Brevet FR2516693A1 — publié le 19830520

Procédé et dispositif de prélèvement d'échantillons de sodium dans le coeur d'un réacteur nucléaire refroidi au sodium La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour le prélèvement direct d'échantillons de sodium dans le coeur d'un réacteur nucléaire refroidi au sodium. Pour contrôler la teneur en impuretés du fluide réfrigérant, il est nécessaire de prélever, pendant que le réacteur fonctionne, des échantillons de ce fluide, et de les examiner au laboratoire. Dans le cas des réacteurs nucléaires refroidis au sodium, ce prélèvement d'échantillons se faisant jusqu'à présent dans le circuit d'épuration, mais sans que l'on soit alors assuré que les impuretés contenues dans ce circuit soient exactement les mêmes que celles qui se trouvent dans le coeur proprement dit. En particulier, et pour des raisons de sécurité, l'échantillon prélevé selon la méthode utilisée jusqu'ici est maintenu pendant deux semaines environ à 2O00C en liaison avec la chambre à gaz de protection du réservoir de décharge, jusqu'à décroissance de l'activité du sodium 24.Dans ce cas, cependant, une des impuretés, à savoir le tritium ou l'hy drogène, s'échappe par diffusion de l'échantillon, de sorte que celui-ci n'est plus représentatif. On a déjà en outre tenu des discussions sur une méthode par laquelle on fait descendre un creuset, à l'aide d'une barre, dans la cuve du réacteur, et l'on remonte ensuite ce creuset une fois rempli. Cette méthode ne permet toutefois pas de garantir la protection contre les séismes qui est exigée pour des raisons de technique de sécurité. La présente invention a par conséquent pour objet un procédé et un dispositif qui permettent de prélever directement dans le coeur du réacteur un échantillon de sodium et de le refroidir ensuite rapidement, et ce sans que la protection contre les séismes et la sécurité de fonction nement du réacteur n'en soient affectées. La présente invention propose d'aspirer du sodium liquide hors de la cuve par l'intermédiaire d'une conduite, de remplir de sodium un creuset disposé dans la conduite d'aspiration, pendant la montée du niveau de sodium, le sodium en excès étant ensuite amené à redescendre, et le creuset pouvant etre retiré avec un tronçon de la conduite d'aspiration après un temps de désactivation approprié, en vue d'un examen ultérieur. Ce procédé ne nécessite l'instal- lation d'aucun élément mobile à l'intérieur de la cuve.du réacteur, de sorte qu'il n'y a aucune préoccupation à avoir ni réserve à faire, en particulier en ce qui-concerne la protection contre les séismes. De plus, il ne sort ni gaz inerte ni sodium liquide hors du circuit, car l'installation de prélèvement d'échantillons est fermée. Selon une caractéristique additionnelle de la présente invention, la conduite d'aspiration et une conduite de retour du gaz de protection qui est évacué par aspiration traversent le petit couvercle rotatif du réacteur par l'intermédiaire d'un élément inséré spécial ou garniture de prise d'échantillons. Un dispositif constitué par un grand et un petit couvercle ou bouchons rotatifs sert normalement à la manuten- - tion des déments combustibles lorsque le réacteur est A l'arrêt. A cet effet, l'ouverture ménagée dans le petit couvercle peut être amenée, par la rotation des deux couvercles rotatifs, dans toute position voulue. Elle contient un tube de guidage-qui peut etre abaissé et qui est obturé par un tampon pendant le fonctionnement du réacteur. Selon une autre proposition de la présente invention, ce tampon doit etre remplacé par un autre tampon convenant pour la prise ou le prélèvement d'échantillons et qui puisse aussi rester en place pendant que le réacteur fonctionne.C'est à travers ce.tampon que passent alors une conduite d'aspiration qui s'étend jusqu'à l'intérieur du sodium liquide, et une conduite de retour qui va jusqu'à l'intérieur de la chambre à gaz de protection, au-dessus du niveau du sodium. Pour des raisons de protection contre le rayonnement, ces conduites peuvent être posées en hélice. Un dispositif d'aspiration, qui aspire par dépression le sodium vers le haut dans la conduite d'aspiration, est alors raccordé la conduite d'aspiration. Un creuset