Brevet FR2493994A1 — publié le 19820514

L'invention concerne un dispositif de mesure de flux neutronique dans un reacteur nucleaire. On connatt des dispositifs de mesure de flux neutronique du type detecteur de neutrons auto-alimenté également appelés "collectrons", comportant une electrode émettrice en matériau absorbant les neutrons produisant des électrons sous l'effet du bombardement neutronique et/ou du rayonnement Ent-re ces deux électrodes on dispose un moyen de mesure du courant électrique qui permet de réaliser une mesure indirecte du flux neutronique, par mesure du courant d'électrons circulant entre l'électrode émettrice et l'électrode collectrice. Ces detecteurs ou collectrons sont en général constitués par une enveloppe extérieure métallique perméable aux neutrons servant d'electrode collectrice et par une électrode centrale émettrice en un matériau susceptible d'émettre des rayonnements 0 (ou des électrons de conversion par absorption de rayonnements g ),par désintégration des produits d'activation créés par l'absorption des neutrons. Le moyen de mesure du courant d'électrons entre les deux électrodes est généralement un micro-ampéremètre intercalé sur un circuit de mesure disposé entre les deux électrodes. Suivant la nature du matériau constituant l'émetteur, on peut avoir affaire à des collectrons du type instantané ou à des collectrons du type à retard. Dans le cas des collectrons du type instantané, les électrodes émettri ces sont constituées par un matériau tel que le cobalt ou le cadmium alors que dans le cas des collecteurs à retard, les électrodes sont constituées par un matériau tel que le platine, le vanadium, le rhodium ou l'argent. Les collectrons du type instantané ont un temps de réponse très court (inférieur à une seconde) et sont surtout utilisés pour les mesures de flux neutroniqueeffectuées dans le cadre des contrôles de sécurité. Ces détecteurs n'ont pas une grande précision, si bien qu'on utilise des col lectrons du type à retard lorsqu'on veut effectuer des tracés de flux neutronique demandant des mesures d'une bonne précision. Les collectrons du type à retard ont un temps de réponse de l'ordre d'une minute. On a proposé diverses améliorations pour étendre les possibilités d'application des collectrons, en particulier des collectrons du type instantané. On a par exemple proposé dans le brevet français 2.236.192 d'entourer ltélectrode émettrice d'une gaine de platine, ce qui permet de supprimer les rayonnements n defaible énergie et d'accroStre en conséquence la précision de la mesure On a également proposé, dans le brevet Français 2.175.325, d'utili- ser une électrode émettrice tubulaire allongée associée à plusieurs elé ments séparés constituant l'électrode collectrice et répartis suivant la longueur de l'électrode émettrice. Un tel dispositif permet d'améliorer 1a précision de la mesure de la distribution axiale de puissance dans le coeur d'un réacteur nucléaire. Ges dispositifs ne permettent cependant pas d'améliorer de façon importante la sensibilité et la précision de la mesure, à moins qu'on ac- cepte un encombrement important, ce qui n'est pas possible dans le cas des mesures de flux neutronique dans le coeur du réacteur puisque les dispositifs de mesure sont introduits dans les tubes de guidage de l'instru- mentation des assemblages constituant le coeur du réacteur. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de mesure du flux neutronique dans un réacteur nucléaire constitué par une électrode émettrice en matériau absorbant les neutrons et produisant des élec trons sous l'effet du bombardement neutronique et/ou du rayonnement Dans ce but, l'électrode émettrice est constituée par un ensemble d'éléments tubulaires coaxiaux de même longueur solidaires, à l'une de leurs extrémités, d'un disque perpendiculaire à l'axe commun des éléments tubulaires, lui-mrne solidaire d'un tube de plus grande longueur que les éléments tubulaires, coaxial à ces éléments et disposé à la partie centrale de l'électrode émettrice et l'électrode collectrice est constituée par un ensemble d'éléments tubulaires de mime longueur ayant pour axe l'axe de l'électrode émettrice, intercalés chacun entre deux éléments tubulaires del'électrode émettrice et reliés à l'une de leurs extrémités disposée à l'extérieur de l'électrode émettrice, à une face plane d'une enveloppe externe fermée entourant complètement l'électrode émettrice et traversée sans contact électrique suivant la face de l'enveloppe externe sur laquelle sont fixés les éléments tubulaires et suivant une face paral lèle par letube de grandelongueur à l'intérieur duquel passent des con ducteursélectriques reliés respectivement à l'électrode émettrice et à l'électrode conductrice ainsi qu'au moyen de mesure du courant d'électrons. Afin de bien faire comprendre l'invention on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un dispositif de mesure suivant l'invention et un mode d'utilisa tion de ce dispositif de mesure dans le coeur d'un réacteur nucléaire. La figure 1 représente, dans une vue en coupe par un plan verti cal de symétrie, le dispositif de mesure du flux neutronique. La figure 2 représente la disposition d'un ensemble