Brevet FR2688619A1 — publié le 19930917

ENSEMBLE DE COLLIMATION DU FAISCEAU DE RAYONS GAMMA EMIS PAR UNE TRANCHE D'ELEMENT COMBUSTIBLE IRRADIE ET EXAMINE PAR UN DETECTEUR La présente invention se rapporte d'une manière très générale aux techniques d'examen des éléments combustibles irradiés issus des réacteurs nucléaires à La sortie desquels ils doivent être stockés et/ou retraités. Quelle que soit la façon dont l'exploitant d'une centrale envisage la gestion de tels combustibles irradiés après leur sortie du réacteur, il est nécessaire de toute façon que chacun de ces éléments combustibles soit caractérisé par un certain nombre de critères individuels qui leur sont propres Parmi ces différents critères, l'un d'entre eux, qui est essentiel à leur identification est le taux de combustion, c'est-à-dire, le degré d'épuisement de la matière fissile auquel il est parvenu au cours de son séjour dans le réacteur Ce taux de combustion20 renseigne entre autres de façon directe sur la nature des radioélements présents dans l'élément combustible ainsi que sur leur proportion réciproque De façon classique, on obtient les renseignements qui concernent Le taux de combustion à partir de la mesure du flux25 de rayonnement gamma émis par l'élément combustible et traitement des données de ce flux par un logiciel spécialisé Lorsque l'on stocke ainsi des éléments combustibles usagés de natures diverses et provenant de réacteurs de différents types, les flux de rayons30 gamma émis par les différents éléments combustibles peuvent être très différents en fonction du type d'éléments, du type de réacteur, du temps de séjour en réacteur et du temps qu'a passé l'éLément en désactivation dans la piscine o il commence toujours35 par séjourner De plus, les flux de rayons gamma ainsi émis, sont des flux très élevés et le fait qu'ils aient en même temps des valeurs variables ne facilite pas les mesures. Par ailleurs, la mesure du rayonnement gamma émise doit être certaine et précise car c'est en s'appuyant sur elle que l'on détermine tout le processus ultérieur de retraitement de l'élément combustible D'une façon plus générale encore, c'est la connaissance du taux de combustion de chaque élément combustible qui permet d'autoriser ou non son retraitement ultérieur. Selon l'art connu, le flux gamma émis par un élément combustible est mesuré en faisant se déplacer verticalement cet élément par exemple dans une piscine et en l'examinant par tranches horizontales de faible épaisseur à l'aide d'un détecteur gamma au travers d'un collimateur qui délimite la forme du faisceau gamma que l'on veut mesurer Les protections biologiques nécessaires font appel à des structures en béton et à des écrans de plomb. Dans les structures connues, la fente de collimation précédente est une fente de faible épaisseur dans le sens horizontal (c'est précisément cette épaisseur qui détermine l'épaisseur de la tranche d'élément combustible examiné) et présentant, dans le sens horizontal, une forme générale trapézoïdale dont le grand côté est ouvert au voisinage de la tranche d'élément combustible à observer et dont le petit côté débouche sur le détecteur de rayonnement gamma proprement dit Dans les installations d'un type connu, de tels collimateurs sont composés d'une fente à ouverture non réglable à distance Cette caractéristique conduit à plusieurs inconvénients dont l'un, essentiel, est le suivant Lorsque l'on passe de l'examen d'un élément combustible d'un premier type à l'examen d'un élément combustible d'un second type, il est presque toujours nécessaire de changer le réglage de la fente et d'en modifier l'ouverture pour l'adapter à chaque flux particulier Or, pour effectuer une telle modification, un démontage complet du collimateur est nécessaire, ce qui complique énormément le travail et rend l'opération particulièrement longue et coûteuse. La présente invention a précisément pour objet un ensemble de collimation du faisceau de rayons gamma émis par une tranche d'éLément combustible irradié destiné à être examiné par un détecteur, susceptible, à l'aide d'un collimateur mobile à fente réglable, tout en garantissant une protection biologique totale, d'assurer la mesure d'intensité de sources gamma à flux élevés et variables, la mesure se faisant à sec et L'installation correspondante étant fixe et contaminable et apte à assurer la protection du personnel. Cet ensemble de collimation du faisceau de rayons gamma émis par une tranche d'élément combustible irradié et examiné par un détecteur, se caractérise en ce qu'il comprend, dans un fourreau creusé dans une structure de protection en béton et reliant une chambre d'observation comportant la partie active du détecteur et un puits vertical dans lequel l'élément combustible à observer est déplaçable en translation verticale: une pièce de base massive et fixe surmontée d'une pièce support également massive et fixe, à une certaine distance verticale au-dessus de la pièce de base; dans l'espace compris entre les deux pièces fixes précédentes, une pièce massive, mobile verticalement à l'aide de tirants verticaux reliés à leur partie supérieure à une pièce de liaison surmontant la pièce support; un système de guidage en translation verticale des tirants, disposé respectivement autour de chaque tirant dans des canaux verticaux de la pièce