à'échantillon, qui se remplit pendant la montée du sodium et qui peut être retiré, après l'évacuation du sodium en excès, est fixé dans un tronçon amovible de la conduite d'aspiration.En raison de la forte activité des différents isotopes de sodium et de la présence de quelques impuretés, l'installation de prise d'échantillons est logée dans un récipient de protection approprié, dans lequel le prélèvement d'échantillons peut être effectué au moyen d'un manipulateur, l'échantillon pouvant ensuite être transporté dans un récipient de protection approprié à travers un sas en vue d'un examen supplémentaire. Selon les besoins, ce récipient de protection peut aussi être rempli de gaz de protection ou mis sous vide. Le système de pompage et le récipient de prise d'échantillons sont alors situés à un endroit accessible, au-dessus du blindage de protection du réacteur. De préférence, le circuit d'aspiration se compose d'une pompe à vide, d'un récipient sous dépression et de trois électrovannes. Le vide peut être fait dans le récipient sous dépression à l'aide de la pompe à vide, par l'in termédiaire d'une électrovanne. Le récipient sous dépression peut être raccordé à la conduite d'aspiration par l'intermédiaire d'une électrovanne. La conduite d'aspiration peut être raccordée à la conduite de retour du gaz inerte par l'intermédiaire d'une électrovanne. Dans ce circuit d'aspiration, l'accent est mis sur la simplicité de manoeuvre et sur la sécurité de fonctionnement de l'installation. C'est pourquoi-la pompe à vide n'est pas raccordée directement à la conduite d'aspiration, mais le vide est d'abord fait dans un récipient sous dépression, dont le volume est supérieur à celui de la conduite d'aspiration, et ce récipient est ensuite ouvert vers la conduite d'aspiration par l'intermédiaire d'une électrovanne. Le mode opératoire précis de ce dispositif sera expliqué plus loin à l'aide du dessin annexé. Une caractéristique additionnelle de la présente invention concerne le dispositif de prise d'échantillons pro prement dit, c'est-d-dire l'endroit où un creuset à échantillon est rempli de sodium et ultérieurement retiré. La conduite d'aspiration comporte, à un endroit évasé par des pièces de raccordement, un tronçon amovible, dans lequel un creuset à échantillon est fixé à l'aide d'une suspension. Cette partie évasée est amovible et peut donc être retirée du reste de la conduite, la jonction avec la conduite devant pouvoir être désolidarisée par un manipulateur. Pour que la jonction avec la conduite puisse être désolidarisée par un manipulateur, le tronçon amovible est relié au reste de la conduite, à savoir aux pièces de raccordement, par des écrous-chapeaux. On trouve dans le commerce des raccords appropriés, étanches au sodium et comportant des écrous-chapeaux. Une caractéristique additionnelle de la présente invention propose qu'un instrument de mesure de niveau par induction soit fixé sur le tronçon amovible, au-dessus du bord supérieur du creuset à dchantillon. Une autre caractéristique additionnelle de l'invention propose qu'au-moins un instrument de.-mesure de niveau par induction supplémentaire soit sur le tronçon amovible, au-dessous du creuset à échantillon. Ces instruments de mesure de niveau ont pour rôle de surveiller le processus de- prise d'-échantillons, et d-'empêcher que le sodium ne monte jusqu'au récipient sous dépression. Ainsi qu'il sera expliqué dans la-description du dessin annexé, ces instruments de mesure de niveau par induction constituent une aide pour la surveillance et l'automatisation du processus de prise d'échantillons. De tels instruments de mesure de niveau se composent habituellement d'une bobine primaire et d'une bobine secondaire, la bobine primaire étant excitée par un courant alternatif et le cou plage avec la bobine secondaire étant empêché par la montée du sodium et les courants de Foucault qui sont alors engendrés. Les bobines nécessaires peuvent être aisément enroulées autour du tronçon amovible du tube d'aspiration.Les branchements électriques sont conçus sous la forme de connexions enfichables, ce qui rend simple une disolidarisation, lors du prélèvement de l'échantillon. Pour le contrôle de la température de l'échantillon, une