Brevet FR2461337A1 — publié le 19810130

La présente invention est relative à une métho- de de localisation d'un barreau fuyard dans un assemblage de com- bustible nucléaire. Le combustible nucléaire se trouve généralement sous la forme de tubes étanches comprenant un empilement de pastilles et un plénum destiné à recueillir les produits de fis- sion gazeux qui s'échappent des pastilles pendant le fonction- nement du réacteur nucléaire. Ces tubesdénommés "barreaux" dans la présente description, sont assemblés en grappe suivant un réseau régu- lier de géométrie carrée ou triangulaire p.e.> le tout formant un assemblage de barreaux. En régime de production, le réacteur nucléaire est arrêté régulièrement pour assurer le déchargement d'une par- tie des assemblages, les plus usés, et leur remplacement par des assemblages frais. Pour des causes diverses, certains barreaux peu- vent perdre leur étanchéité en cours de fonctionnement du réac- teur. Ils laissent alors échapper des produits de fission gazeux radioactifs dont l'accumulation dans le circuit primaire de refroidissement du réacteur rendrait l'accès à ce dernier de plus en plus difficile. Ceci est une des raisons pour laquelle les ex- ploitants de centrales nucléaires procèdent à un examen des as- semblages au moment du déchargement des réacteur, notamment quand la radioactivité de leur circuit primaire dépasse certaines normes préétablies. Par cet examen, ils séparent les assemblages fuyards des assemblages sains. Par"assemblagoEfuyards"il.y a donc lieu d'entendre les assemblages susdits dont au moins un barreau ne présente plus l'étanchéité requise. Des procédés dits de "wet sipping" ou de "dry sipping" sont généralement utilisés pour effectuer un tel examen. L'assemblage examiné est placé dans des conditions telles que la contamination,par les produits de fission gazeux radioactifs, de l'eau ou de l'air ayant été en contact direct avec les bar- reaux puisse être mesurée, soit en faisant passer cette eau ou cet air devant un détecteur de rayons-{, soit en extrayant des échantillons d'air ou a'eau dans lesquels on mesure la radioacti- vité. Le plus souvent, les assemblages fuyards, même s'ils ne sont pas complètement usés, ne sont pas rechargés dans le réacteur nucléaire. Ainsi, l'existence d'un barreau fuyard peut pénaliser tout un assemblage, soit environ 300 barreaux pour un réacteur du type PWR ( "pressur-ed water reactor"), envi- ron 50 barreaux pour un réacteur du type BWR ("boiling water reactor") et environ 250 barreaux pour un réacteur du type FBR (" Fast Breeder Reactor ") La présence de tels-barreaux fuyards'dans cer- tains assemblages a donc une incidence financière importante sur les frais d'exploitation d'une centrale nucléaire. Un autre problème, moins lourd financièrement peut-être, mais auquel des contraintes de sécurité de plus en plus lourdes seront associées à l'avenir, est le transport d'as- semblages fuyards et leur acceptation dans des usines de retrai- tement. Ce problème sera d'autant plus crucial que les assembla- ges seront stockés longtemps avant de pouvoir être acceptés par une telle usine de retraitement. Un des buts essentiels de la présente invention est de présenter une méthode permettant de remédier aux inconvé- nients décrits sommairement ci-dessus. A cet effet, suivant l'invention, pour chacun des barreaux d'un assemblage, on mesure la radioactivité d'au moins deux rangées distinctes de barreaux dans lesquelles le barreau considéré se trouve et on localise un barreau fuyard par la dé- tection d'une réduction de la radioactivité dans les rangées examinées o ce barreau se trouve par rapport à la radioactivité d'une rangée identique de barreaux non fuyards. Suivant une forme de réalisation préférée de l'invention, on mesure la radioactivité des produits de fission gazeux accumulés dans le plénum des barreaux. Avantageusement, on mesure le rayonnement-T émis par ces produits de fission. L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre de la méthode susdite qui comprend au moins un détecteur de radioactivité disposé derrière un collima- teur tel que seuls les plénums de barreaux se situent dans la zone de vision du détecteur. Suivant une forme de réalisation particulière de l'ins- tallation suivant l'invention,le détecteur et l'assemblage sont montés de manière à pouvoir se déplacer l'un par rapport à l'autre,suivant une direction transversale à l'axe des barreaux. D'autres détails et particularités de l'invention res- sortiront de la description donnée ci-après, à titre d'exemples non limitatifs,avec référence aux dessins annexés,de quelques for- mes de réalisation