Brevet FR2505079A1 — publié le 19821105

L'invention concerne un dispositif de prélèvement de fluide de refroidissement permettant la localisation d'assemblages combustibles défec- tueux dans un réacteur nucléaire en service. Les réacteurs nucléaires à neutrons rapides refroidis par du mé- tal liquide comportent un coeur constitué par des assemblages combustibles disposés côte à côte et en contact par leurs faces latérales dans une cuve contenant le métal liquide de refroidissement du réacteur, généralement du sodium liquide Le sodium liquide de refroidissement des assemblages ou so- dium primaire, est mis en circulation par des pompes Le sodium en circula- tion traverse le coeur de bas en haut, dans la direction longitudinale des assemblages, si bien que la sortie du coeur se trouve à sa partie supérieure. Chacun des assemblages constituant le coeur est lui-même consti- tué d'un ensemble de tubes ou aiguilles de grande longueur constitués par un matériau de gainage renfermant les matériaux combustibles fissiles ou fer- tiles. Dans ce type de réacteur, il est très important de détecter rapide- ment les fissures pouvant apparattre dans le matériau de gainaged& certains assemblages pendant le fonctionnement du réacteur La détection de ces ruptu- res de gaines peut se faire par mise en évidence de produits de fission dans le métal liquide constituant le fluide de refroidissement du réacteur En ef- fet, dans le cas d'une rupture de gaine, les produits de fission sont libérés par le matériau combustible dans le fluide de refroidissement en contact avec la surface externe de la gaine. La localisation des assemblages combustibles défectueux peut se fai- re de façon précise en opérant des prélèvements de métal liquide de refroi- dissement au voisinage de ces assemblages du côté de la sortie du coeur c'est- à-dire au niveau de la partie supérieure du coeur par laquelle le métal liqui- de échauffé ressort du coeur. On dispose donc au-dessus du coeur un ensemble de conduites de pré- lèvement, chacune des conduites de cet ensemble étant associée à un assemblage combustible, et l'on relie l'extrémité de ces conduites opposées à l'extré- mité de prélèvement disposée au-dessus de l'assemblage, à des moyens de repé- rage et de localisation des assemblages défectueux, par détection de produits de fission dans le fluide de refroidissement. Ces moyens de repérage et de localisation sont regroupés pour cons- tituer un ou plusieurs modules appelés modules de localisation de rupture de gaine (LRG) implantés dans la dalle recouvrant la cuve au-dessus du coeur du réacteur. Ces modules comportent généralement des sélecteurs et des moyens de mesure tels que des compteurs de neutrons qui permettent d'effectuer des analyses sur les prélèvements relatifs à chacun des assemblages successive- ment et de déterminer les assemblages pour lesquels le fluide de refroidis- sement renferme des produits de fission traduisant une fuite au niveau de l'assemblage considéré. Dans le cas des réacteurs nucléaires à neutrons rapides construits actuellement, le nombre d'assemblages du coeur est généralement voisin de 500, ce qui nécessite la présence d'un même nombre de tubes de prélèvement liés au moyen de sélection et de mesure. Il a donc paru préférable d'utiliser plusieurs modules à chacun desquels on relie les conduites de prélèvement correspondant aux assembla- ges disposés dans une région déterminée du coeur. Les modules de localisation comportent des organes mobiles ou fra- giles qui doivent rester en activité pendant toute la durée de fonctionne- ment du réacteur, tels que les sélecteurs de prélèvement, les pompes de cir- culation du métal liquide et les détecteurs de neutrons Ces modules peuvent donc être sujet à des pannes ou interruptions de fonctionnement, si bien que la surveillance de toute une région du coeur peut être momentanément interrom- pue. Ceci est incompatible avec un fonctionnement continu du réacteur dans de très bonnes conditions de sécurité. