Brevet FR2569295A1 — publié le 19860221

[ La présente invention concerne le contrôle de l'ac- tivité dans des milieux distants et en particulier le contrôle de l'activité des particules È. On sait depuis un certain temps que, lorsqu'une par- ticule g -un électron- traverse un milieu transparent, cu la lumière, appelée rayonnement Cerenkov, d'après le nom de la personne qui a découvert ce phénomène, est émise, pourvu que la vitesse de la particule soit supérieure à la vitesse de la lumière dans le milieu considéré. L'intensité du rayonnement Cerenkov dépend de l'énergie de la particule (électron). On a proposé de détecter les fuites des produits de fission, dans un circuit de refroidissement par eau d'un réacteur, par détection des électrons de haute énergie pro- venant de quelques isotopes choisis, à l'aide d'un compteur mettant en oeuvre l'effet Cerenkov. Le compteur est constitué d'un tube photomultiplicateur tourné vers l'eau. Les impul- sions produites par le tube photomultiplicateur sont propor- tionnelles au rayonnement Cerenkov émis, et uncircuit dis- criminateur est destiné à ne transmettre que les impulsions produites par des électrons ayant une énergie supérieure ou égale à 5 MeV. Ceci assure une séparation efficace entre les électrons d'énergie élevée et les électrons de faible énergie et le bruit du tube photomultiplicateur. La sélection des produits de fission qui émettent des particules g d'énergie élevée comprend Br87 (demi-période 55,6 s, énergie 8,0 MeV), I36 (86,0 s, 6,4 MeV), Rb90 (2,7 min, 5,7 MeV), Y94 (16,5 min, ,4 MeV) et Kr88 + Rb88 (2,77 h. 5,3 MeV). L'utilisation de cette dernière réaction est particulièrement avantageuse dans le cas des faibles ruptures des enveloppes d'éléments combustibles, car la longue demi-période laisse largement le temps au produit de fission de diffuser dans l'eau avant de disparaître de façon importante par désintégration. Selon l'invention, un détecteur destiné à contrôler le fluide de refroidissement d'un réacteur nucléaire fonc- tionne par détection des produits d'activation ou de fission de courte durée de vie, grâce au rayonnement Cerenkov qu'ils produisent, et il comporte une tête détectrice du rayonne- ment Cerenkov placée dans le fluide de refroidissement, un dispositif de couplage optique destiné à transmettre le rayonnement à un détecteur photosensible qui se trouve en dehors du circuit du fluide de refroidissement, et un circuit destiné à recevoir le signal de sortie du détecteur photo- sensible et à évaluer les signaux, à un emplacement de récep- tion de données. Le dispositif de couplage optique peut être un faisceau de fibres optiques qui permet une connexion non rectiligne entre les détecteurs Cerenkov et photosensible. Les applica- tions de détection envisagées peuvent comporter le contrôle du combustible défaillant par détection des produits de fis- sion de courte durée de vie (ayant par exemple des demi- périodes comprises entre un dixième de seconde et 150 s) se trouvant dans la masse du fluide de refroidissement, à l'aide d'un détecteur se trouvant dans le fluide de refroidissement lui-même, afin que les effets du rayonnement soient réduits au minimum, un tel détecteur étant utilisé avec des détec- teurs plus localisés qui peuvent être du même type ou d'un autre type, par exemple des détecteurs de neutrons retardés, placés aux sorties de fluide de refroidissement des sous- ensembles individuels d'éléments combustibles, une telle détection pouvant concerner le combustible des réacteurs nucléaires refroidis par un gaz, de l'eau ou un métal liquide. D'autres applications sont le contrôle de la concentration de l'oxygène dans la piscine de sodium d'un réacteur à neu- tron rapide, par détection de l'émission X du produit d'ac-- tivation N]6, la mesure de la puissance du réacteur par con- trôle de l'émission 3 due à la dispersion des rayons gamma instantanés par effet Compton provenant du processus de fis- sion dans le combustible, la mesure de la chaleur de désin- tégration par contrôle de l'émission due à la dispersion du flux de rayon gamma par effet Compton provenant de la désintégration des produits de fission, et le contrôle des variations de masse volumique du sodium dans la piscine d'un réacteur à neutronsrapidespar contrôle et variation de l'émission B d'après les variations de l'atténuation des rayons gamma du sodium. Le contrôle des rayons des isotopes F20 et Ne23 de courte période est aussi envisagé. L'énergie maximale de ces isotopes (5,4 MeV et 4,4 MeV respectivement) est bien supé- rieure à celle de Na24 (1,39 MeV), et ainsi un détecteur peut être utilisé pour la détection dans le' coeur des variations de concentration de F20 et Ne23 et en conséquence des varia- tions de débit dans les sous-ensembles -par exemple dues à l'accentuation d'une obstruction. