Brevet FR2550878A1 — publié le 19850222

Procédé et installation de détection de corps errants dans un réacteur nucléaire Les corps errants dans un réacteur nucléaire peuvent, si leur présence se prolonge, provoquer des dommages impor5 tants par martelage des structures A l'heure actuelle, les mesures prises pour détecter ces corps errants consistent à effectuer, à intervalles réguliers, par exemple chaque jour, une écoute et une mesure des signaux fournis par des capteurs (généralement des accéléromètres) placés au contact de la 10 paroi du circuit primaire du réacteur. Cette solution présente diverses limitations Sauf à augmenter la fréquence des écoutes, on risque de ne déceler la présence d'un corps errant qu'avec un retard tel que des dommages importants sont survenus Et il est difficile 15 d'attribuer les bruits anormaux à une origine déterminée parmi celles qui sont possibles et qui comprennent, notamment, l'existence de fuites de vapeur et des chocs dûs à des phénomènes perturbateurs non dangereux. L'invention vise à fournir un procédé et une installa20 tion répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'ils permettent de réaliser en continu une discrimination entre les sources de bruits normaux et les sources de bruits d'impacts dûs aux corps errants. Pour cela, l'invention utilise le fait que les impacts décelés par des capteurs, généralement des accéléromètres, portés par des organes plongeant dans le réacteur, mais découplés de la paroi externe du circuit primaire, fournissent, en réponse à des impacts de corps errants contre la paroi du circuit primaire, des signaux corrélés, puisque excitant les divers capteurs à des instants qui ne diffèrent que des différences de temps de parcours de la perturbation. Au contraire, les chocs dûs aux oscillations ou aux vibrations de la structure portant un détecteur ne donnent 35 pas lieu à des signaux corrélés sur tous les détecteurs. -2 L'invention propose,en conséquence, un procédé de détection de corps errants dans un réacteur nucléaire utilisant les signaux fournis par des capteurs de chocs mécaniques, tels que des accéléromètres, caractérisé en ce qu'on détecte, sur au moins deux voies reliées chacune à un capteurles impulsions de signal ayant un facteur de crête supérieur à un niveau prédéterminé et en ce qu'on détermine le taux de coïncidence entre lesdits signaux sur les deux voies pour provoquer une alarme lorsque ce 10 taux dépasse un seuil. Le seuil sur le taux de coïncidence sera choisi pour éviter les alarmes intempestives dues aux coïncidences fortuites De même, on choisira un niveau de facteur de crête (rapport entre la valeur de crête du signal et la valeur efficace) permettant de dégager les signaux impulsionnels dûs aux chocs du bruit de fond qui est variable selon l'état de fonctionnement du réacteur et qui peut être élevéen cas de fuite de vapeur sur le circuit primaire ou secondaire. En général, du moins dans le cas d'un réacteur utili20 sant l'eau comme modérateur et comme réfrigérant, on utilisera des coïncidences entre détecteursportéspar des tubes-guides traversant la paroi de la cuve du réacteur. On peut ainsi différencier les chocs dûs à un corps errant des chocs provoqués par impact d'un doigt de gant d'ins25 trumentation interne du réacteur contre le pied de l'assemblage combustible correspondant Un tel impact se transmet jusqu'au bas de la cuve par l'intermédiaire du tubequide, mais n'est pas ressenti par les capteurs portés 30 par d'autres tubes-guides. 30 L'invention propose également une installation de détection de corps errants dans la cuve d'un réacteur nucléaire, permettant de mettre en oeuvre le procédé cidessus défini, comprenant plusieurs capteurs d'impulsions 35 mécaniques, tels que des accéléromètres, portés par des 35 structures distinctes de la cuve, installation caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de détection des coincidences entre signaux impulsionnels fournis par les différents capteurs et ayant un facteur de crête supérieur à un niveau prédéterminé et des moyens pour provoquer une alarme en réponse au dépassement d'un seuil prédéterminé par le taux de coincidence L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation de celle-ci, donné à titre d'exemple non limitatif La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: la figure 1 est un schéma de principe