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de prélè- vement de fluide de refroidissement et de localisation d'assemblages combus- tibles défectueux dans un réacteur nucléaire en service,ce réacteur compor- tant un coeur constitué par des assemblages combustibles disposés c 8 te à c 8 te et en contact par leurs faces latérales dans une cuve contenant le flui- de de refroidissement du réacteur mis en circulation par des moyens de pom- page, de façon à traverser le coeur dans la direction longitudinale des as- semblages, le dispositif comportant des moyens de repérage et de localisation des assemblages défectueux, par détection de produits de fission dans le fluide de refroidissement, constituant un ou plusieurs modules de localisa- tion et des conduites de prélèvement de fluide de refroidissement associées à chacun des assemblages, joignant de façon indépendante chacune des zones situées en sortie de chacun des assemblages aux modules de localisation et assurant le transport du fluide de refroidissement depuis la sortie du coeur jusqu'aux modules, ce dispositif de prélèvement et de localisation devant permettre la surveillance continue de l'ensemble du coeur du réac- teur, même si l'un des modules de localisation connaît un arrêt momenta- né occasionné par une panne. Dans ce but, le dispositif de prélèvement selon l'invention compor- te au moins deux modules de localisation totalement indépendants et, pour chacun des assemblages du coeur, il existe au moins un assemblage voisin, c'est-à-dire disposé au contact du premier assemblage par l'intermédiaire d'une de ses faces latérales, relié pars conduite de prélèvement à un mo- dule de localisation différent du module auquel est relié le premier assem- blage. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décri- re à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation d'un dispositif de prélèvement et de loca- lisation suivant l'invention, dans le cas de l'utilisation de deux modules pour surveiller l'ensemble du coeur et dans le cas de l'utilisation de six modules indépendants pour cette surveillance. La figure 1 représente dans une vue en coupe par un plan vertical, de façon schématique, la cuve du réacteur renfermant le coeur au-dessus du- quel est placé le dispositif de prélèvement et de localisation suivant ltin- vention. La figure 2 représente un schéma de répartition des assemblages à l'intérieur du coeur montrant les assemblages reliés respectivement à l'un ou à l'autre de deux modules de localisation assurant la surveillance de l'en. semble du coeur. La figure 3 est un schéma de répartition des assemblages à l'inté- rieur du coeur, dans le cas o la surveillance du coeur est assurée par six modules de localisation indépendants. Sur la figure 1 on voit la cuve 1 d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides de type intégré. La cuve est fermée par une dalle de forte épaisseur 3 et contient du sodium liquide qui constitue le fluide de refroidissement jusqu'au niveau 2. Le coeur 6 du réacteur-reposant sur un sommier 7 est constitué par des assemblages de grande longueur par rapport à leurs dimensions transver- sales disposés verticalement c 8 te à côte de façon que leurs faces latérales soient en contact. On voit sur les figures 2 et 3 la section transversale de ces assemblages qui est de forme hexagonale. A l'intérieur de la cuve sont également disposées des pompes tel- les que 8 immergées dans le sodium liquide et permettant la circulation de celui-ci à l'intérieur du coeur, de haut en bas comme figuré par les flè- ches 10. Au-dessus du coeur 6 sont disposés des modules 12 et 14 permet- tant le prélèvement de fluide de refroidissement et la localisation des as- semblages défectueux à l'intérieur du coeur. Nous allons décrire le module 12 de façon plus détaillée, les Mo- dules 12 et 14 étant identiques. Le module comporte un boitier 15 fixé sui le bouchon tournant 4 et plongeant dans le sodium liquide Il porte un ensemble de tubes de prélè- vement 17 dont une extrémité est en communication avec la partie interne du module L'autre extrémité de ces tubes 17 débouche au-dessus du coeur dans la zone de sortie du sodium liquide échauffé ayant traversé le coeur. Chacun des tubes 17 est disposé de façon à déboucher à la verti- cale d'un assemblage du coeur Inversement, à chacun des assemblages consti- tuant le coeur, est associé un tube de prélèvement dont l'extrémité d'entrée se trouve à la verticale de liassemblage, à la sortie de celui-ci. De cette façon, chacun des conduits 17 peut recueillir le sodium liquide ayant traversé l'assemblage à la verticale duquel il est disposé. A l'intérieur du boitier 15 du module 12, ces tubes sont reliés à un sélecteur 18 qui permet de relier successivement chacun des tubes 17 à un tube de transport 20 à l'ieérieur duquel est réalisé une aspiration grâce à une pompe 21 Le conduit 20 et la pompe 21 permettent de transporter les pré- lèvements de sodium liquide effectués successivement à la verticale des as- semblages du réacteur à un appareil de mesure 23 grâce auquel on détecte éven- tuellement la présence de produits de fission dans le pélèvement de sodium liquide. Un repérage précis