Brevet FR2620848A1 — publié le 19890324

Ensemble d'instruments nucléaires en coeur pour des réacteurs surrégénérateurs rapides La présente invention concerne un ensemble d'instruments nucléaires pour des réacteurs surrégénérateurs rapides. De façon plus particulière, l'invention concerne un ensemble d'instruments nucléaires en coeur pour réacteurs surrégénérateurs rapides, appropriés pour mesurer directe- ment le flux de neutrons dans le coeur afin, par exemple, de contrôler le degré de combustion nucléaire dans le coeur et de détecter toute anomalie de celui-ci. Lorsqu'on contrôle le degré de combustion nucléaire du combustible du coeur dans un réacteur à eau légère, la pratique courante consiste à mesurer la distribution du flux de neutrons dans le coeur et d'actionner des barres de contrôle sur la base de ces mesures. La raison en est la suivante: si une anomalie se développe à l'intérieur du coeur, le flux de neutrons est affecté en premier, après quoi le combustible produit de la chaleur, ce qui provoque une augmentation de la tempéra- ture du fluide de refroidissement. Il en résulte un changement de la température au niveau de la sortie du coeur. En conséquence, afin de saisir ces conditions, on obtient une réponse plus rapide en mesurant le flux de neutrons qui est une valeur primaire plutôt qu'en détectant la variation de température qui est une valeur secondaire. Dans le cas d'un réacteur surrégénérateur rapide, la distribution du flux de neutrons est plus simple que celle que l'on constate dans un réacteur à eau légère. En conséquence, on a envisagé de mesurer la variation du flux de neutrons en coeur à l'extérieur du coeur. Comme on le voit sur la figure 6, des unités de mesure du flux de neutrons 2 sont disposées sur le côté intérieur de la paroi 23 de la chambre de la cuve du réacteur et sur le côté extérieur du coeur 24 pour mesurer la variation du flux de neutrons. Dans cet ensemble d'instruments nucléaires conventionnels pour un surrégénérateur rapide, dans lequel les unités de mesure du flux de neutrons 2 sont disposées sur le côté extérieur du coeur 24, on peut effectuer une mesure précise dans le cas de réacteurs de dimensions petites et moyennes, tel que des réacteurs expérimentaux et prototypes. Toutefois, une mesure précise n'est pas toujours possible dans des réacteurs de démonstration ou d'exploitation commerciale dont le coeur a de plus grandes dimensions. En outre, lorsqu'on emploie un coeur hétérogène (à la fois dans la direction axiale et dans la direction diamétrale) dans un réacteur de démonstration ou d'exploitation commerciale, la mesure précise de la distribution du flux de neutrons en coeur est difficile avec l'ensemble d'instruments nucléaires conventionnels. En outre, afin de mesurer le flux de neutrons en coeur dans un réacteur à eau légère exploitée commercialement, on prévoit généralement dans le coeur un canal d'équipe- ments spéciaux. Toutefois, pour agir de même dans le cas d'un réacteur surrégénérateur rapide, il est nécessaire de modifier profondément le dessin du coeur. C'est en conséquence un but de la présente invention de procurer un ensemble d'instruments nucléaires en coeur pour un réacteur surrégénérateur rapide dans lequel, même si on emploie un coeur hétérogène dans un réacteur de démonstration ou d'exploitation commerciale ayant un grand coeur, on peut mesurer de façon fiable et précise un changement dans le flux de neutrons à l'intérieur du coeur sans que la réalisation du coeur conventionnelle soit profondément modifiée. Selon la présente invention, le but précédent est atteint en disposant une unité de mesure du flux de neutrons dans un ensemble de barres de contrôle dans un ensemble d'instruments nucléaires pour un réacteur surrégénérateur rapide. En disposant l'unité de mesure du flux de neutrons dans l'ensemble de barres de contrôle, l'ensemble d'instruments nucléaires en coeur pour des réacteurs surrégénérateurs rapides selon l'invention permet de mesurer, de façon fiable et précise, un changement