montrant une installation simple de détection de corps errants, utilisable dans un réacteur nucléaire du type à eau sous pression, 15 la figure 2 montre un mode possible de génération de signaux ayant un facteur de crête réglable, permettant l'étalonnage d'uneinstallation du genre montré en figure 1. L'installation dont le schéma de principe est montré en figure 1, permet à la fois de détecter la présence de 20 corps errants et celle de bruits normaux ou anormaux d'autre nature. Elle comprend plusieurs voies identiques, dont trois sont représentées et désignées par les références 10 a, 10 b et c, et une partie commune L'organe d'entrée de chaque voie est constitué par un capteur de chocs, qu'on supposera 25 être un accéléromètre 12 a, 12 b ou 12 c Chacun des ces accéléromètres est fixé sur un tube-guide 14 différent. Sur chaque voie 10 a, 10 b ou 10 c, le signal de sortie de l'accéléromètre est appliqué à un amplificateur de charge 16, qui attaque, dans le mode de réalisation illustré,deux 30 circuits séparés L'un des circuits 18 est prévu pour élaborer la valeur efficace du signal et la comparer avec un seuil fourni soit par une source interne munie d'un potentiomètre de réglage 20, soit par une source externe 22 Lorsque la valeur efficace du signal dépasse le seuil 35 déterminé, par exemple par suite de la détection d'impulsions avec un taux de répétition élevé (ce cas étant par exemple celui de plusieurs corps errants) ou d'un bruit de fond élevé (cas d'une fuite de vapeur) le circuit 18 actionne une alarme 24 Le circuit 18 fournit par ailleurs une tension représentative de la valeur efficace au second circuit 26, destiné à détecter la présence d'impulsions isolées Ce circuit 26 comporte un détecteur de crête et des moyens pour comparer la valeur de crête à la valeur efficace qu'il reçoit du circuit 18 par l'intermédiaire d'un potentiomètre d'ajustage 28 Ce potentiomètre 10 fixe donc un seuil de facteur de crête au delà duquel il y a émission d'une impulsion de sortie par le circuit 26. En règle générale, on choisira un facteur de crête compris entre 10 et 15 dans le cas d'accéléromètres placés sur les tubes-guides Un voyant d'alarme 30 muni d'un système 15 de maintien pendant une durée suffisante pour permettre l'observation peut être placé sur la sortie de chaque circuit 26 Une sortie supplémentaire peut être prévue vers un enregistreur 31. L'installation représentée comporte encore un troisié20 me circuit 32 de détection d'enveloppe permettant, en cas d'alarme, d'enregistrer également un signal représentatif de l'enveloppe du signal. Les sorties de toutes les voies O 10 a, 10 b et 10 c attaquent un module commun 34 destiné à la détection des 25 corps errants Dans le mode de réalisation illustré, ce module est prévu pour déterminer les coïncidences entre signaux provenant des trois voies Mais il serait possible de concevoir un module 34 détectant toutes les coïncidences entre deux voies sur trois, ou entre m voies sur N (n étant 30 le nombre total de voies et m étant un nombre entier inférieur ou égal à n) Dans le cas représenté, le signal de sortie de chaque voie attaque un circuit de temporisation 36, constitué par exemple par un monostable, dont la sortie est reliée à l'une des entrées d'une porte ET 38 La sortie 35 de cette porte est reliée à une entrée de remise à zéro forcée des monostabl eset la durée de maintien de chaque mono- ; 0878 -5 stable est choisie à une valeur sensiblement égale à la différence maximale entre les temps de propagation d'une onde sonore d'un Doint d'impact à tous les capteurs La sortie de la porte ET 38 attaque un compteur de taux de co 1 nci5 dence 40 associé à un circuit à seuil, éventuellement réglable à l'aide d'un potentiomètre 42 Lorsque le taux de cofncidence dépasse le seuil, choisi pour être supérieur au taux maximal de coiïncidences fortuites, le circuit 40 actionne une alarme 44. L'installation peut de plus comporter des voies reliées à des capteurs placés sur la paroi du circuit primaire, permettant de compléter la surveillance (des capteurs en fond de cuve ou en fond de botte à eau des générateurs de vapeur étant peu sensibles aux bruits de barre de commande). La mise en oeuvre du procédé suivant l'invention pourra dépendre de l'état de fonctionnement du réacteur. En phase d'exploitation normale, alors que le réacteur est stable, à une