sonde thermométrique est fixée sur la face extérieure du tronçon amovible. Les connexions électriques de la sonde thermométrique et des instruments de mesure à induction des tinés à mesurer le niveau de remplissage sont faciles à désolidariser au moyen de connexions enfichables. Grâce à cette sonde thermométrique, elle aussi à connexion par enfichage facile à désolidariser, l'évolution de la température peut être enregistrée pendant le refroidissement de l'échantillon, ce qui peut, le cas échéant, être important pour les examens de laboratoire. Pour protéger le circuit sous dépression contre le sodium et empêcher que le sodium ou la vapeur de sodium n'y pénètrent, une bougie filtrante et/ou un piège froid sont prévus, au-dessus du dispositif de prise d'échantillons, en amont du raccordement au récipient sous dépression, entre le tube d'aspiration et ledit récipient. Ces dispositions se sont avérées être efficaces, dans d'autres cas, contre les impuretés contenues dans le sodium, et contribuent, dans le cas présent, à éviter une contamination importante dc- -la pompe à vide et du récipient sous dépression. Etant donné que le gaz de protection aspiré hors du récipient sous dépression par la pompe à vide est réintroduit dans la cuve du réacteur et que l'excès de sodium est amené à redescendre dans la cuve, on n'a pas à redouter un dégagement incontrôlé de radioactivité pendant la prise d'échantillons.Lorsque l'opération de prélèvement est achevée, et avant le retrait du tronçon amovible avec l'échantillon, on ferme les soupapes de sûreté prévues en double exemplaire dans la conduite d'aspiration et la conduite de retour, de qui satisfait aux exigences de sécurité habituelles. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la-description détaillée d'un mode de réalisation pris comme exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est un schéma des conduites de prise d'échantillons dans la zone supérieure du réacteur - la figure 2 est une vue du circuit d'aspiration ; et - la figure 3 est une vue du dispositif de prise d'échantillons proprement dit. La figure 1 représente la zone supérieure d'un réac- teur nucléaire refroidi au sodium, avec les installations de protection et les constructions de recouvrement qui ne sont pas spécifiées plus en détail. Dans cette zone, se trouve le grand bouchon ou couvercle rotatif 9, dans lequel est logé le petit bouchon ou couvercle rotatif 10.L'ouverture qui sert normalement au remplacemént des éléments du coeur du réacteur en différents points, est située dans le petit couvercle rotatif.- Cette ouverture est obturée par un élément inséré ou garniture de prise d'échantillons 8, garniture à travers laquelle passent les conduites de prise dlécllantillons. Les deux conduites de prise d'échantillons 3 et 4 débouchent ensuite dans la zone située au-dessus du couvercle rotatif, en passant à travers le blindage de protection. Par l'intermédiaire de différentes vannes VE à V11, requises pour des raisons de sécurité, ces conduites traversent le petit couvercle rotatif~et descendent à l'inté- rieur du tube de guidage 7.L'une des conduites de prise d'échantillons présente une ouverture 5, au-dessous du niveau du sodium, tandis que l'autre conduite se termine, audessus du niveau du sodium, dans la chambre à gaz inerte ou gaz de protection, par une ouverture d'évacuation 6. Toutes les vannes représentées V6 à V9 sont normalement fermées et sont destinées à protéger le circuit contre le dégagement de radioactivité. Ces vannes ne sont ouvertes que pour la durée de la prise d'échantillons, de manière à permettre que le sodium soit aspiré, par l'intermédiaire de la conduite 4, et que du gaz de protection soit renvoyé par la conduite 3. Les vannes V10 et V11 sont nécessaires lors du retrait du tampon. Dans le cas de cette disposition, aucune pièce mobile ne se trouve à l'intérieur du réacteur, ce qui exclut toute possibilité de chute de pièces.La protection contre les séismes est elle aussi considérablement améliorée dans ce dispositif, par rapport aux méthodes de prise d'échantillons mécaniques. La figure 2 représente le circuit d'aspiration proprement dit, qui est raccordé aux deux conduites-provenant du réacteur. Le