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre d'un exemple de détecteur selon l'invention, faite en référence au dessin annexé sur lequel la figure unique est une éléva- tion latérale schématique, en coupe partielle, d'un détecteur selon l'invention. Le détecteur comporte une tête 1 de détection par effet Cerenkov placée dans la piscine 2 de sodium d'un réacteur à neutron rapide et comprenant un blindage allongé 12 ou organe de confinement. Les particules g formées dans la piscine créent un rayonnement Cerenkov qui est focalisé par un sys- tème 3 de focalisation sous forme d'un faisceau transmis par un faisceau 4 de fibres optiques passant dans la mare ou pis- cine 2 et en sortant vers une tête 5 de détection de type photosensible, par l'intermédiaire d'un coupleur optique 6 permettant le couplage d'une impulsion d'essai qui peut être créée afin que l'appareillage soit vérifié et qui est utili- sé avec un circuit 7 de vérification des caractéristiques optiques, par l'intermédiaire de lignes 13 et 14. Le signal de sortie de la tête photosensible 6 est transmis par une ligne 15 à un amplificateur 8 puis à un circuit discrimina- teur 9 qui est réglé sur une gamme de hauteurs d'impulsion qui doit être contrôlée (par exemple, dans le cas des rayons gamma instantanés, à moins de 5 MeV, dans le cas des pro- duits de fission entre 5 et 8 MeV et dans le cas de la dé- sintégration de N à plus de 8 MeV), le signal parvenant alors à un circuit 10 de comparaison qui reçoit aussi, par une ligne 16, des signaux provenant d'autres détecteurs du même type, lorsque le contrôle doit être effectué avec plu- sieurs têtes. Un ensemble 11 de traitement de signaux est utilisé pour l'examen, l'évaluation et la présentation de" données dans l'application particulière d'utilisation du détecteur, certaines applications ayant été indiquées pré- cédemment. Une ligne 17 transmet un signal d'entrée au circuit 11 de traitement, sous forme d'un signal représen- tatif des caractéristiques optiques, provenant du circuit 7 d'essai, permettant aussi éventuellement un étalonnage. Un tel signal est utile pour l'indication de la détérioration éventuelle des caractéristiques à la suite d'une détériora- tion due au rayonnement. Le signal de sortie transmis par la ligne 18, provenant du circuit 11, peut être utilisé comme indication visuelle de contrôle actuel ou peut être utilisé de toute autre manière, par exemple pour l'indication d'in- formations sur la détection de combustible défaillant ou pour la présentation d'autres données ou de signaux de com- mande. La combinaison des signaux de plusieurs détecteurs d'un même type permet l'élimination des signaux du fond continu, par soustraction. Un détecteur peut être isolé par rapport à l'activité 5 régnant dans le sodium et peut être utilisé pour le contrôle du flux gamma instantané après dif- fusion par effet Compton. Les avantages du détecteur sont sa simplicité de cons- truction et sa facilité de remplacement, l'élimination de l'acheminement des câbles électriques dans le fluide de refroidissement,et l'utilisation de très courts temps de résolution du détecteur avec des fréquences très élevées de comptage. En outre, la tête de détection peut être revêtue de divers matériaux de protection donnant une atténuation différentielle des particules de diverses énergies et per- mettant donc une optimisation de la détection d'une source particulière. REVENDICATIONS 1. Détecteur destiné à contrôler le fluide de refroi- dissement d'un réacteur nucléaire, caractérisé en ce qu'il comporte une tête (1) de détection du rayonnement Cerenkov placée dans le fluide de refroidissement, un dispositif (6) de couplage optique destiné à transmettre le rayonnement à un détecteur photosensible (5) qui se trouve en dehors du circuit de fluide de refroidissement, et un circuit (8-11) destiné à recevoir le signal de sortie du détecteur photo- sensible et à assurer l'évaluation des signaux, à un empla- cement de réception de données. 2. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de couplage optique (6) comprend un faisceau de fibres optiques qui établit une connexion non rectiligne entre les détecteurs CererLkov et photosensible (1, 5). 3. Détecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit (7) d'essais optiquesassocié au détecteur photosensible (5).