particulères du procédé et de l'installation sui- vant l'invention pour la localisation de barreaux fuyards dans un assemblage de combustible nucléaire. La figure 1 est une vue en élévation d'une re- présentation schématique d'une forme de réalisation particuliè- re d'une méthode et d'une installation correspondante pour la localisation d'un barreau fuyard dans un assemblage de combusti- ble nucléaire. La figure 2 est une vue en plan schématique suivant la ligne II-II de la figure 1. La figure 3 est également une vue en plan sché- matique dans laquelle cependant l'assemblage des barreaux a subi une rotation d'un angle de 90 autour d'un axe vertical. La figure 4 est une représentation graphique de l'activité- r de deux séries de rangées perpendiculaires l'une à l'autre de barreaux d'un assemblage. La figure 5 est une autre représentation gra- phique de l'activités de deux séries de rangées de barreaux perpendiculaires l'une à l'autre. La figure 6 est une vue schématique,en coupe verticale, avec brisures partielles d'une forme de réalisation particulière d'une installation pour la localisation de barreaux fuyards dans un assemblage de combustible nucléaire. Dans les différentes figures, les mêmes chiffres de référence désignent des éléments analogues ou identiques. D'une façon générale, la méthode de localisation suivant l'invention d'un barreau fuyard dans un assemblage de combustible nucléaire consiste à mesurer, pour chacun des bar- reaux de cet assemblage, la radioactivité, notamment l'activité-r, d'au moins deux rangées distinctes de barreaux de cet assemblage, dans lesquels le barreau considéré se trouve,et à localiser un barreau fuyard éventuel par la détection d'une réduction de la- dite radioactivité dans les rangées examinées o ce barreau se trouve,par rapport à la radioactivité d'une rangée identique de barreaux non fuyards. Plus particulièrement,on mesure la radioactivité des produits de fission gazeux accumulés dans le plénum des barreaux, ces dernies se trouvant soit dans une cuve de désactivation conte- nant un réfrigérant(eau,sodium,..)soit dans une cellule blindée. Les figures 1 à 5 permettent d'illustrer une forme de réalisation particulière de cette méthode. La figure 1 montre,schématiquement, un assem- blage 6 de cinq rangées A, B, C, D et E de barreaux contenant une matière fissile 7 surmontée d'un plénum 8 dans lequel sont recueillis des produits de fission gazeux qui s'échappent de la matière fissile pendant le fonctionnement d'un réacteur nucléai- re. Ces barreaux sont assemblés en grappe suivant un réseau régulier de géométrie carrée,les moyens d'assemblage n'étant cependant pas représentés aux figures. Parmi les produits de fission gazeux accumulés dans le plénum, certains sont radioactifs et émettent des rayon- nements-. Ceux d'énergies élevées,par exemple supérieures à 500 keV, traversent sans peine les matériaux de structure de l'assemblage au niveau des plénums 8. Un détecteur de rayonnements-r 9,dûment protégé con- tre les rayonnements environnants,est disposé derrière un collima- teur 10 de dimensions telles que seuls les pléums d'une rangée à la fois de barreaux peuvent se trouver dans le champ de vision 11 du détecteur 9. Ce champ de vision ou de détection 11 présente une allure pyramidale étalée surtout suivant l'axe des barreaux, comme montré clairement aux figures 1 à 3.Ainsi-,laperte de sensibli- té de mesure desrayormments-Y,due àl'é biignement de certains barreaux, 2 4 6 133 7 est au moins partiellement compensée par cette forme pyramidale du faisceau de rayons captés par le détecteur et formant la zone devisàicn ilsusdite.En effet,plus un barreau déterminé est éloigné, plus grande est la section de plénum se trouvant dans la zone de vision 11. Avantageusement,on choisit l'angle solide du collima- teur de manière à compenser approximativement les pertes par absorptionY. On pourrait ainsi réglerà cet égard la dimension de la fente 12 du collimateur 10 suivant l'axe des barres. Pour ce qui concerne la largeur de cette fente 12, elle est imposée par l'activité à mesurer et la précision statistique. Elle sera de préférence nettement inférieure au diamètre extérieur des barreaux afin d'éliminer les effets de bords, tels que flèche des barreaux, centrage d'un ressort non représenté, etc. Le détecteur de rayonnement-> 9 comprend par exemple un cristal NaI, Ge(Li),Ge intrinsèque, Cd.Te, HgI2,.. Il est rac- cordé à un appareil de mesure 12 qui est par exemple formé d'un appareillage d'enregistrement de l'activité totale ou d'un appa- reillage de discrimination des rayonnements-t d'énergies corres- pondant à des produits de fission bien