Brevet FR2639465A1 — publié le 19900525

263946D Système de mesure des flux de neutrons à l'intérieur d'un réacteur du type laser à excitation nucléaire La présente invention concerne un système de mesure pour contrôler les flux de neutrons dans un surrégénérateur rapide, un réacteur à eau légère, un réacteur à eau lourde, un réacteur à gaz, un réacteur à fusion et d'autres types de réacteurs; elle concerne de façon plus particulière un système de mesure des flux de neutrons à l'intérieur d'un réacteur du type laser à excitation nucléaire dans un ensemble d'instruments du réacteur nucléaire pour le coeur et la section supérieure, tel qu'un système de contrô- le du réacteur nucléaire utilisant un équipement pour contrôler les flux de neutrons, un système de surveil- lance, un système de diagnostic d'anomalies, un système de sécurité, etc..., appliquant des techniques optiques. Jusqu'ici, dans le but de déterminer de façon précise la condition du coeur d'un réacteur nucléaire et d'amé- liorer sa sécurité, on mesurait la densité totale et le flux total de neutrons à l'intérieur d'une zone spécifique du coeur du réacteur en déterminant le courant électrique, ou en utilisant une chambre d'ionisation du type pulsé pour déterminer le comportement des neutrons dans le réac- teur sur la base des données obtenues en mesurant la densité totale et le flux total des neutrons en divers points dans le réacteur. Toutefois, bien qu'on puisse mesurer la densité totale et le flux total des neutrons en chaque point à l'intérieur d'une zone spécifique dans le coeur du réacteur, on ne pouvait pas obtenir d'informations relatives au comporte- ment séparé des neutrons rapides, des neutrons à vitesse moyenne et des neutrons thermiques simplement en distinguant entre ces neutrons. La présente invention a été mise au point pour résoudre les problèmes décrits ci-dessus. Le but de cette invention est de procurer un système de mesure des flux de neutrons à l'intérieur d'un réacteur du type laser à excitation nucléaire, système qui augmente le rendement d'un réacteur nucléaire en permettant de déterminer de façon précise le comportement des neutrons dans le réacteur nucléaire, permettant ainsi la mise en oeuvre plus économique d'un tel système en éliminant la nécessité de monter diverses unités d'instruments, évitant ainsi une installation plétho- rique, et augmentant la sécurité du coeur du réacteur en procurant rapidement un vaste ensemble d'informations détaillées concernant l'intérieur du réacteur. Dans ce but, le système de mesure des flux de neutrons à l'intérieur du réacteur du type laser à excitation nu- cléaire selon cette invention comporte un oscillateur laser monté sur l'extrémité de chaque barre de contrôle, lequel oscillateur produit une oscillation laser par excita- tion nucléaire, ce qui permet de surveiller le comportement des neutrons dans le réacteur en mesurant le spectre du faisceau laser. D'autres caractéristiques de cette inven- tion sont une augmentation de la sensibilité de détection en formant une membrane en U308 sensible aux neutrons, etc..., sur le tube de l'oscillateur laser; un laser du type Fabry-Pérot formé par un réflecteur monté sur l'extré- mité du tube de l'oscillateur laser: l'utilisation de 3He, KrF, XeF, etc.. . comme gaz d'excitation nucléaire et un faisceau laser émis à travers la barre de commande en utilisant des fibres optiques. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip- tion détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seulement, d'une réalisation préférée en liaison avec le dessin joint sur lequel: - la figure 1 montre le système d'un surrégénérateur rapide; - la figure 2 montre les détails du voisinage du caisson du coeur du réacteur; et - la figure 3 montre une des réalisations de la barre de contrôle utilisant le système de mesure des flux de neutrons à l'intérieur du réacteur du type laser à excita- tion nucléaire selon l'invention. Les réalisations de cette invention seront expliquées en se reportant aux figures jointes. Les figures 