Brevet FR2487514A1 — publié le 19820129

La présente invention concerne un procédé de fabrication de thermomètres gamma. Plus précisément, l'invention concerne le conditionnement du gaz inerte dans les chambres de mesure des thermomètres gamma décrits et revendiques dans la demande de brevet nO EN 77 08657 déposée le 23 mars 1977 au nom du demandeur pour "Dispositif de mesure de la puissance locale dans un assemblage combustible de réacteur nucléaire Pour mieux comprendre ce qu'est un thermomètre gamma et quelle est sa structure, on se reportera avantageusement à la demande de brevet citée ci-dessus. On va cependant rappeler brièvement ce qu'est un thermomètre gamma, en particulier dans son application à la mesure de la puissance locale dégagée par le coeur d'un réacteur nucléaire. L'élévation de la température mesurée est due à l'exposition au rayonnement électromagnétique des rayons gamma dans une proportion pouvant atteindre 95%, 70% environ étant dûs aux fissions produites à l'instant de la mesure et 25 à d'autres fissions intervenues pendant un laps de temps précédent cette mesure de l'ordre de 5 mn. Dans de tels thermomètres à rayons gamma, la valeur de l'élévation de la température dans un corps absorbant les rayons peut en effet être mesurée sur un parcours contrôlé et constant prévu pour l'évacuation de la chaleur produite.Les lois de la conduction montrent alors que la différence de température, mesurée sur un trajet donné à travers le corps de conductance constante, est proportionnelle à la production de cnaleur et, par suite, à la puissance dégagée par le combustible nucléaire situé dans son environnement immédiat du fait des fissions dans ce combustible. Sur la figure annexée, on a representé un dispositif de mesure d'un thermomètre gamma auquel s'applique le procédé objet de l'invention. I1 faut comprendre que le thermomètre gamma complet comporte une succession de dispositifs de mesure portés par une même tige métallique. Dans le cas des réacteurs nucleaires du type PéJR, r ces thermomètres gamma sont introduits dans des tubes creux des structures des assemblages combustibles constituant le coeur du réacteur. Cette structure est décrite en détail dans la demande de brevet français nO EN 77 08657. Sur la figure le dispositif de mesure 5 ou thermomètre à rayons gamma considéré comporte principalement une tige cylindrique 7 de faible diamètre et de grande longueur, en un matériau bon conducteur de la chaleur et de l'électricité, de préférence réalisé en un métal par exemple en acier inoxydable, ou en un alliage ou une céramique conductrice approprie Cette tige allongée 7, susceptible ainsi de s'étendre sur toute la hauteur du coeur du réacteur présente des parties de section réduites 9 entourees par des évidements annulaires 10, délimités entre ces parties 9. La tige 7 est introduite à l'intérieur du tube 7a avec un jeu 11, permettant son coulissement à l'intérieur de celui-ci pour sa mise en place. Ce jeu est ensuite éliminé par le retreint du tube 7a sur la tige allongee 7.Le tube externe 7b est le tube guide élément fixe de llassemblage combustible. Selon l'invention également, la tige cylindrique 7 comporte un canal axial longitudinal 12, s'étendant sur toute la hauteur de cette tige et dans lequel est disposé un ensemble de thermocouples tels que 13, chacun de ces thermocou ples étant associé à un dispositif de mesure, de telle sorte qu'une jonction chaude 14 de thermocouple soit sensiblement disposée au milieu de la hauteur de chaque partie 9 de section réduite et une jonction roide 15 au-delà de l'extré- mite de la chambre 10 correspondante, dans la partie 8 de la tige 7 de section nominale. En fonctionnement, le rayonnement gamma produit par le combustible nucleaire des éléments combustibles entourant la tige de mesure 7 est absorbé par la masse de cette dernière et produit une élévation de température. Les calories ainsi absorbées s'écoulent normalement radialement à travers cnacune des parties de la tige 7, sauf dans les régions de plus faible section 9 où, par suite de la présence des chambres 10 annulaires et isolantes, l'écoulement s'effectue axialement.Dans ces conditions, il est possible de relever entre la jonction chaude 14 et la jonction froide 15 de chacun des thermocouples 13, une différence de température bt qui, lorsqu'on connait les dimensions de la partie 9 et la conductibilité calorifique du matériau constituant la tige 7, permet d'en déduire selon la formule (1) ci-dessous, la quantité de chaleur g produite et absorbée par cette tige 7. 4K . #t (1) g = L où L représente la moitié de la longueur de la partie 9 et K la conductibilité calorifique de la tige 7. Selon le mode de réalisation considéré, les chambres 10 sont remplies d'un gaz inerte tel que de l'argon et ce remplissage d'argon régit la transmission calorifique au niveau des chambres et donc la fiabilité de la mesure. Or, il est apparu que si l'on ne prend pas de précautions particulières pour effectuer le remplissage en gaz inerte, la stabilité de ce gaz n'est pas assurée et la sensibilité et la fiabilité du thermomètre gamma ne sont pas acceptables. C'est pourquoi, l'invention concerne dans le procédé de fabrication des thermometres gamma décrits prêcédemment l'étape ou les étapes qui se rapportent au remplissage en argon des chambres de mesure afin d'obtenir une bonne stabilité de l'argon ou plus généralement du gaz inerte et en conséquence une bonne fiabilité et stabilité du dispositif de mesure. L'invention concerne dans le procédé de fabrication du thermomètre gamma l'étape relative au remplissage en gaz Elle intervient donc après qu'on ait placé les thermocouples dans la tige metallique et après qu'on ait introduit cette tige dans le tube en forme de doigt de gant. Cette étape du procédé de fabrication consiste à réaliser une désorption de la