de dispositifs dans le coeur du réacteur nucléaire, pour la mesure de flux neutroniques dans ce coeur. Sur la figure 1 on voit un dispositif de mesure constitué par une électrode émettrice 1 et par une électrode collectrice 2. Les deux élec trodes émettrice et collectrice sont symétriques de révolution autour d'un même axe ZZ'. L'électrode émettrice 1 est constituée par un ensemble de quatre éléments tubulaires de meme longueur 4 disposés coaxialement et reliés à l'une de leurs extrémités à un disque 5 perpendiculaire à l'axe ZZ' comx mun à l'ensemble des éléments tubulaires 4. Le disque 5 est lui-même rendu solidaire d'un tube de grande lon gueur 6 dont les extrémités sont saillantes par rapport au disque 5 d'une part et par rapport aux extrémités des éléments tubulaires 4 non reliés au disque 5 par ailleurs. L'ensemble des éléments tubulaires 4 et le disque 5 sont réalisés en un matériau tel que le cobalt ou le cadmium, généralement utilisé pour la fabrication des électrodes émettrices des collectrons du type instan tané. Ces éléments sont reliés entre eux par soudage et le disque 5 est lui-mne relié au tube 6 constituant le support de l'électrode émettrice solidaires qui est donc entièrement formée d'éléments tubulaires coaxiaux Aes uns des autres. Le tube 6 constituant la partie centrale de l'électrode émettrice et servant de support à cette électrode est réalisé en un matériau transparent ou partiellement transparent aux neutrons tel que l'acier inoxydable ou un alliage de nickel. L'électrode collectrice 2 est constituée par un ensemble d'éléments tubulaires qui sont approximativement de meme longueur comme les éléments tubulaires de l'électrode émettrice 1, reliés à l'une de leurs extrémités à la surface interne d'un disque 9 constituant lui-mêae le fond d'une enveloppe cylindrique fermée 10 entourant complètement les éléments 4 et 5 de l'électrode émettrice. L'enveloppe 10 comporte une partie tubulaire d'axe ZZ' et deux faces plates parallèles en forme de disque 9 et 11. Les éléments tubulaires 4 et 8 sont disposés les uns par rapport aux autres de façon que chacun des éléments 8 soit disposé entre deux éléments 4 successifs, l'élément 8a disposé à la partie centrale de llélec- trode collectrice étant cependant placé entre le tube 6 et le premier élément tubulaire 4a. D'autre part, l'enveloppe 10 entoure complètement l'élément tubulaire 4d disposé le plus à l'extérieur sur électrode émettrice. Les disques 9 et Il del'enveloppe 10 sont d'autre paiteeouvertures 13 et 14 à leur partie centrale pour permettre le passage du tube support 6 de l'électrode émettrice. Deux bagues en matériau isolant 15 et 16 permettent d'isoler électriquement le tube 6 par rapport à l'enceinte 10 ctest à dire l'électrode émettrice par rapport à l'électrode collectrice. L'ensemble des éléments 8 et l'enveloppe 10 constituant l'électrode collectrice sont réalisés en acier inoxydable ou en alliage de nickel. Le volume intérieur de l'enveloppe 10, à l'extérieur du tube 6, est entièrement rempli par un matériau diélectrique tel que l'alumine. Ce matériau isolant remplit en particulier l'espace compris entre chacune des surfaces cylindriques de l'électrode émettrice et chacune des surfaces cylindriques de l'électrode collectrice disposée en vis-à-vis. pour la construction du dispositif de mesure représenté à la figure 1, on peut assembler séparément l'électrode émettrice et l'électrode collectrice, la plaque 11 constituant la partie supérieure de l'enveloppe 10 étant toutefois réalisée séparément et non assemblée à l'enveloppe 10 avant llassemblage final. Cet assemblage est réalisé par introduction des éléments tubulaires 4 dans les espaces correspondants entre les éléments tubulaires 8, les extrémités de ces éléments tubulaires reliées aux disques 5 et 9 respectivement restant à l'extérieur de la zone où les éléments tubulaires sont mis en concordance. Ceci est réalisé en mettant en place le tube 6 dans le logement réservé par le joint 15 à l'intérieur du trou 13 ménagé dans la plaque 9. On complète alors le dispositif en plaçant le disque 11 muni du joint isolant 16 autour du tube 6 et en soudant la plaque 11 sur l'enveloppe 10. Un conducteur électrique 18 est relié à l'électrode émettrice 1 cependant qu'un conducteur électrique 19 est relié à l'électrode collectrice 2. Les deux conducteurs électriques 18 et 19 passent à l'intérieur du tube 6 pour ressortir du dispositif de mesure à l'une des extrémités de ce tube 6. Les conducteurs 18 et 19 sont reliés à un circuit électrique comportant un dispositif de mesure du courant électrique de grande sensibilité qui permet une mesure indirecte du flux neutronique lorsque le dispositif de mesure est soumis à un bombardement neutronique atteignant l'électrode émettrice 1 à travers l'enveloppe transparente aux neutrons 10. Sur la figure 2, on voit la disposition d'un ensemble de détecteurs 20a, 20b, 20c, ... 