dans le flux de neutrons en coeur, sans modifier notablement la réalisation du coeur. D'autre part, l'emplacement dans lequel est disposée cette unité de mesure du flux de neutrons est un amortis- seur disposé à l'intérieur de l'ensemble de barres de contrôle. Cet ensemble de barres de contrôle peut être une barre d'arrêt d'urgence de secours. En outre, on fait passer un câble d'ensemble d'instruments pour l'unité de mesure du flux de neutrons à travers une portion centrale de l'ensemble de barres de contrôle, ce câble conduisant à une portion supérieure du coeur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la des- cription suivante, en liaison avec le dessin joint, sur lequel des repères identiques désignent des parties identiques ou similaires sur toutes les figures et sur lequel: - la figure 1 est une vue en perspective, avec arrachage partiel, montrant une barre d'arrêt d'urgence de secours, ainsi qu'en détail l'emplacement de l'installation d'une unité de mesure du flux de neutrons dans un ensemble d'instruments nucléaires en coeur pour réacteurs surrégéné- rateurs rapides selon la présente invention; - la figure 2 est une vue en coupe d'un tube de guidage d'une barre de contrôle; - la figure 3 est une vue en perspective, avec arrachage partiel, d'un élément de barre de contrôle; - la figure 4 est une vue montrant la réalisation globale d'un ensemble d'instruments nucléaires en coeur pour un réacteur surrégénérateur rapide selon l'invention; - la figure 5 montre une disposition d'un coeur dans un réacteur surrégénérateur rapide; et - la figure 6 est une vue longitudinale d'un ensemble d'instruments nucléaires dans un surrégénérateur rapide conventionnel. Les figures 1 à 5 sont des vues illustrant une réalisation d'un ensemble d'instruments nucléaires en coeur pour un réacteur surrégénérateur rapide selon la présente invention; la figure 1 illustre une barre d'arrêt d'ur- gence de secours et montre en détail l'emplacement o est installée une unité de mesure du flux de neutrons, la figure 2 illustre un tube de guidage d'une barre de contrôle; la figure 3 est une vue illustrant un élément de barre de contrôle; la figure 4 montre la réalisation globale d'un ensemble d'instruments nucléaires en coeur pour surrégénérateurs rapides selon l'invention; et la figure 5 montre la disposition d'un coeur dans un surrégénérateur rapide. On voit sur les figures, une barre d'arrêt d'urgence de secours 1, une unité de mesure du flux de neutrons 2, un tube de guidage d'une barre de contrôle 3, un tube de protection 4, un amortisseur à fluide (cylindre) 5, un amortisseur à fluide (piston plongeur) 6, une entretoise inférieure 7, un ressort de verrouillage 8, une buse d'entrée 9, une tête de manutention du tube de guidage d'une barre de contrôle 10, une entretoise supérieure 11, une tête de manutention de la barre de contrôle 12, une tige de liaison 13, une entretoise intermédiaire 14, un élément de barre de contrôle 15, un tube de guidage du câble de l'ensemble d'instruments 16, un capuchon terminal supérieur 17, un tube de gainage 18, un ressort de compression 19, une entretoise 20, une pastille d'absorption des neutrons 21, une entretoise en fil métallique 22, une paroi de la chambre de la cuve du réacteur 23, un coeur 24, un mécanisme supérieur , une cuve de réacteur 26, un mécanisme d'entraînement des barres de contrôle 27, une barre de réglage fin 28, une barre de réglage approché 29, un assemblage combustible de coeur 30, un assemblage combustible de surrégénération 31 et un bouclier réflecteur de neutrons 32. On va maintenant décrire les caractéristiques générales de la réalisation de la présente invention en se reportant aux figures 4 et 5. Comme on le voit sur la figure 5, le coeur 24 est réalisé de telle sorte que les barres de contrôle, telles que les barres de réglage fin 28 et les barres de réglage approché 29, sont réparties uniformément à l'intérieur du coeur et ont sensiblement la même forme que les assem- blages combustibles du coeur 30 et les assemblages