de la position du sélecteur permet d'identifier la position des tubes de prélèvement et donc des assemblages pour lesquels on détecte des produits de fission dans le prélèvement de sodium liquide. Dans le mode de réalisation représenté aux figures 1 et 2, les tubes de prélèvement constituent deux ensembles différents, les tubes de prélève- ment constituant l'un des ensembles étant reliés à un premier module de loca- lisation 12 et les tubes de prélèvement constituant le deuxième ensemble étant reliés au module de localisation 14. Ainsi qu'il est visible à la figure 2, chacun des assemblages constituant le coeur du réacteur est relié par une conduite de prélèvement unique, soit à l'un soit à l'autre des deux modules de localisation. L'ensemble des conduites de prélèvements reliées au module de lo- calisation 12 étant désigné par le repère 17, l'ensemble des conduites de prélèvements reliées au module de localisation 14 sera désigné par le re- père 24. Sur la figure 2 on a représenté, pour une fraction du coeur dis- posée autour de la partie centrale de celui-ci, les sections transversales hexagonales des différents assemblages constituant cette partie du coeur, avec l'indication, pour chaque assemblage, de l'ensemble de conduites de prélèvement auquel appartient la conduite de prélèvement associée à cet as- semblage. On voit que la disposition des différentes conduites appartenant à l'ensemble 17 ou à l'ensemble 24 est déterminée de la façon suivante: Si la conduite de prélèvement de l'assemblage central du coeur 17 a est une conduite de l'ensemble 17, les conduites associées au six assemblages entourant l'assemblage 17 font partie de l'ensemble 24 alors que les douze assemblages entourant les six assemblages précédents sont associés à des conduites 17 et ainsi de suite, chacune des couronnes d'assemblages succes- sives comportant des conduites de prélèvement appartenant successivement à l'ensemble 17 et à l'ensemble 24. On voit cependant que certains des emplacements sont cccupés par des ensembles de commande dont la section est identique à ln section d'un as- semblage Aucune conduite de prélèvement n'est disposée à la verticale de ces emplacements occupés par des ensembles de commande 25 Lorsque le réac- teur nucléaire est en fonctionnement, le sodium circulant dans le coeur, à l'intérieur de chacun des assemblages suivant la direction longitudinale, il se produit une diffusion du métal liquide à la sortie du coeur qui est ac- centuée par des courants de direction radiale allant depuis le centre du coeur du réacteur vers la périphérie de celui-ci. Les prélèvements effectués par les conduites 17 et 24 ne sont donc pas constitués intégralement par du sodium ayant traversé l'assemblage à la verticale duquel ils sont disposés. Il se produit donc un léger mélange entre le fluide qui a traversé un assemblage quelconque et le fluide ayant traversé les assemblages voisins. Ce mélange peut concerner quelques pour 100 à quelques dizaines de pour 100 de la quantité de métal liquide constituant le prélèvement réalisé à la verti- cale d'un assemblage, suivant la qualité du prélèvement, la taille de l'as- semblage et l'emplacement de celui-ci dans le coeur. Si l'on se reporte à la disposition des assemblages représentée à la figure 2, on staperçoit que tout prélèvement réalisé par l'une des conduites 17 comporte ainsi quelques pour 100 au moins de métal liquide ayant traversé un assemblage associé à une conduite de prélèvement 24 et qu'inversement tout prélèvement effectué avec une conduite 24 comporte quelques % de métal liquide ayant traversé un assemblage associé à une con- duite 17. De cette façon, si par exemple le module 12 connatt une interrup- tion de fonctionnement, le module 14 reçoit grâce aux conduits 24 des prélè- vements comportant quelques % de métal liquide ayant traversé les assembla- ges associés aux conduites de prélèvement 17 reliées au module 12 indispo- nible. De cette façon, il reste possible de surveiller l'ensemble du coeur grâce à la répartition des conduites de prélèvement comme représentée à la figure 2. Sur la figure 3, on voit une portion du coeur d'un réacteur à neu- trons rapides refroidi par du sodium liquide dans le cas o l'on utilise pour la détection et la localisation des assemblages défectueux six modules de localisation indépendants analogues aux modules 12 et 14 représentés à la figure 1. Ces six modules désignés par les repères 31, 32, 33, 34, 35 et 36 sont associés chacun à une portion du coeur correspondant au tiers de celui- ci Par exemple les modules 31 et 32 sont associés à