1, 2 et 3 montrent respectivement la structure totale du surrégénérateur rapide, les détails du voisinage du caisson du coeur du réacteur et l'une des réalisations de la barre de commande utilisant le système de mesure des flux de neutrons à l'intérieur du réacteur du type laser à excitation nucléaire. Les figures montrent un obturateur de blindage 1, une cuve de réacteur 2, un méca- nisme de la section supérieure 3 du corps de réacteur, un caisson cylindrique 4 du coeur du réacteur, un coeur de réacteur 5, un ajutage de sortie 6, un plenum supérieur de réacteur 7, un ajutage d'entrée 8, un mécanisme pour entrainer les barres de contrôle 9, une barre de contrôle , l'extrémité 11 d'une barre de contrôle, un piston plongeur d'amortisseur 12, un composant 13 de la barre de contrôle, un oscillateur laser 14, un gaz d'excitation nucléaire 15, un réflecteur 16, un tube optique 17, un neutron 18 et une membrane sensible 19. Sur ces figures, le surrégénérateur rapide, qui est un exemple de réacteur nucléaire, est constitué par la cuve de réacteur 2, un obturateur de blindage 1, le mécanisme de la section supérieure du coeur de réacteur 3, le caisson 4 entourant le coeur du réacteur, etc... La barre de contrôle 10 entrainée par le mécanisme d'entrai- nement 9 des barres de contrôle contient une multiplicité de composants 13 d'une barre de contrôle, en carbure de bore (B4C), etc..., et elle est déplacée vers le haut lorsque le réacteur est en service et est déplacée vers le bas lorsque le réacteur est arrêté. L'oscillateur la- ser 14 est monté sur le plongeur d'amortisseur 12, au niveau de l'extrémité 11 de la barre de contrôle 10, et la membrane sensible 19 en oxyde d'uranium (U308), etc..., est formée sur le tube laser. Le tube est rempli du gaz d'excitation nucléaire, tel que 3He, KrF ou XeF, etc... Le laser de type Fabry-Pérot est construit en montant le réflecteur 16 sur une extrémité du tube laser. Le tube optique 17, fabriqué en fibres optiques, etc..., est monté sur l'autre extrémité du tube laser et est raccordé à l'extérieur du système de traitement optique (non représen- té) par l'intermédiaire de l'intérieur de barre de contrôle 10. Dans cette réalisation, la barre de contrôle est levée lorsque le réacteur est en service et l'extrémité de la barre de contrôle est positionnée au niveau du coeur du réacteur. Il en résulte que le gaz d'excitation nucléaire , dont le système d'oscillation laser 14 est rempli, est excité et est transformé en un plasma par l'énergie fournie par la réaction nucléaire, c'est-à-dire par les neutrons générés par la membrane sensible 19 ou les frag- ments des noyaux résultant de la fission. Le gaz d'exci- tation nucléaire transformé en un plasma est excité et produit une émission stimulée et il en résulte une oscilla- tion laser. La longueur d'onde de l'oscillation laser correspond à ce moment à l'énergie des neutrons qui contri- bue à l'excitation. En outre, on peut exciter le gaz en projetant le faisceau laser depuis l'extérieur à travers le tupe optique. Le faisceau laser projeté est ensuite amplifié. Du fait que la longueur d'onde de la lumière émise par l'oscillateur laser correspond ainsi à l'énergie des neu- trons dans le réacteur, non seulement on peut mesurer la densité totale et le flux total des neutrons dans la zone spécifique mesurée dans le coeur 5 du réacteur, mais encore on peut distinguer les diverses énergies des neu- trons et de ce fait la densité et les flux de neutrons d'énergies variées peuvent être déterminés séparément en introduisant le faisceau laser dans le système de trai- tement optique extérieur par l'intermédiaire du tube optique 17 et en analysant le spectre du faisceau laser. Il devient ainsi possible de déterminer en détail le comportement des neutrons dans le réacteur en faisant des déterminations similaires en chaque point dans le réacteur. Bien que la sensibilité soit augmentée en formant une membrane sensible sur le tube laser dans la réalisation mentionnée ci-dessus, on peut se passer de la membrane sensible