combus- tibles de surrégénération 31. Le bouclier réflecteur de neutrons 32 est monté à l'extérieur de ces barres de contrôle. La barre d'arrêt d'urgence de secours 1, les barres de réglage fin 28 et les barres de réglage approché 29 sont toutes des ensembles de barres de contrôle pour contrôler la réactivité du réacteur. Habituellement, le démarrage et l'arrêt du réacteur s'effectuent par les barres de réglage fin et approché. Lorsqu'il est impossible avec ces barres d'effectuer un arrêt d'urgence du réacteur, celui-ci est effectué par la barre d'arrêt d'urgence de secours 1, dont le système diffère de celui des barres de réglage fin et approché et est capable d'effectuer indépendamment l'arrêt du réacteur. Comme on le voit sur la figure 4, ces ensembles de barres de contrôle sont actionnées par le mécanisme d'entrai- nement des barres de contrôle 27 par l'intermédiaire du mécanisme supérieur de coeur 25 disposé au niveau de la partie supérieure du coeur. Selon la présente invention, l'unité de mesure du flux de neutrons est disposée dans une ou plusieurs des barres de contrôle, telles que la barre d'arrêt d'urgence de secours, les barres de réglage approché et les barres de réglage fin afin de mesurer le flux de neutrons. En adoptant une telle disposition, on peut constater un changement dans le flux de neutrons à l'intérieur des ensembles de coeur avec une réponse rapide, du fait que les barres de contrôle occupent elles-mêmes une portion d'un seul ensemble du surrégénérateur rapide et sont réparties à travers tout le coeur. On va maintenant décrire en détail, en se reportant aux figures i à 3, l'emplacement auquel est disposé l'unité de mesure du flux de neutrons 2. Chaque élément de barre de contrôle 15 (figure 3) com- prend le tube de gainage 18 dans lequel est logé un empilage de pastilles d'absorption de neutrons 21. Ces éléments de barre de contrôle 15 sont groupés à l'inté- rieur du tube de protection 4 (figure 2). Comme on le voit sur la figure 1, la tige de liaison 13 est attachée à la portion supérieure du tube de protection 4 pour -être raccordée à la tête de manutention 12 de la barre de contrôle, tête qui est adaptée pour être raccordée au mécanisme d'entraînement des barres de contrôle 27 qui effectue l'introduction et le retrait de ces barres. Un plongeur 6, servant d'amortisseur, est relié à la portion inférieure du tube de protection 4. Un cylindre , servant d'amortisseur, est prévu dans la portion inférieure du tube de guidage 3 de la barre de contrôle qui se sépare et tombe du mécanisme d'entraînement des barres de contrôle 27 dans le cas d'un arrêt d'urgence. Le plongeur 6 et le cylindre 5 ralentissent et arrêtent la chute du tube de protection 4 qui contient les éléments de barre de contrôle 15. L'unité de mesure du flux de neutrons 2 est montée à l'intérieur du cylindre d'amor- tisseur 5. La tête de manutention 12 de la barre de contrôle, qui est destinée à être attachée au mécanisme d'entraînement des barres de contrôle 27 afin d'introduire et de retirer le tube de guidage 3 de la barre de con- trôle, est reliée à la portion supérieure du tube de guidage 3. La buse d'entrée 9, qui est destinée à intro- duire un courant de fluide de refroidissement du réacteur dans le tube de guidage 3 de la barre de contrôle, est fixée sur la portion inférieure du tube de guidage 3. Chaque élément de barre de contrôle 15 comprend le tube de gainage 18, qui est en acier inoxydable, dans lequel sont empilées les pastilles d'absorption des neutrons 21 constituées par du bore ou l'analogue. La portion supérieure de l'élément de barre de contrôle 15 est pourvue du capuchon terminal supérieur 17 et sa portion inférieure est pourvue du capuchon terminal inférieur 17' et de l'entretoise en fil métallique 22. Ces capuchons terminaux 17,17' sont destinés à fixer et à supporter les éléments de barre de contrôle dans le tube de protec- tion 4 et servent à obturer les extrémités du tube de gainage 18. Le ressort de compression 19 et l'entretoise servent à