circuit d'aspiration 1 se compose du récipient de prise d'échantillons 2, qui est représenté plus en détail sur la figure 3, de la conduite de retour de gaz de protection 3, de la conduite d'aspiration 4 et du système de pompage. Le vide est fait dans un récipient sous vide 11 par la pompe à vide 12, ledit récipient étant relié au récipient de prise d'échantillons par l'intermédiaire d'un piège froit 13 et d'une bougie filtrante 14. Une bride de raccordement 15 est prévue pour un instrument de contrôle des fuites; et la dépression dans le récipient sous vide est mesurée au moyen d'un instrument de mesure 16. Les différentes vannes sont utilisées pendant la prise d'échantil-- lon comme indiqué ci-après. La figure 3 est une vue en coupe longitudinale du récipient de prise d'échantillons 2 proprement dit. Par une pièce de raccordement 21, la conduite d'aspiration- 4 est évasée au diamètre requis, et une autre pièce de raccordement 23, qui réduit la conduite à son diamètre normal,-se trouve à l'extrémité supérieure du récipient. Un tronçon de tube 22 est vissé, à l'aide d'écrous-chapeaux 24, sur les deux pièces de raccordement 21 et 23. A l'intérieur du tron çon de tube 22, un creuset 298 dont la contenance est d'environ 4 g de sodium, est fixé à l'aide d'une suspension 28. Une sonde de niveau à induction 25 est fixée au-dessous du creuset à échantillon 29, et une autre sonde de niveau à induction 26 est fixée au-dessus du creuset 25. Lorsque ledit creuset à échantillon 29 est rempli de sodium, on peut retirer le tronçon de tube 22 avec l'échantillon en desserrant les écrous-chapeaux 24 et en-désolidarisant les connexions électriques à enfichage prévues pour les sondes de mesure de niveau. Pour le contrôle de la température, une sonde thermométrique 27 peut être prévue sur le récipient de prise d'échantillons. L'ensemble du dispositif est construit de façon à permettre un maniement sûr à l'aide d'un manipulateur. Dans les iignes suivantes, le déroulement des différentes phases de fonctionnement, lors de la prise d'échantillons, est décrit plus en détail Le dispositif de prise d'échantillons est installé pendant que le réacteur est à l'arrêt. Pendant cette opération, il faut observer-les consignes de sécurité établies pour le retrait du tampon de protection qui se trouve dans l'ouverture du couvercle 10. Pour la prise d'échantillons, on visse, dans la conduite d'aspiration 4, un tronçon de tube 22 nettoyé, qui comporte, incorporé en lui, un creuset 29 en acier spécial.On ouvre ensuite l'électrovanne V1 et l'on fait le vide dans le récipient sous vide 11 à l'aide de la pompe à vide 12. (Les vannes V4 etVS sont ouvertes dans les conditions de -fonctionnement- normal). Le vide étant fait, on ferme l'électrovanne V1. On peut lire la dépression dans le récipient i1 sur l'instrument de mesure 16. On ouvre alors les électrovannes V2, V6 et V7, et le sodium monte dans la conduite 4. Dès que le sodium se trou ve à hauteur de la sonde de niveau 25, celle-ci répond et annonce le remplissage imminent du creuset 29. Le niveau du sodium continue à monter jusqu'à ce que la sonde de niveau 26 réponde.A ce moment, le creuset 29 est déjà rempli de sodium Lorsque la sonde de niveau 26 répond, la vanne V2 est fermée et -la vanne V3 est ouverte. De ce fait, le gaz de protection pénètre, sous une légère pression, dans le récipient de prise d'échantillons 2, -à la suite de quoi l'excès de sodium reflue dans la cuve du réacteur Le creuset 29 reste rempli de sodium. La sonde des niveau 25 détecte que le tronçon de tube 22 n'est plus rempli de sodium et, après une temporisation d'environ 3 minutes, destinées à permettre l'évacuation du sodium résiduel, on ferme toutes les vannes. L'échantillon est alors refroidi, ce qui peut être contrôlé. par la sonde thermométrique 27. Les écrouschapeaux 24 sont finalement desserrés et le tronçon de tube 22, avec le creuset 29, peut être retiré. C'est encore à l'intérieur de l'enceinte de protection dans laquelle se trouve l'ensemble du dispositif, que l'échantillon est placé dans un récipient de transport et peut être transporté au laboratoire à des fins d'analyse. Pour nettoyer la conduite d'aspiration 4, on peut aussi faire monter le sodium à plusieurs reprises jusqu'à la sonde de niveau 25 et le faire redescendre pour obtenir ainsi un effet de rinçage. Pour protéger la pompe à vide contre le sodium, un filtre à sodium 14 et un piège froid 13 sont prévus. Ce dispositif permet d'effectuer une prise d'échantillon dans un délai compris entre environ une demi-heure et une heure. REVENDICATIONS 1.