caractéristiques,par exem- ple à l'aide d'un monocanal, d'un multicanal, etc. Le choix de la méthode de mesure dépend essentiellement des con- ditions pratiques de travail, notamment-du type d'assemblage, de la durée d'irradiation, du temps de refroidissement, etc. Les figures 1 à 3 illustrent un exemple pratique de localisation d'un barreau fuyard. Cette méthode consiste à mesurer séparément et successivement l'activités-t des rangées 1 à 5 de l'assemblage 6 s'étendant suivant le sens de la flèche 14 en soumettant par exemple cet assemblage à une translation dans le sens des flèches 15 de manière à ce que les plénums 8 des barreaux de chacune de ces rangées 1 à 5 passent dans la zone de vision 11 du collimateur 10. Ensuite, on fait tourner l'assemblage de bar- reaux 6 d'un angle de 900 autour d'un axe parallèle aOE barreaux comme indiqué par la flèche 16 sur la figure 3ede manière à ce que les barreaux occupent la position relative par rapport au collimateur 10 comme indiqué sur la figure 3. D'une manière analogue, on mesure à nouveau l'activité-Y de chacune des rangées A jusqu'à E s'étendant dans le sens de la flèche 14 en soumettant l'assemblage des barreaux 6 à une translation dans le sens des flèches 15 en regard du collimateur 10. Cette translation peut être continue ou pas à pas. Dans le cas d'une translation continue, la mesu- re de l'activité- peut être portée en graphique comme montré à la figure 4. En ordonnée est donnée l'activité- r tandis qu'en abscisse on montre le déplacement de l'assemblage de barreaux en regard du collimateur 10. Pour la clarté, on a représenté à l'abscisse les repairs des angées 1 à 5 et A à E. Le graphique 18 montre la mesure effectuée comme illustré par la figure 2, tandis que le graphique 19 montre la mesure effectuée,comme illustré par la figure 3. Si on suppose par exemple que l'assemblage com- prend un seul barreau fuyard se trouvant dans la position B4, l'activité-1 des rangées 4 et B;qui contiennent ce-barreau,in- diqueront une réduction de l'activité-',comme indiqué sur la figure 4. Les mesures d'activité-t effectuées en cas d'une translation pas à pas ont été montrées par le graphique de la figure 5 qui permet également de localiser immédiatement le bar- reau fuyard B4. En cas d'une translation pas à pas, la dis-tance entre deux pas successifs doit être sensiblement égale à celle séparant les plans axiaux de deux rangées consécutives de barreaux dans l'assemblage. Dans le cas de la translation et de la rotation d'un assemblage de barreaux 6,le détecteur peut être fixe et,dans ce cas,le collimateur peut être pratiqué dans la paroi 20 de la cuve de désactivation ou de stockage ou de la cellule blindée qui contient cet assemblageau niveau des plénums 8 des barreaux. Cette paroi constitue alors l'essentiel de la protection-' 246133? détecteur 9. Toute-ois,au cas o par exemple le collimateur ne pourrait être pratiqué dans la paroi pour des raisons pratiques, comme variante de la méthode de localisation d'un barreau fuyard suivant l'invention,on pourrait prévoir la translation de l'en- semble formé par le collimateur 10,le détecteur 9 et une protec- tion spéciale du détecteur contre des rayonnements environnants. Dans ce cas,cet ensemble peut par exemple coopérer avec un méca- nisme non représenté aux figures qui permet la translation de cet ensemble à l'intérieur de la cuve de désactivation ou de stockaae ou de la cellule blindée,par exemple le long de la face intérieu- re de la paroi 20 de cette dernière.Il faut donc,dans le cas d'un réseau carré,comme montré aux figures 2 et 3,que ledit ensemble puisse subir deux translations à angle droit dans un sens horizon- tal du côté extérieur de l'assemblage des barreaux. Cet ensemble pourrait même être immergé dans le réfri- gérant contenu dans la cuve précitée. Toutefois,on pourrait combiner la translation de l'as- semblage et de l'ensemble détecteur-collimateur. Dans une telle forme de réalisation le déplacement de l'assemblage de barreaux pourrait par exemple se limiter à une simple rotation autour d'un axe parallèle aux barreaux et la translation d'un ensemble détecteur-collimateur pourrait se li- miter à une seule direction. Si l'ensemble des barreaux présente une géométrie tri- angulaire,la rotation susdite de cet assemblage pourrait se limi- ter à 600 au lieu de 900,tandis qu'en cas d'un assemblage fixe, l'angle formé entre les deux translations de l'ensemble mobile détecteur-collimateur devrait également être de 600. Pour les assemblages de gros volume,la contribution d'un barreau à l'activité d'une rangée est réduite progressive- ment avec l'éloignement par suite de