paroi interne du tube dans des conditions particulières et à effectuer ensuite un remplissage des chambres avec un gaz ou un mélange de gaz nrésentant une pureté donnée, le remplissage s'effectuant sous une pression donnée. De préférence, l'étape de désorption est précédée d'une retape de polissage de la face interne du tube pour supprimer les macroporosités sur la face interne de ce tube susceptibles de retenir des molécules de gaz. Dans le cas où le tube externe est réalisé avec l'acier du type 316 qui est conforme aux normes françaises en la matière,la désorption se fait de la manière suivante - température de pompage comprise entre 250 et 6000C, - vide supérieur à 10 2 torr. - temps de pompage supérieur à 12 heures et - pression de remplissage de 1 à 10 bars. De préférence, le gaz inerte est constitué par de l'argon pur à 99,999%. De préférence encore, le polissage de la paroi interne correspond à une épaisseur de polissage supérieure à 4 microns. On va maintenant décrire plus en détail le procédé objet de l'invention en se référant au thermomètre gamma représenté sur la figure unique, figure qui a déjà été décrite. Les essais faits sur des thermomètres gamma du type décrit précédemment ont montré que la seule régénération du remplissage en gaz des chambres ne donnait pas une stabilité satisfaisante du thermomètre puisque, même après remplissage avec un nouveau volume de gaz, on observait à nouveau des fluctuations dans la sensibilité du thermomètre. C'est pourquoi r comme on l'a indiqué précédemment, les inventeurs ont mis au point un procédé de remplissage qui permet d'obtenir ultérieurement une grande stabilité de fonctionnement. Le procédé consiste essentiellement à réaliser une désorption des parois de la chambre de mesure, c'est-à-dire de la paroi interne du tube 7a et de la paroi externe de la tige 7. Avant de décrire cette étape de désorption, il est utile de rappeler les processus selon lesquels peut se réaliser cette désorption - diffusion à partir de l'intérieur de l'acier inoxydable formant le tube sans intéraction avec la surface interne de ce tube - diffusion à partir de l'intérieur de l'acier inoxydable avec intéraction avec la surface du tube (desorption physico-chimique ou recombinaison) - désorption à partir de la surface du tube de particules gazeuses absorbées physiquement par cette surface et - désorption à partir de la surface du tube de particules absorbées chimiquement par le matériau constituant la surface. Le procédé objet de l'invention permet de s'affranchir de tous ces problèmes. On va exposer maintenant la mise en oeuvre du procédé en décrivant toutes ses étapes. On part d'un thermomètre gamma déjà monté et on prévoit simplement à la partie inférieure du tube 7a une buse pour communiquer avec l'intérieur des chambres. Cependant, il peut être utile, avant le montaye du thermomètre, d'effectuer un polissage mécanique et chimique de la paroi interne du tube 7a. On réduit ainsi les inégalités macroscopiques de cette paroi. On évite ainsi le piégeage des molécules gazeuses dans les macrofissures de la paroi. De préférence, l'épaisseur de ce polissage est supérieure à 4 microns. Ensuite, on effectue la désorption proprement dite. Cette désorption est réalisée par pompage à chaud dans les chambres. Plus précisément, ce pompage est effectué à une température comprise entre 2500C et 6000C. Le vide doit de préférence être supérieur à 12 heures. Après cette désorption des parois, on réalise un remplies sage des chambres avec un gaz inerte (de préférence de l'argon) sous pression et à la teppérature de pompage. Pour ce remplissage, on utilise de préférence de l'argon présentant une puretée de 99,9992 et la pression de remplissage est comprise entre 1 et 10 bars. Cette pression de remplissage permet d'éviter l'absorption de gaz chimiquement actifs par les parois. En effet, on maintient ainsi au contact des parois désorbées une pression convenable. En outre, l'utilisation d'un gaz de remplissage dont on maitrise parfaitement la pureté permet d'assurer le contr8le des effets de paroi et surtout d'obtenir une stabilisation du thermomètre gamma en fonction de la température REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un thermomètre gamma du type comprenant une tige centrale (7) comportant des portions de diamètre réduit et des portions de diamètre plus important, ladite tige étant munie de thermocouples (13) au droit des portions de diamètre réduit et un tube (7a) entourant ladite tige (7) et définissant au droit des portions de diamètre réduit des chambres (10) destinées à être remplies par un gaz inerte, ledit procédé comportant les étapes de réalisation de ladite tige (7) avec ses thermocouples (13) et de réalisation dudit tube ga), ledit procédé se caractérisant en ce qu'on effectue le remplissage des chambres (10) en gaz inerte, en réalisant les étapes suivantes - on réalise à chaud, en portant le thermomètre gamma à une température comprise de préférence entre 2500C et 6000C et pendant un temps au moins égal à 12 heures, un pompage sous un vide d'au moins 10 2 torr dans lesdites chambres (10) pour obtenir une désorption des parois définissant lesdites chambres, - on réalise un remplissage desdites chambres avec un gaz inerte ou un mélange de gaz inertes ayant une pureté élevée sous une pression de 1 à 10 bars et en température. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit gaz inerte ou mélange de gaz présente une pureté de 99,999 %. 3.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit gaz inerte est de l'argon. 4.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit tube est en acier inoxydable ou en zircaloy. 5. Procédé selon la revendication 4, caracterisé en ce que l'étape de pompage est précédée d'une étape de polissage de la paroi interne du tube sur une épaisseur au moins égale à 4 microns.