- Procédé de prélèvement d'échantillons de sodium dans le coeur d'un réacteur nucléaire refroidi au sodium, caractérisé par les étapes suivantes a) du sodium liquide est aspiré hors de la cuve du réacteur par l'intermédiaire d'une conduite (4) ; b) lorsqu'un niveau bien défini est atteint, un creuset (29), disposé dans la conduite d'aspiration (4), se remplit ; c) le sodium en excès est alors amené à redescendre ; d) le creuset (29) rempli de sodium est retiré avec un tronçon (22) de la conduite. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la conduite d'aspiration (4) et une conduite de retour (3) du gaz de protection -aspiré sont engagés à travers le petit couvercle ou bouchon rotatif (10) du réacteur par un élément spécial ou garniture de prise d'échantillons. 3.- Dispositif destiné à la mise en oeuvré du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérise en ce qu'il comprend a) un élément ou garniture de prise d'échantillons (8), dans lequel passe une conduite d'aspiration du sodium (4) qui se termine-par une ouverture.(5) au-dessous du niveau du sodium, dans la cuve du réacteur est monté dans l'ouverture du petit couvercle rotatif (10) du réacteur ; b) une-conduite de retour (3) qui passe elle aussi dans l'élément de prise d'échantillons (8) et se termine par une ouverture (6)..débouchant dans la chambre à gaz-de protection de la cuve du réacteur ;; c) un dispositif d'aspiration (1) qui aspire par dépression le sodium vers le haut dans la conduite d'aspiration (4) d) un tronçon amovible (22) dans lequel est monté un creuset à échantillon (29), se trouve dans la conduite d'as piration (4), au-dessus de l'enceinte de protection du réacteur. 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que a) le circuit d'aspiration se compose d'une pompe à vide (12), d'un récipient sous dépression (11) et de trois électrovannes (V1, V2, V3) ; b) le vide peut être fait dans le récipient sous dépression (11) à l'aide de la pompe à vide (12), par l'intermédiaire d'une électrovanne (V1) c) le récipient sous dépression (11) peut être raccordé à la conduite d'aspiration (4) par l'intermédiaire d'une électrovanne (V2) ; d) la conduite d'aspiration (4) peut être raccordée à la conduite de retour de gaz de protection (3) par l'intermédiaire d'une électrovanne (V3). 5.- Dispositif selon la revendication 3 ou 4, cara-c- térisé en ce que, dans la conduite d'aspiration (4), se trouve, dans une partie évasée par des pièces de raccordement (21, 23), un tronçon amovible (22) dans lequel le creuset à échantillon (29) est fixé à l'aide d'une suspension (28). 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le tronçon amovible (22) est relié aux pièces de raccordement (21, 23) par des écrous-chapeaux (24). 7.- Dispositif selon la revendication 5 ou 6, carac térisé en ce qu'un instrument de mesure de niveau à induction (26) est fixé sur le tronçon amovible (22), au-dessus du bord supérieur du creuset à échantillon (29). 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5, 6 ou 7, caractérisé en ce qu'au moins un instrument de mesure de niveau à induction (26) supplémentaire, est fixé sur le tronçon amovible (22), au-dessous.du creuset à échantillon (29). 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendictions précédentes, caractérisé en ce qu'une sonde thermométrique (27) est fixée sur la face extérieure du tronçon amovible (22), les connexions électriques de la sonde thermométrique et des instruments de mesure de niveau à induction étant établis par des connexions à enfichage. 10.- Dispositif selon l'une auelconque des revendications précédentes, caractérise' en ce qu'une bougie filtrante (14) et/ou un piège froid (13) sont prévus,-au- dessus du dispositif de prise d'échantillons (2), en amont du raccordement au récipient sous dépression (11), pour protéger le circuit sous dépression- contre le sodium.