l'absorption-gdans les ma- tériaux de structure et éventuellement dans le réfrigérant.La me- sure suivant quatre faces pour un assemblage de géométrie carrée ou suivant six faces pour un assemblage de géométrie triangulaire permet de confirmer les résultats obtenus sur deux faces,puisqu'un barreau éloigné par rapport à une face est rapproché par rapport à la face opposée. Par ailleurs,il peut être avantageux d'effectuer la mesure suivant les rangéas parallèles aux diagonales pour un assemblage de géométrie carrée. Toutefois, comme déjà signalé ci-dessus,la perte de sensibilité due à l'éloignement d'un barreau déterminé peut être compensée du moins partiellement par la forme pyramidale du champ de vision du collimateur. Si l'absorption-Y dans le réfrigérant conduit à une réduction trop grande de la contribution des derniem barreaux,la réduction de la sensibilité due à cette absorption pourrait être éliminée en évacuant momentanément le réfrigérant de la zone des barreaux devant être soumise à la mesure de la radioactivité, c'est-à-dire des plénums 8. Par ailleurs, si la perte de produits de fission gazeux du barreau fuyard était insuffisante pour que la locali- sation soit indubitable, on pourrait prévoir un échauffement de l'assemblage lors de la mesure de l'activité de manière à pro- duire une fuite plus importante, donc plus aiséeà localiser. Il y a encore lieu de remarquer que l'exemple de localisation représenté graphiquement aux figures 4 et 5 considère un assemblage simpledont les barreaux sont épuisés uniformément. En pratique cependant, les assemblages peuvent contenir des tubes vides, tels que des barres de dontrCle RCC, une instrumentation en pile, etc., qui constituent des irrégula- rités au départ. De plus, les barreaux ne sont généralement pas épuisés uniformément, ce qui contribue, bien entendu, à une ré- partition inégale des activités. Pour un type d'assemblage et un réacteur donnés, il existe peu-de différence d'un assemblage à l'autre, de sorte que les résultats peuvent être rapportés à un assemblage type, non fuyard, afin d'éliminer l'effet desdites irrégularités. Comme déjà signalé ci-dessus, l'invention con- cerne également une installation pour la localisation d'un bar- reau fuyard dans un assemblage de combustible nucléaire. Il résulte déjà des considérations déve- loppées ci-dessus en rapport avec le procédé de localisation 246133? d'un tel barreau qu'une telle installation comprend une enceinte (cuve de stockage ou de désactivation ou cellule blindée) contenant au moins partiellement, un assemblage de barreaux, et au moins un détecteur de rayons- Yedisposé derrière un collimateur de dimen- sions telles que seuls les plénums des barreaux se situent dans la zone de détection ou de vision du détecteur. La figure 6 montre une forme de réalisation particu- lière d'une partie d'une telle installation. Elle comprend une cloche 21 pouvant être placée au- dessus de l'assemblage de barreaux 6 et plongée au moins partiel- lement dans le réfrigérant 22 de la cuve de désactivation ou de stockage, une partie de la protection-t 20 a été représentée là o est prévu le collimateur 10 et le détecteur 9. Cette cloche est raccordée, par sa partie supérieure, à une source de gaz sous pression,non représentée,par une conduite 23, de manière à per- mettre de chasser le réfrigérant en dessous de la cloche jusqu'à un niveau situé en dessous de la zone de vision ou de détection 11 susdite, de façon à réduire l'absorption- Y. Ceci permettrait une meilleure détection de barreaux fuyards dont la perte de produits de fission est relativement réduite. De plus,par une réduction plus importante du niveau du réfrigérant dans la cloche on pourrait obtenir une meilleure dé- tection de barreaux fuyards dont la perte de produits de fission est relativement réduite. L'absence momentanée de réfrigérant au niveau de la matière fissile faciliterait l'échauffement-> au sein de l'assemblage ainsi que l'échappement des gaz de fission des barreaux fuyards. Dans la réalisation particulière d'une installation en cellule blindée, le même effet pourrait être obtenu par chauf- fage de l'assemblage. Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation de la méthode et de l'installation pour la localisation de barreaux fuyards décrits ci-dessus et que bien des variantes pourraient être envisagées sans sortir du cadre du présent brevet. C'est ainsi qu'on pourrait éventuellement pré- voir plusieurs détecteurs pour un même assemblage de barreaux et 2 461337 même un détecteur par rangée dont l'activité est à mesurer. Dans un tel cas, aussi bien les détecteurs que les barreaux pour- raient être maintenus immobiles. Avantageusement les barreaux sont démontables da.ns les assemblages,de manière à permettre de remplacer aisé- ment les barreaux fuyards. REVENDICATIONS. 