la portion inférieure du coeur comprise dans l'angle dièdre de 1200 dont les traces sur le plan de la figure 3 sont les demi-droites 46 et 47. A l'intérieur de cette portion de coeur, les assemblages combusti- bles à section hexagonale sont associés à des conduites de prélèvement re- liées soit au module 31 soit au module 32, les assemblages associés à une conduite de prélèvement reliée au module 31 portant ce repère 31 et les as- semblages associés à une conduite de prélèvement reliée au module de locali- sation 32 portant le repère 32. Les assemblages associés à des conduites de prélèvement reliées à l'un ou à l'autre des modules de prélèvement 31 et 32 sont disposés sur des portions de couronnes successives comprises entre les deux plans 46 et 47. Il en est de même des assemblages situés dans la portion 48 du coeur dont les conduites de prélèvement sont reliées soit à un module de localisation 33 i soit à un module de localisation totalement indépendant 34. Les assemblages associés à des conduites reliées au module 33 et les assemblages associés aux conduites liées au module 34 respective- ment sont disposées sur des portions de couronnes concentriques entourant le centre du coeur. Il en est de m 9 me également dans la troisième partie 49 du coeur o les assemblages sont reliés soit à un module de localisation 35 soit à un module totalement indépendant 36. La diffusion du flux de sodium en sortie des assemblages du coeur permet ainsi un mélange du sodium ayant traversé un assemblage quelconque avec quelques 7 de sodium ayant traversé des assemblages voisins reliés à un module de localisation totalement indépendant. De cette façon si l'un quelconque des modules de localisation est indisponible, la surveillance de tous les assemblages de la portion de coeur correspondante reste possible, le module restant disponible assurant la dé- tection de produits de fission dans des prélèvements comportant quelques 7 de sodium provenant des assemblages associés au module indisponible. Une localisation exacte de l'assemblage défectueux reste possible même si cet assemblage est associé à une conduite reliée à un module de lo- calisation indisponible, puisque toutes les mesures relatives aux produits de fission dans le sodium liquide auront des valeurs très inférieures aux va- leurs enregistrées habituellement pour des fuites au niveau d'un assemblage associé à une conduite de prélèvement liée à un module en fonctionnement nor- mal. Ces valeurs seront par exemple d'un ordre de grandeur inférieur aux valeurs habituelles En repérant les assemblages pour lesquels on enregistre ces valeurs faibles,/exemple 32 a et 32 b sur la figure 3, il est facile de dé- terminer une rupture au niveau de l'assemblage 31 a puisque la diffusion du sodium liquide se fait préférentiellement du centre vers la périphérie du coeur. En cas d'indisponibilité du module de localisation 31, il reste donc possible de déterminer grâce au module de localisation 32 des fuites éventuelles de produits de fission au niveau des assemblages associés à des conduites de prélèvement reliées au module 31. Il en est évidemment de même dans les autres parties du coeur, si l'un des deux modules de localisation associés à cette portion du coeur de- vient indispouble. Dans l'exploitation des mesures, lorsque l'ensemble des modules de lacalisation est disponible, on prend en compte évidemment les plus grandes valeurs mesurées qui correspondent à un prélèvement direct audessus d'un assemblage présentant une rupture de gaine. On voit que le principal avantage du dispositif suivant l'invention est de permettre une localisation des assemblages défectueux même lorsqu'un module de localisation (LRG) est en panne. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient d'être décrit, elle en comporte au contraire toutes les variantes. C'est ainsi qu'on peut imaginer une répartition quelconque des conduites deirélèvement au-dessus des assemblages du coeur, au lieu d'une répartition en couronnes comme celle qui vient d'être décrite Cependant, il est nécessaire dans tous les cas d'avoir une disposition telle qu'un as- semblage quelconque du coeur soit en contact par une au moins de ses faces avec un autre assemblage dont la conduite de prélèvement est reliée à un module de localisation différent du module auquel est reliée la conduite de prélèvement disposée au-dessus du premier assemblage. De préférence, le premier assemblage devra être en contact avec au moins un assemblage dont la conduite de prélèvement est reliée à un autre module de localisation par l'intermédiaire d'une de ses