Brevet FR2509897A1 — publié le 19830121

La présente invention se rapporte au problème général de la surveillance de l'état des gaines des éléments combustibles de réacteur nucléaire en vue de découvrir des fissures éventuelles susceptibles de condu ire au relargage de produits de fission dans le fluide réfrigérant du réacteur. Elle s'applique de façon plus particulière, quoique non limitative, aux réacteurs du type refroidi à eau légère dans lesquels les assemblages de matériau combustible sont constitués de façon connue par association d'un certain nombre de crayons élémentaires dont chacun comporte un empilement de pastilles d'oxyde de combustible enfermé dans une gaine métallique étanchez chacun de ces crayons étant baigné par l'eau de refroidissement. De façon plus particulière encore, le procédé de détection objet de l'invention fait appel aux méthodes généralement connues sous le nom de ressuage et qui consistent à enfermer un assemblage à étudier dans une cellule contenant un fluide, puis à augmenter la pression interne relative des crayons par rapport audit fluide en surveillant la radioactivité éventuellement acquise par ce fluide sous l'effet des produits de fission radioactifs qui auraient traversé une éventuelle fissure de la gaine. Si les procédés de ressuage connus permettent de détecter la présence d'une fissure, ils sont peu appropriés en général à l'estimation de l'importance de celle-ci, ce qui est très gênant pour la gestion des assemblages d'un réacteur. La présente invention a précisément pour objet un procédé qui permet, à l'aide de moyens de mise en oeuvre simple, à la fois la détection d'une fissure et l'estimation de son importance, c'est-à-dire de l'ordre de grandeur de l'orifice percé dans la gaine. Ce procédé se caractérise essentiellement en ce que l'on soumet l'assetblage a étudier, préalablement enfermé de façon connue dans une cellule contenant un fluide, à des cycles consécutifs comprenant chacun de façon successive dans le temps : - une période d'augmentation relative'de pression du vo lume gazeux interne des crayons par rapport au fluide externe de la cellule baignant l'assemblage, - une période pendant laquelle les grandeurs physiques imposées à l'assemblage sont fixées en palier, seule pouvant évoluer spontanément et le cas échéant la pression. gazeuse interne des crayons, et en ce que l'on étudie l'évolution éventuelle de la radioactivité émise par les produits de fission ayant traversé une fissure pendant les différents cycles successifs. On voit que les cycles de pression auxquels on soumet les assemblages conformément à la présente invention, permettent, en gonflant" chacun des crayons, -de détecter les produits de fission s'échappant de la gaine dans la cellule, c'est-à-dire la présence d'une fissure et que l'examen des conditions dans lesquelles un crayon ainsi "gonflé" relâche le gaz ou le liquide porteur d'activité dans l'eau de la cellule, renseigne sur les caractéristiques de nature et d'ampleur du défaut détecté. En effet, la période de 11palier" consécutive à l'augmentation de pression permet à un crayon qui a perdu son étanchéité de se remettre partiellement ou complètement en équilibre de pression avec le fluide de la cellule en un temps qui dépend directement du flux qui s'écoule à travers la fissure, c'est-à-dire finalement de la taille du défaut que l'on a détecté. On conçoit par exemple, qu'un crayon de combustible qui possède un défaùt de grande dimension per mettant le passage d'un flux gazeux ou d'un courant de liquide important se remette rapidement en équilibre de pression avec l'eau de la cellule. L'obtention de cet état d'équilibre s'accompagne de l'arrêt de l'émission de fluide actif vers le fluide de la cellule et l'activité cumulée émise pendant la totalité de la séquence atteint alors un palier, car l'on peut admettre que les signaux radioactifs émis par les produits de fission ayant quitté le crayon sont cumulativement proportionnels au volume de fluide qui a transité par le défaut. A l'opposé, une fissure de très petite taille et par conséquent de faible "conductance" relâche en permanence du fluide actif avec un taux quasiment constant pendant une très longue période, c'est-à-dire notamment pendant toute la durée de la période de palier En d'autres termes, la pression gazeuse interne dans un tel crayon ne varie que très lentement et l'activité cumulée à la sortie de la microfissure présente alors une montée continue pratiquement linéaire en fonction du temps. On conçoit donc parfaitement ainsi que l'on puisse, par référence avec des modèles de défauts calibrés, obtenir en quelque sorte des courbes type ou étalon qui permettent, par comparaison, de savoir l'ampleur d'une fissure détectée dans la gaine d'un crayon. L'enregistrement suivi et continu (par comptage en ligne) de l'évolution temporelle de l'activité relâchée par le crayon défectueux (mesurée en général sur le 133Xe), et l'étude détaillée de la cinétique de mise en équilibre du signal radioactif (cumulé ou observé en instantané) émis au cours de l'ensemble de l'opération (séquence de pressurisation relative