lorsque l'oscillation peut être produite par les neutrons ou par les fragments des noyaux résultant de la fission envoyés directement depuis le réacteur. En outre, cette invention n'est pas limitée à l'utilisation dans des surrégénérateurs rapides. Elle peut également s'appliquer à la mesure des neutrons dans des réacteurs à eau légère, des réacteurs à eau lourde, des réacteurs à gaz et des réacteurs à fusion. Inutile de dire que cette invention peut s'appliquer à la détermination générale de rayons radioactifs courants. Comme mentionné ci-dessus, cette invention permet, non seulement de mesurer la densité totale et le flux total des neutrons, mais également de distinguer entre les éner- gies de neutrons rapides, moyens et thermiques, ainsi que de déterminer en détail le comportement de chaque neutron dans le coeur du réacteur. En outre, une plage de surveillance plus étendue, une meilleure aptitude à contrôler la combustion dans le coeur et une combustion sélective deviennent possibles, du fait que le spectre du faisceau laser peut -être réglé dans la plage large. Ces avantages, non seulement augmentent le taux de combus- tion du combustible nucléaire, mais également améliorent le fonctionnement économique du réacteur nucléaire, etc..., du fait d'une meilleure information en fonctionnement. Du fait que le laser à excitation nucléaire assure les fonctions cidessus en mesurant une lumière, une grande quantité de signaux concernant les données du coeur peut être transmise à grande vitesse et avec une grande qualité. De ce fait, comme ces avantages, non seulement permettent un fonctionnement plus économique en rendant inutile de monter divers groupes d'instruments et en conséquence d'éviter une installation pléthorique, mais également permettent de contrôler plus rapidement et en détail le coeur du réacteur, il est relativement facile de détecter très tôt une anomalie dans une zone spécifique dans le réacteur. En conséquence, la sécurité du réacteur peut être améliorée, car ces avantages rendent plus faciles la détermination et le contrôle des caractéristiques du coeur du réactieur en fonctionnement. Revendications 1. Système de mesure des flux de neutrons à l'intérieur d'un réacteur du type laser à excitation nucléaire, carac- térisé en ce qu'il comporte un oscillateur laser (14) monté sur une extrémité (11) d'une barre de contrôle (10), susceptible de produire une oscillation laser par l'excita- tion nucléaire et de surveiller le comportement des neutrons dans un réacteur par le spectre d'un faisceau laser. 2. Système de mesure des flux de neutrons à l'intérieur d'un réacteur du type laser à excitation nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une membrane (19) sensible aux neutrons est formée sur un tube (17) de l'oscillateur laser. 3. Système de mesure des flux de neutrons à l'intérieur du réacteur du type laser à excitation nucléaire selon la revendication 2, dans lequel la membrane sensible (19) est en U308, etc... 4. Système de mesure des flux de neutrons à l'intérieur d'un réacteur du type laser à excitation nucléaire selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un réflecteur (16) est monté sur une extrémité de ce tube de l'oscillateur laser. 5. Système de mesure des flux de neutrons à l'intérieur d'un réacteur du type laser à excitation nucléaire selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un gaz d'excitation nucléaire (15), remplissant l'oscillateur laser (14), est choisi dans le groupe comprenant 3He, KrF et XeF. 6. Système de mesure des flux de neutrons à l'intérieur du réacteur du type laser à excitation nucléaire selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un faisceau laser peut être émis à travers la barre de contrôle en utilisant une fibre optique. 7. Système de mesure des flux de neutrons à l'intérieur d'un réacteur du type laser à excitation nucléaire selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le faisceau laser peut être projeté dans l'oscillateur laser depuis l'extérieur en utilisant cette fibre optique.