positionner et à retenir les pastilles d'absorption des neutrons 21 et sont montés à l'intérieur de l'élément de barre de contrôle 15. Dans la réalisation décrite ci-dessus, l'unité de mesure du flux de neutrons 2 est disposée à l'intérieur du cylindre d'amortisseur 5. Toutefois, l'invention n'est pas limitée à cette réalisation, car il est possible de choisir toute position dans la direction axiale à des fins de mesure, en choisissant, de façon appropriée, l'emplacement du montage. Il est possible de saisir la distribution du flux de neutrons en coeur avec une précision suffisante, non seulement dans un coeur homo- gène, mais également dans un coeur axialement hétérogène et dans un coeur diamétralement hétérogène. En outre, bien que la position de mesure puisse être fixée autant que possible en disposant l'unité de mesure du flux de neutrons dans la barre d'arrêt d'urgence de secours 1, l'invention n'est pas ainsi limitée. L'unité de mesure du flux de neutrons peut être disposée dans d'autres ensembles de barres de contrôle, telles que les barres de réglage approché ou les barres de réglage fin, ou bien encore les unités de mesure du flux de neutrons peuvent être réparties dans tout le coeur en utilisant conjointement une multiplicité de ces barres de contrôle. L'unité de mesure du flux de neutrons utilisée doit, à tout le moins, être une unité qui ne se détériore pas aisément pendant l'intervalle d'échange des ensembles de barres de contrôle. Comme on le voit sur la figure 2, un câble d'ensemble d'instruments pour l'unité de mesure du flux de neutrons est passé à travers le tube de guidage du câble d'ensemble d'instruments, au niveau du centre de la barre d'arrêt d'urgence de secours, et est tiré à l'extérieur au niveau du mécanisme supérieur du coeur. Ceci permet de minimiser le niveau d'irradiation par les neutrons subie par ledit câble. Ainsi, selon la présente invention telle que décrite ci-dessus, les barres de contrôle elles-mêmes occupent une portion d'un seul ensemble dans le coeur et une ou plusieurs unités de mesure du flux de neutrons sont disposées dans les ensembles de barres de contrôle dis- persées à l'intérieur du coeur. Il en résulte qu'on peut saisir, de façon fiable et précise, avec une réponse rapide, un changement dans le flux de neutrons en coeur, même dans un coeur hétérogène de grande dimension d'un réacteur de démonstration. En outre, en utilisant un ensemble de barres de contrôle comme barres d'arrêt d'urgence de secours, on peut fixer la position de la mesure sur la plus grande plage possible. En outre, le niveau d'irradiation par les neutrons subie par le câble d'ensemble d'instruments peut être minimisé en faisant passer le câble à travers l'ensemble de barres de contrôle. Comme de nombreuses réalisations, apparemment différentes de la présente invention, peuvent être faites sans s'écar- ter de son esprit et de sa portée, il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux réalisations spéci- fiques ci-dessus, sauf en ce qui est défini dans les revendications jointes. il Revendications 1. - Ensemble d'instruments nucléaires en coeur pour un surrégénérateur rapide, caractérisé en ce qu'une unité de mesure du flux de neutrons (2) est disposée dans un ensemble de barres de contrôle. 2. - Ensemble d'instruments nucléaires en coeur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un emplacement, dans lequel est disposée ladite. unité de mesure du flux de neutrons, est un amortisseur (5,6) à l'intérieur de l'ensemble de barres de contrôle. 3. - Ensemble d'instruments nucléaires en coeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que cet ensemble de barres de contrôle est une barre d'arrêt d'urgence de secours (1). 4. - Ensemble d'instruments nucléaires en coeur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un câble d'ensem- ble d'instruments pour l'unité de mesure du flux de neutrons est passé à travers une portion centrale de l'ensemble de barres de contrôle et sort au niveau d'une portion supérieure du coeur (24).