et période de "palier") permettent ainsi - de détecter sans ambiguité la présence d'un défaut d'étanchéité sur un crayon combustible (résultat obte nu avec la procédure de conduite des opérations de ressuage en pratique jusqu'à présent dans les centra les), - d'obtenir en plus des renseignements sur l'importance réelle de la rupture et d'estimer quantitativement sa taille, ainsi que son positionnement général le long du crayon éventuellement. Cependant, afin de pouvoir bien interpréter les courbes obtenues, il est nécessaire de savoir quel est le type de fluide émis par le crayon défectueux pendant le déroulement du test (liquide ou gaz, ou bien les deux successivement). En effet, les conductances d'un même défaut vis-à-vis des deux fluides sont très différentes et les délais de remise en équilibre avec l'exté- rieur après une même séquence sont très distincts selon la nature du fluide transitant par la fissure. C'est pourquoi, selon une caractéristique se condaire mais néanmoins importante du procédé objet de l'invention, on opère pendant le déroulement des cycles des analyses de l'eau de la cellule pour y rechercher la nature et la concentration des isotopes radioactifs que celle-ci contient. Ces prélèvements qui sont étudiés ultérieurement par des méthodes de spectrométrie connues n'appartenant pas à la présente invention, peuvent être faits soit sur un prélèvement de gaz ayant balayé l'eau de la cellule soit sur un prélèvement de liquide de la cellule elle-même, préalablement homogénéisé dans un circuit séparé. Selon la nature et la concentration des isotopes recueillis au cours des prélèvements, joint à l'allure des courbes recueillies en ligne, on détermine la nature de la phase émise par le défaut pendant le déroulement du test. Ces prélèvements permettent non seulement de recouper, mais aussi de compléter les mesures en ligne (cas où l'activité relâchée est trop élevée et le comp- teur saturé, présence d'isotopes particuliers, évolution de la concentration de certains isotopes, etc...), afin d'apporter des renseignements supplémentaires sur le type et éventuellement l'emplacement de la rupture le long du crayon, une fois connue la position de l'assemblage défectueux dans le coeur pendant le cycle précédent, et son historique de manutention depuis l'arrêt du réacteur. De toute façon l'invention sera mieux comprise en se référant aux figures 1 et 2 qui montrent des exemples de l'activité cumulée émise par un crayon défectueux situé dans une cellule d'examen. - Sur la figure 1, pour des défauts dont la taille varie de 3 à 20 micromètres et dégagement gazeux, - sur la figure 2 pour des défauts dont la taille varie de 5 à 30 micromètres avec sortie de liquide. Sur les figures l et 2, on a représenté en ordonnées l'activité y cumulée relarguée par un crayon dans le fluide de la cellule et le temps en abscisses. Deux cycles complets consécutifs sont représentés, le premier s'étendant du temps O au temps X et le second du temps X au temps Y. Pour chaque cycle la phase d'augmentation relative de pression interne du crayon s'effectue aux temps O et X respectivement. Ces courbes montrent très nettement que pour les défauts de petite taille, le "dégonflage" du crayon défectueux après la mise en pression dure pendant toute la séquence, ce qui conduit a' des courbes d'enregistrement de l'activité cumulée pratiquement linéaires. En revanche, dès que les fissures atteignent et dépassent une taille moyenne, l'apparition d'un palier horizontal de la courbe correspondante dans la seconde partie du cycle, comme on le voit par exemple en 1, 2, 3, 4 ou 5 sur les figures, est systématique. REVENDICATIONS 1. Procédé de détection et d'estimation de la grandeur 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, 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 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 soumet l'assemblage à étudier, enfermé dans une cellule contenant un fluide, à des cycles consécutifs comprenant chacun de façon successive dans le temps :: - une période d'augmentation relative de pression du vo lume gazeux interne des crayons par rapport au fluide externe de la cellule baignant l'assemblage, - une période pendant laquelle les grandeurs physiques imposées à l'assemblage sont fixées en palier, seule pouvant évoluer spontanément et le cas échéant la pression gazeuse interne des crayons, et en ce que l'on étudie l'évolution éventuelle de la radioactivité émise par les produits de fission ayant traversé une fissure pendant les différents cycles successifs. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour déterminer le type de fluide émis par un crayon défectueux pendant le déroulement des cycles, on opère des analyses de l'eau de la cellule pour y rechercher la nature et la concentration des isotopes radioactifs qu'elle contient. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les analyses sont-faites sur un prélèvement de gaz ayant balayé l'eau de la cellule. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les analyses sont faites sur un prélèvement du liquide de la cellule lui-même, préalablement homogénéisé.