1.- Méthode de localisation d'un barreau fuyard dans un assemblage de combustible nucléaire,caractériséaen ce que, pour chacun des barreaux d'un assemblage, on mesure la radioactivi- té d'au moins deux rangées distinctes de barreaux dans lestue2s le barreau considéré se trouve et on localise un barreau fuyard par la détection d'une réduction de la radioactivité dans les rangées examinées o ce barreau se trouve par rapport à la radioactivité d'une rangée identique de barreaux non fuyards. 2.- Méthode suivant la revendication 1, caracté- risée en ce qu'on mesure la radioactivité des produits de fission gazeux accumulés dans le plénum des barreaux. 3.- Méthode suivant l'une ou l'autre des reven- dications 1 et 2, caractérisée en ce qu'on mesure le rayonne- ment-o émis par les produits de fission. 4.- Méthode suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisée en ce qu'on effectue la mesure de la radioactivité des barreaux d'un assemblage dans une cuve de désactivation ou de stockage, contenant un réfrigérant, pour les réacteurs à eau, ou dans une cellule blindée pour les réacteurs à neutrons rapides. 5.- Méthode suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisée en ce qu'on évacue le réfrigérant de la zone des barreaux devant être soumise à la mesure de la ra- dioactivité. 6.- Méthode suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisée en ce qu'on fait usage d'assembla- ges démontables, de manière à permettre de remplacer les barreaux fuyards. 7.- Méthode suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle consiste à soumettre un détecteur de rayons- Y et un assemblage de barreaux à un dé- placement relatif suivant une direction transversale, de préfé- rence sensiblement perpendiculaire,à celle de l'axe des bar- reaux de manière à permettre de mesurer, par le détecteur, la radioactivité d'une rangée de barreaux à la fois. 8.- Méthode suivant la revendication 7, caracté- risée en ce que le déplacement susdit est formé par une transla- tion continue de l'assemblage et/ou du détecteur. 9.- Méthode suivant la revendication 7, caracté-. risée en ce que le déplacement susdit est formé par une transla- tion pas à pas d'une distance sensiblement égale à celle séparant les plans axiaux de deux rangées consécutives de barreaux dans l'assemblage, suivant une direction transversale, de préférence perpendiculaire à celle de l'axe des barreaux. 10.- Méthode suivant l'une quelconque des reven- dicztions 1 à 9, caractérisée en ce qu'on chauffe ou on laisse les barreaux s'échauffer avant la mesure susdite de la radioacti- vité. 11.- Installation pour la localisation-d'un bar- reau fuyard dans un assemblage de combustible nucléaire, notamment pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle comprend une cuve contenant un réfrigérant, dans laquelle plonge au moins par- tiellement un assemblage de barreaux, et au moins un détecteur de rayons radioactifs disposé derrière un collimateur de dimensions telles que seuls les plénums de barreaux se situent dans la zone de détection ou de vision du détecteur. 12.- Installation suivant la revendication 11, caractérisée en ce que le détecteur et l'assemblage sont monté de manière à pouvoir se déplacer l'un par rapport à l'autre, suivant une direction transversale, de préférence perpendiculaire à celle de l'axe des barreaux. 13.- Installation suivant l'une ou l'autre des revendications Il et 12, caractérisée en ce que le collimateur est monté dans la paroi latérale de la cuve ou de la cellule, en regard des plénums des barreaux de l'assemblage. 14.- Installation suivant l'une ou l'autre des revendicationsî11 et 12,caractérisée en ce que l'ensemble,formé par le détecteur et le collimateur, est immergé dans-la cuve. 15.- Installation suivant l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisée en ce que le collimateur présente, en regard du détecteur, une fente dont la largeur est inférieureau diamètre extérieur des barreaux, par exemple de l'ordre de 80% de ce dernier. 16.- Installation suivant l'une quelconque des revendications 11 à 15, caractérisée en ce qu'elle comprend une cloche pouvant être placée au-dessus de l'assemblage de bar- reaux et plonger au moins partiellement dans le réfrigérant de la cuve, cette cloche étant raccordée par sa partie supérieure à une arfivée de gaz sous pression, de manière à permettre de chasser le réfrigérant en dessous de la cloche jusqu'à un niveau situé en dessous de la zone de détection susdite.