Brevet FR2509898A1 — publié le 19830121

La présente invention se rapporte au problème général de la surveillance des fissures qui peuvent intervenir dans les gaines des éléments combustibles de réacteur nucléaire. De façon plus particulière elle se rapporte aux réacteurs refroidis à eau légère, dans lesquels lesdits assemblages sont en général constitués par l'association d'un certain nombre de crayons unitaires dont chacun comprend, dans une gaine métallique, un empilement de pastilles de combustible nucléaire, le plus souvent sous forme d'oxyde. La gaine de chaque crayon joue un rôle extrêmement important, notamment en tant que barrière empêchant la fuite, dans l'eau de refroidissement de tels réacteurs, des produits de fission dus à la réaction en chaine. Aussi, conçoit-on facilement qu'il est de la plus haute importance de déterminer rapidement s'il existe des assemblages défectueux dans un coeur de réacteur c'est-à-dire si des fissures de plus ou moins grande importance ont pu se produire dans la gaine d'un ou de plusieurs crayons de matériaux combustibles. Cette surveillance se fait au moins à deux niveaux, à savoir pour effectuer, lors des opérations de rechargement, le tri des assemblages permettant d'éliminer ceux qui sont défectueux et pour permettre, lors des opérations de transport de ces mêmes assemblages vers les usines de retraitement, de conditionner différemment les assemblages sains et ceux qui contiennent des crayons ayant perdu leur étanchéité. Jusqu'à ce jour, ces opérations de tri s'effectuent en utilisant des méthodes dites de ressuage (en terminologie anglo-saxonne "sipping-test"). Les méthodes de ressuage connues et utili- sées jusqu'à ce jour pour rdentifier les assemblages contenant un ou plusieurs crayons non étanches, font généralement appel à une cellule dans laquelle on enferme chaque assemblage, l'eau contenue dans ladite cellule pouvant soit subsister (dans ce cas on parle de ressuage humide) soit être évacuée (auquel cas on parle alors de ressuage à sec). Les crayons contenus dans l'assemblage et placés ainsi dans la cellule sont alors chauffés soit en utilisant leur propre puissance radioactive résiduelle béta gamma, soit avec adjonction éventuelle d'un chauffage électrique par effet Joule.L'augmentation de température ainsi provoquée dans la cellule, conduit à un accroissement de la pression de l'atmosphère interne des crayons combustibles par rapport à la pression qui règne dans la cellule de ressuage, ledit accroissement étant dû aux effets combinés de la dilatation des gaz et de la création d'une pression partielle de vapeur d'eau dans les crayons. Dans certains cas, on. a même recours à la création d'une dépression autour de l'assemblage à l'aide d'une pompe à vide pour accroitre la différence de pression entre l'atmosphère interne de chaque crayon et la pression régnant dans la cellule. Quoi qu'il en soit, le principe de la méthode repose sur le fait que, lorsque la gaine d'un crayon présente un défaut d'étanchéité, l'augmentation de la pression précédente provoque la sortie de l'eau ou des gaz contenus dans le crayon de combustible.Ces fluides entraînent alors avec eux des produits de fission radioactifs gazeux ou volatils caractéristiques tels que par exemples 133Xe, 131I, 134Cs' 137ci, , etc.. dont la présence sous forme diluée dans le liquide ou le gaz entourant l'assemblage est caractéristique de l'existence d'une fissure. Dans le cas d'une opération de ressuage à sec, on peut même analyser les produits de fission en les entraînant à l'aide d'un gaz neutre qui balaye la cellule et que l'on fait passer devant un compteur. Dans le cas où l'on fait une opération de ressuage humide, on peut soit analyser directement des prélèvements d'eau faits dans la cellule, soit provoquer le dégazement des produits de fission tels que le Xe contenu dans l'eau en les entrainant à l'aide d'un gaz neutre pour les faire passer devant un compteur. D'une façon générale, les analyses sont effectuées par les procédés habituels en matière de spectrométrie gamma tels que par exemple à l'aide de détecteurs à l'iodure de sodium pour le Xe 133 et de détecteurs au germanium ou au lithiure de germanium pour les prélèvements d'eau. On conçoit facilement que le contrôle des assemblages d'un réacteur nucléaire par les méthodes de ressuage précédemment rappelées sont des opérations longues et fastidieuses qui demandent de nombreuses manipulations d'assemblages et beaucoup de temps. La présente invention a pour objet un procédé qui permet la détection rapide d'une fissure dans la gaine d'un crayon combustible d'un tel assemblage, en utilisant partiellement les installations classiques de déchargement du réacteur. Ce procédé de détection rapide d'une fissure dans la gaine d'un crayon de matériau combustible d'un assemblage combustible d'un réacteur nucléaire, notamment du type à eau légère dont les différents assemblages sont manoeuvrés par une machine de déchargement comprenant une hotte dans laquelle sont placés successivement chacun desdits assemblages durant leur manutention, à l'aide d'une méthode de ressuage consistant, de façon connue, à enfermer l'assemblage à étudier dans une cellule contenant un fluide, à augmenter la pression interne relative des crayons par rapport audit fluide et à surveiller la radioactivité éventuellement acquise par ce fluide sous l'effet des produits