20n sur un tube central commun 21, l'ensemble des conducteurs électriques de mesure ressortant à l'extrémité inférieure du tube 21 pour être reliés à un ensemble de mesure des courants électriques circulant entre les électrodes de chacun des détecteurs. Ces différents conducteurs peuvent être reliés aux différents conducteurs d'un câble de mesure ou constituer eux-mnes les différents conducteurs de ce câble de mesure 23. Si l'ensemble représenté à la figure 2 est introduit dans un tube de guidage de l'instrumentation suivant la hauteur du coeur d'un réacteur, on peut déterminer de façon rapide et précise, la distribution axiale du flux neutronique dans le coeur. Au lieu d'un ensemble de détecteurs disposés sur un mime tube central comme représenté à la figure 2, on pourrait également utiliser un seul détecteur introduit dans un tube-guide d'instrumentation mobile pour son déplacement à l'intérieur du coeur dans la direction axiale, pour realiser la détermination de la même distribution axiale du flux neutronique. Le dispositif de mesure représenté à la figure 1 fonctionne comme un détecteur comportant quatre émettrices 4 disposées en parallèle. Sa sensibilité est donc quatre fois plus grande que celle d'un détecteur qui ne comprendrait qu'unie électrode émettrice et une électrode collectrice cylindrique disposées en vis-à-vis. De manière générale, un dispositif de mesure suivant l'invention comportant n éléments tubulaires constituant l'électrode émettrice et n + l éléments tubulaires constituant l'électrode col2ectrice aurait une sensibilité n fois plus grande qu'un dispositif à électrode simple. Les principaux avantages du dispositif de mesure suivant l'invention sont donc une sensibilité et une précision accrues malgré un encombrement très réduit permettant l'introduction de ce détecteur de mesure dans un tube d' instrumentation dans un réacteur nucléaire. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient d'etre décrit ; elle en comporte au contraire toutes les variantes. C'est ainsi que l'électrode émettrice peut être réalisée non seulement en matériau usuel pour les électrodes émettrices des collectrons du type instantané mais encore en des matériaux utilisables pour constituer les électrodes émettrices des collectrons du type à retard. D'autre part le nombre d'éléments tubulaires constituant l'électrode émettrice et l'électrode collectrice respectivement peut être variable suivant la sensibilité et ltencombrement recherchés pour le dispositif. Enfin, le dispositif s'applique à la mesure de flux neutronique dans un réacteur nucléaire de type quelconque. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de mesure dr;li'lux neutronique dans un réacteur nucléaire constitué par une électrode émettrice en matériau absorbant les neutrons et produisant des électrons sous l'effet du bombardement neutronique et/ou du rayonnement T et une électrode collectrice transparente aux neutrons recueillant les électrons émis, entre lesquels on dispose un moyen de mesure du courant d'électrons émis, caractérisé par le fait que l'électrode émettrice est constituée par un ensemble d'éléments tubulaires coaxiaux de morne longueur solidaires à l'une de leurs extrémités d'un disque perpendiculaire à l'axe commun des éléments tubulaires, lui-même solidaire d'un tube de plus grande longueur que les éléments tubulaires, coaxial à ces éléments et disposé à la partie centrale de l'électrode émettrice, et que l'électrode collectrice est constituée par un ensemble d'éléments tubulaires de meme longueur ayant pour axe l'axe- de l'électrode émettrice, intercalés chacun entre deux éléments tubulaires de l'électrode émettrice et reliés à l'une de leurs extrémités disposée à l'extérieur de l'électrode émettrice à une face plane d'une enveloppe externe fermée entourant complètement l'électrode émettrice et traversée sans contact électrique suivant la face de l'enveloppe externe sur laquelle sont fixés les éléments tubulaires et suivant une face parallèle par le tube de grande longueur à l'intérieur duquel passent des conducteurs électriques reliés respectivement à l'électrode émettrice et à l'électrode conductrice ainsi qu'au moyen de mesure du courantdélectrons. 2.- Dispositif de mesure suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'enveloppe externe constituant une partie de l'électrode collectrice est remplie par un matériau diélectrique occupant tout l'espace entre les éléments tubulaires constituant l'électrode émettrice et l'électrode conductrice et entre l'enveloppe externe et l'électro- de émettrice qu'elle renferme. 3.- Dispositif de mesure suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le matériau diélectrique est de l'alumine. 4.- Dispositif de mesure suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que les éléments tubulaires constituant l'électrode émettrice sont réalisés en un matériau absorbant les neutrons tel que le cobalt ou le cadmium. 5.- Dispositif de mesure suivant l'une quelconque des revendica tions 1, 2, 3 et 4, caractérisé par le fait que le tube central constituant le support de l'électrode émettrice est réalisé en un matériau transparent aux neutrons tel qu'un acier inoxydable ou un alliage de nickel. 6.- Dispositif de mesure de flux neutronique, caractérisé par le fait qu'il associe au moins deux dispositifs suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4 et S disposés autour d'un même tube central et espacés suivant la direction axiale de ce tube.