuit 18 commandant l'incrémentation du registre 3, à partir de l'instant tx où le comparateur 24 a décelé l'égalité entre le contenu du registre 3 et la valeur limite prédéterminée 21. Le générateur fonctionne de la manière suivante à l'instant to = O, la valeur numérique initiale de la fonction exponentielle à obtenir, est contenue dans le registre 3. A l'instant t1, fixé par le diviseur de fréquence 17 en fonction de la fréquence des impulsions d'horloge 5, le contenu initial du registre est multiplié par une valeur 1/k prédéterminée, correspondant à la progression souhaitée de l'exponentielle. Ce coefficient 1 provient de k l'entrée 8 du premier multiplieur 7.Ainsi, si VO désigne la valeur initiale de l'exponentielle souhaitée, à l'instant t1, la sortie 9 du premier multiplieur 7 délivre la valeur numérique# VO ~à cet instant, l'additionneur il re- çoit d'une part la valeur numérique VO en provenance du registre 3, et d'autre part la valeur-numérique ~- en pro- venance du premier multiplieur 7. Il en résulte qu'en sorties de l'additionneur 11, à l'instant tl, le registre V 3 est rechargé par la valeur numérique 'lo > .La même opération est alors effectuée à partir de cette nouvelle valeur contenue dans le registre 3 a l'instant t2 ; cet instant t2 est bien entendu défini comme précédemment, en fonction de la fréquence des impulsions d'horloge 5 de manière que t1 - to = t2 - t1 ... ; à cet instant t2, le registre est rechargé par la valeur numérique : ti k Ces opérations continuent aux instants t3, t4, etc.... définis par l'horloge 5, le diviseur de fréquence 17 et les moyens d'écriture-lecture 18. La sortie du registre 3 délivre des valeurs numériques représentant une fonction exponentielle par rapport au temps de la forme : V = Vo(1 + 1 > t/T w T étant la période des impulsions en sortie du diviseur 17. Ces valeurs numériques sont converties en un signal analogique dans le convertisseur 19. Comme le registre 3 a une capacité finie, et comme le nombre de décimales croît sans cesse à chaque incrémentation, il est possible grâce aux moyens 14, d'ajouter une unité de poids le plus faible au contenu du registre, lorsque celui-ci a subi un nombre prédéterminé d'incrémentations, égal à 2; le diviseur de fréquence 14, est diviseur par 2.Dans l'application à i talonnage du réactimètre 2, si TD désigne le temps de doublement du débit de tfluence neutronique d'un réacteur, et si Vo désigne la valeur initiale de la tension d'étalonnage du réactimètre, la fonction exponentielle nécessaire à ltétalonnage de ce réactimètre qui représente une variation de tension V en fonction du temps t s'exprima par la relation : t 7 V = Vo.2 D Le coefficient 1/k introduit dans le multiplieur 7 représente un multiple de la base du système numérique (1 en décimal, 1/2m en binaire, etc...), ce qui, pour un temps de doublement Td donné à priori, fixe la période T à la sortie du diviseur 17 commandé par l'horloge 5, tandis que le temps t est fixé par l'horloge 5 pilotée par un oscillateur à quartz, non représenté. La valeur numérique initiale introduite dans le registre à décalage 3 est égale à VO. Si le réactimètre est correctement étalonné, la réactivité calculée par ce dernier doit être égale à la réactivité qui correspond à l'évolution transitoire du flux neutronique ou de la tension élaborée par le générateur de fonction expo nentielle qui vient d'être décrit, en appliquant la relation bien connue de Nordheim du réacteur p = f (Td) pour une usure donnée du combustible. Par contre si les deux indications ne concordent pas, il est nécessaire d'agir sur le réglage approprié du réactimètre et de reprendre l'opération précédente jusqu'à coincidence des indications obtenues. Il est bien évident que le générateur de fonction exponentielle qui vient d'être décrit peut servir à d'autres applications, puisque des signaux analogiques à variation exponentielle par rapport au temps, sont disponibles sur la sortie 27 de l'amplificateur 22; Il est bien évident aussi que le générateur qui vient d'être décrit et qui génère une fonction exponentielle croissante, par incrémentation du registre 3, peut de la mme façon générer une exponentielle décroissante, par décrémentation du contenu de ce registre. Cette décrémentation peut être obtenue par exemple en enregistrant dans le multiplieur 7 un coefficient 1 de valeur négative. REVENDICATIONS 1. Générateur de fonction exponentielle par rapport au temps, caractérisé en ce qu'il comprend un registre numérique à entrées et sorties parallèles, chargé initialement par une valeur numérique prédéterminée initiale correspondant à la valeur initiale de l'exponentielle, des moyens pour incrémenter le contenu du registre, à des instants successifs séparés par des intervalles de temps de durée fixe prédéterminée, d'une quantité correspondant à la multiplication de la valeur contenue dans le registre'à un instant considéré, par un coefficient numérique fixe et prédéterminé, correspondant à la progression souhaitée de la valeur numérique de la fonction pendant ladite durée, une horloge de commande reliée au moyen d'incrémentation et délivrant des implusions de fréquence fixe à partir desquelles est délimitée ladite durée. 2. Générateur selon la revendication 1, caractéri sé en ce que les moyens d'incrémentation comprennent des moyens de commande d'écriture et de lecture du contenu du registre commandés par horloge, un premier multiplieur apte à enregistrer ledit coefficient numérique et dont les entrées sont reliées aux sorties du registre, un additionneur relié respectivement par ses entrées aux sorties du premier multiplieur et du registre, les sorties de cet additionneur étant reliées aux entrées du registre. 3. Générateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'incrémentation comprennent en outre des moyens pour ajouter périodiquement une unité au dernier chiffre de poids le plus faible contenu dans le registre, lorsque le contenu de registre a subi un nombre prédéterminé d'incrémentations. 4. Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un convertisseur numérique-analogique dont les entrées sont connectées aux sorties du registre et dont la sortie délivre un signal analogique dont l'amplitude représente les vacations de la fonction exponentielle par rapport au temps. 5. Générateur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un amplificateur adapté de sortie, à niveau de sortie réglable, connecté à la sortie du convertisseur analogique-numérique. 6. Application du générateur conforme à la revendication 5, à la simulation de divergence d'un réacteur nucléaire, pour l'étalonnage d'un réactimètre dont une entrée de mesure est connectée à la sortie du deuxième multiplieur.