de fission ayant traversé une fissure, se caractérise en ce que l'on utilise la hotte elle-même comme cellule, én ce que l'on crée ladite augmentation relative de pression interne des crayons en soulevant de plusieurs mètres dans l'eau l'assemblage et- en ce que l'op renifle en permanence l'atmosphère constituant le ciel de la hotte pour y rechercher la présence éventuelle de produits de fission radioactifs. On voit ainsi clairement en quoi consiste le procédé objet de l'inventiân. L'assemblage combustible extrait du coeur est soulevé de plusieurs mètres dans ~lçeau eu du réac- teur, ce qui provoque instantanément un accroissement de la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de chaque crayon compris entre 0,05 et 0,1 Mpa dont l'effet est ainsi tout à fait analogue à celui que l'on obtenait dans l'art antérieur en chauffant les cellules de ressuage. Lorsque l'assemblage ainsi traité contient un crayon défectueux, il se produit une sortie. des produits de fission dans l'eau puis dans le ciel de la hotte, produits qui sont alors entrainés en phase gazeuse ou liquide selon les cas. Selon une caractéristique intéressante de la présente invention, on fait circuler en même temps dans la hotte un courant de gaz ascendant pour entra;- ner lesdits produits de fission. Autrement dit, la machine de déchargement comprenant én général C une hotte, dans laquelle on vient placer l'assemblage pour le protéger durant le transport, cette caractétistique de l'invention consiste à "reni fleur en permanence l'atmosphère qui constitue le ciel de la hotte pour l'analyser par les méthodes habituelles de mesure d'activité gazeuse gamma (chambre différentielle, détecteur à iodure de sodium etc...) et mettre en évidence l'apparition d'une activité due par exemple au 133te Le gaz ascendant dans la hotte facilite cette mesure en entraînant l'isotope 133Xe libéré par la fissure. L'un des intérêts non négligeables du procédé objet de l'invention réside dans le fait que, par des tests comparatifs, on peut également évaluer le diamètre des trous en examinant le taux de fuite de la gaine fissurée en produits de fission, en fonction de l'altitude acquise par l'assemblage lors de sa remontée à la surface de l'eau du réacteur, c'est-à-dire, en d'autres termes, de l'écart de pression relatif ainsi engendré dans le crayon. De toute façon l'invention sera mieux comprise en se référant à la figure unique ci-jointe, laquelle représente en coupe et très schématiquement un réacteur du type à eau légère équipé d'une machine dedéchargement comportant une hotte que l'on utilise pour la mise en oeuvre du procédé objet de l'invention. Sur cette figure unique, on a représenté dans une enceinte en béton 1, l'eau 2 d'un réacteur refroidi à l'eau légère dont le coeur 3 occupe la partie inférieure du récipient 4. A la partie supérieure de ce réacteur se trouve une machine de déchargement 5 mobile en déplacement par roulement sur un pont roulant 6 et comportant à la fois une hotte 7 et se dépla çant à l'intérieur de celle-ci, un filin 8 muni d'un grapin non représenté capable de saisir l'un des assemblages 14 du coeur du réacteur 3 pour le décharger et l'amener à la surface de l'eau 2.Une source de gaz de balayage neutre 9 permet d'injecter par les canali sations 10 en 10a un gaz de. balayage qui entranse vers le ciel ll de la hotte 7 les produits de fission ayant éventuellement traversé une fissure de la gaine de l'un des crayons de l'assemblage 14. Ces produits de fission sont alors entraînés par le courant gazeux, récupérés par la canaiisation 12 dans le ciel 11 de la hotte 7 et transportés devant un compteur 13 qui permet de les détecter et d'en faire une analyse à la fois qualitative et quantitative. C'est la différence d'altitude h entre le niveau X du coeur 3 et le niveau Y de l'assemblage 14 dans la hotte 7 qui permet de créer, dans les crayons de l'assemblage 14 la surpression relative égale au poids de la hauteur d'eau h et nécessaire pour chasser les produits de fission au travers des fissures des crayons endommagés vers l'intérieur de la hotte 7. REVENDICATIONS 1. Procédé de détection rapide d'une fissure dans la gaine d'un crayon de matériau combustible d'un assemblage combustible (14) d'un réacteur nucléaire (3), notamment du type à eau légère dont les différents assemblages sont manoeuvrés par une machine de déchargement (5) comprenant une hotte (7) dans laquelle sont placés successivement chacun desdits assemblages durant leur manutention, à l'aide d'une méthode de ressuage consistant, de façon connue, à enfermer l'assemblage à étudier dans une cellule contenant un fluide, à augmenter la pression interne relative des crayons par rapport audit fluide et à surveiller la radioactivité éventuellement acquise par ce fluide sous l'effet des produits de fission ayant traversé une fissure, caractérisé en ce que l'on utilise la hotte (7) elle-même comme cellule, en ce que l'on crée ladite augmentation relative de pression interne des crayons en soulevant de plusieurs mètres dans l'eau l'assemblage (14) et en ce que llon re nifle en permanence l'atmosphère constituant le ciel (11) de la hotte (7) pour y rechercher la présence éventuelle de produits de fission radioactifs. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fait circuler en même temps dans la hotte un courant de gaz ascendant pour entraîner les produits de fission.