faces dirigées vers l'extérieur du coeur En effet, la diffusion du sodium se fait préférentiel- lement depuis le centre jusqu'à la périphérie du coeur. Le dispositif suivant l'invention est applicable également dans le cas d'assemblages dont la section transversale n'est pas hexagonale; on peut par exemple l'utiliser dans le cas o les assemblages sont répartis suivant une maille carrée. La structure des modules de localisation peut être quelconque, seu- le la façon dont ces modules regroupent les conduites de prélèvement des différents assemblages du coeur importe pour la mise en oeuvre de l'invention. Le coeur peut être divisé d'une manière quelconque en sous-ensembles conte- nant une même quantité ou des quantités différentes d'assemblages, à partir du moment o, à chaque zone du coeur surveillée, est associés au moins deux modules de localisation avec une liaison entre ces modules et les assemblages, par des conduites de prélèvement disposées suivant une répartition permettant un mélange du sodium liquide ayant traversé les assemblages reliés à des modu- les différents Pour chacune des zones du coeur surveillée on pourra utiliser 2, 3, 4 ou un nombre supérieur de modules de localisation, suivant la place dont on dispose pour ces modules et la précision de localisation qu'on désire. Il est cependant préférable d'utiliser un nombre minimum de modules, c'est-à-dire deux modules par zones surveillée. Enfin, le dispositif suivant l'invention s'applique dans tous les cas o l'on désire détecter très rapidement des assemblages combustibles dé- fectueux dans un réacteur nucléaire en service, par prélèvement de fluide de refroidissement dans ce réacteur, qu'il soit du type intégré ou à bou- cles. REVENDICATIONS 1. Dispositif de prélèvement de fluide de refroidissement et de localisation d'assemblages combustibles défectueux dans un réacteur nuclé- aire en service, ce réacteur comportant un coeur ( 6) constitué par des assemblages combustibles disposés côte à côte et en contact par leurs faces latérales dans une cuve ( 1) contenant le fluide de refroidissement du réac- teur mis en circulation par des moyens de pompage ( 8), de façon à traver- ser le coeur ( 6) dans la direction longitudinale des assemblages, le dispo- sitif comportant des moyens de repérage permettant la localisation des as- semblages défectueux par détection de produits de fission dans le fluide de refroidissement, constituant un ou plusieurs modules de localisation ( 12, 14) ainsi que des conduites de prélèvement de fluide de refroidissement ( 17, 24), chacune associée à un assemblage ( 17 ou 24), joignant de façon indépendante chacune des zones situées en sortie de chacun des assemblages aux modules de localisation et assurant le transport du fluide de refroidissement depuis la sortie du coeur jusqu'aux modules caractérisé par le fait qu'il comporte au moins deux modules de localisation totalement indépendants ( 12, 14) et que, pour chacun des assemblages du coeur ( 17), il existe au moins un assem- blage voisin ( 24), c'est-à-dire disposé au contact du premier assemblage ( 17) par l'intermédiaire d'une de ses faces latérales, relié par sa conduite de prélèvement ( 24) à un module de localisation ( 14) différent du module ( 12) auquel est relié le premier assemblage ( 17). 2. Dispositif de prélèvement et de localisation suivant la reven- dication 1, caractérisé par le fait que le coeur du réacteur ( 6) est divisé en au moins deux parties ( 45, 48, 49) comportant chacune un ensemble d'assem- blages ( 31-32, 33-34, 35-36) dont les conduites de prélèvement sont reliées à l'un ou à l'autre de deux modules de localisation indépendants des modules auxquels sont reliées les conduites de prélèvement associées aux assemblages disposés dans les autres parties du coeur du réacteur. 3 Dispositif de prélèvement et de localisation suivant la reven- dication 2 caractérisé par le fait que le coeur du réacteur est divisé en trois parties ( 45, 48, 49) et que les conduites de prélèvement des assemblages ( 31-32, 33-34, 35-36) de chacune de ces parties du coeur sont reliées à l'un ou à l'autre de deux modules de localisation, la surveillance de l'ensemble du coeur nécessitant six modules de localisation totalement indépendants. 4. Dispositif de prélèvement et de localisation suivant l'une quel- conque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que les condui- tes de prélèvement ( 17 et 24) reliées respectivement à l'un ou à l'autre de il deux modules indépendants, sont disposé& successivement sur des couronnes ayant pour axe lfaxe du coeur ( 6) du réacteur.