puissance qui peut être nulle mais en pression et à chaud, les chocs espacés (de 50 ms au moins) provo20 qués par un corps errant unique contre la cuve, excitent tous les accéléromètres 12 a, 12 b, 12 c Si ces chocs ont un facteur de crête sur chaque voie dépassant le seuil prédéterminé, les voies émettent des siqnaux impulsionnels avec un écart temporel inférieur à la durée de maintien des monostables 36 Le seuil pourra être choisi en fonction des caractéristiques particulières de chaque réacteur Toutefois, on a constaté que le facteur de crête du bruit de fond est généralement d'environ 4, ce qui conduit à adopter un seuil d'environ 12 pour avoir une sensibilité correspondant à trois fois la valeur crête du signal normal Dans la pratique, il suffira en gqénéral de prévoir une possibilité de réglage du seuil entre cinq fois et vingt fois la valeur efficace. L'intérêt de la présence des circuits 18 est, notamment, de donner une alarme en présence de multiples corps errants Le bruit de choc devient alors quasi continu et la valeur efficace augmente jusqu'à atteindre un seuil de déclenchement de 24, alors que le module 34 ne reçoit plus de signaux. -6 Par contre, lors d'un arrêt à froid, alors que la pression est habituellement inférieure à 100 bars, le niveau de bruit de fond augmente considérablement (de 5 à 10 fois en général) Le facteur de crête dû aux chocs diminue et les corps errants risquent de n'être plus détectés Mais les circuits 18 sont par contre excités Pour éviter des déclenchements intempestifs des alarmes 24, la référence extérieure 22 peut être prévue afin d'être commutée sur une valeur élevée en réponse à une baisse de pression du circuit primaire. D'autres solutions sont évidemment possibles nour éviter des alarmes injustifiées. Les seuils de déclenchement de chacune des voies 10 a, lob, 10 c peuvent être contrôlés par simulation en injectant à l'entrée des signaux périodiques de facteur de crête F connu. Lorsqu'on veut disposer d'une large plage de réglage de seuil, s'étendant à des valeurs de F allant jusqu'à 20, il est avantageux-d'utiliser des signaux rectangulaires périodiques de période T et de rapport cyclique a = T/T ajustable (Figure 2) Si A est l'amplitude du signal, on a: F A/A 2 a = 1/J On obtient ainsi aisément des taux très variables, comme le montre le tableau ci-après, correspondant à une fréquence de Hz: a 1/2 1/100 1/400 F 1,44 1 020 a T 5 ms 0,1 ms 25 us Des générateurs d'impulsion rectangulaire de période et de largeur d'impulsion réglables dans cette plage sont disponibles dans le commerce ou peuvent être réalisés dans 30 cette intention. -7 REVENDICATIONS 1 Procédé de détection de corps errants dans un réacteur nucléaire, utilisant les signaux fournis par des capteurs de chocs mécaniques, tels que des accéléro5 mètres portés par des organes découplés de la paroi externe, caractérisé en ce qu'on détecte, sur au moins deux voies reliées chacune à un capteur, les impulsions de signal ayant un facteur de crête supérieur à un niveau prédéterminé et en ce qu'on détermine le taux de coïncidence entre les10 dits signaux sur les deux voies pour provoquer une alarme lorsque ce taux dépasse un seuil. 2 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajuste le seuil de taux de coïncidence pour éviter les alarmes intempestives dues aux coïncidences 15 fortuites. 3 Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on ajuste le niveau prédéterminé de facteur pour dégager les signaux impulsionnels dûs aux chocs du bruit de fond fluctuant. 4 Procédé suivant la revendication 1, 2 ou 3 de détection de corps errants dans un réacteur utilisant l'eau comme modérateur et comme réfrigérant, caractérisé en ce qu'on utilise les coïncidences entre détecteurs portés par des tubes-guides traversant la paroi de la cuve du 25 réacteur. Installation de détection de corps errants dans la cuve d'un réacteur nucléaire, comprenant plusieurs capteurs d'impulsions mécaniques, tels que des accéléromètres, portés par des structures distinctes de la cuve, 30 caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de détection des coïncidences entre signaux impulsionnels fournis par les différents capteurs et ayant un facteur de crête supérieur à un niveau prédéterminé et des moyens pour provoquer une alarme en réponse au dépassement d'un 35 seuil prédéterminé par le taux de coïncidence.