support; un système de deux galets à axe transversal reposant sur la surface supérieure horizontale de la pièce support et en contact chacun avec l'une de deux rampes inclinées en sens inverse de la surface inférieure de la pièce de liaison; des moyens pour déplacer symétriquement et en sens inverse l'un de l'autre les deux galets précédents pour provoquer la translation verticale de la pièce mobile et régler ainsi la hauteur de la fente de collimation résultant de l'espacement vertical entre la pièce de base et la pièce mobile. Comme dans l'art antérieur, la fente du collimateur a le plus souvent en plan un profil de forme trapézoldale avec un côté large dirigé vers l'élément combustible et un côté étroit dirigé vers le détecteur, mais elle est constituée par l'espace compris entre une base fixe et une pièce mobile verticalement par rapport à cette base fixe de façon à ce que son épaisseur soit réglable à volonté dans Le sens vertical par des moyens de mise en oeuvre facile. Selon une caractéristique importante de La présente invention, les deux galets à axe transversal reposant sur la surface supérieure horizontale de la pièce support sont fixés à deux écrous dont chacun engrène avec un filetage situé aux extrémités d'une tige nue en rotation par un moteur pas-à-pas, les deux filetages précédents ayant un pas inverse l'un de l'autre. Selon une autre caractéristique de la présente invention, la surface supérieure de la pièce mobile verticale et la surface inférieure de la pièce support ont des profils complémentaires en marches d'escalier permettant leur emboîtement vertical pour s'opposer à l'existence d'un couloir rectiligne entre la pièce support et la pièce mobile. De toute façon, l'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui suit d'un exemple schématique, exemple qui sera décrit à titre illustratif et non limitatif en se référant aux figures 1 à 4 ci- jointes qui représentent: la fig 1, une vue en élévation verticale de l'ensemble du système d'observation de l'élément combustible déplaçable dans son puits, par un détecteur au travers de l'ensemble collimateur objet de l'invention; la fig 2 une vue en plan de l'ensemble précédent au niveau de la fente de collimation; la fig 3 le détail des moyens de déplacements verticaux de la pièce mobile verticale par rapport à la base fixe; la fig 4 un mode de mise en oeuvre de déplacement des galets pour provoquer la translation verticale de la pièce mobile. Sur la figure 1, on voit dans un puits vertical 2 creusé dans une structure en béton 4 un élément combustible 6 déplaçable en translation verticale dans l'axe du puits 2 à l'aide de moyens qui n'étant pas partie intégrante de l'invention n'ont pas été représentés. A l'intérieur de la structure de béton 4, se trouve une chambre d'observation 8 dans laquelle se trouve situé le détecteur 10 et sa logistique d'exploitation 12, la partie sensible 10 de ce détecteur étant enfermée dans une enceinte 14 de protection contre les rayonnements de façon à ce que la chambre d'observation 8 soit éventuellement accessible au personnel utilisant la structure. Entre le puits vertical 2 et la chambre d'observation 8 se trouve taillé dans le béton 4, un fourreau 16 dont une partie 16 a est fixe et comporte la première moitié 18 de la fente de collimation et dont la seconde partie 16 b contient la mécanique de réglage en dimension verticale de la seconde moitié de la fente de collimation. La figure 2 permet de voir en plan des éléments correspondants de la figure 1 et d'apprécier la forme trapézoldale de la fente de collimation qui relie le puits 2 et l'élément combustible 6 au détecteur 10, cette fente de collimation comportant deux parties fixes 18 et 22 et une partie mobile dans le sens horizontal 20 Sur la vue en plan de la figure 2, on voit très bien la forme trapézoïdale des trois sections 18, 20 et 22 de la fente de collimation dont le côté large à droite de la figure 2 débouche sur l'élément combustible 6 et dont le côté étroit à gauche de cette même figure 2 débouche sur le détecteur 10. En se référant maintenant à la figure 3, on va décrire le mécanisme contenu dans la partie 16 b du fourreau 16 et grâce auquel précisément la hauteur souhaitée pour la fente de collimation 20 est réglée, conformément à l'invention, à la valeur souhaitée. Sur cette figure 3, se trouve représentée la pièce de base fixe 24 située dans le fourreau 16 b et réalisée par exemple en acier massif Au-dessus de la base fixe 24, se trouve la pièce support 26 également massive et fixe par rapport à la structure de béton 4; entre ces deux dernières pièces 24 et 26 se trouve située la pièce mobile 28 se déplaçant en translation verticale, et apte à définir par conséquent la hauteur de la fente de collimation 20 dans des limites étroites résultant précisément de la présence des deux pièces fixes 24 et 26 Cette pièce mobile 28 se déplace de la façon suivante Deux tirants verticaux 30 et 32 qui traversent des canaux 34 et 36 creusés verticalement dans la pièce support 26 sont ancrés à leur base dans la pièce mobile 28 et reliés à leur sommet à une pièce de liaison 38 surmontant la pièce support 26 Dans les canaux verticaux 34 et 36, des systèmes 40 et 42 de guidage assurent le centrage des tirants 30 et 32 au cours de leur déplacement vertical dans les canaux 34 et 36 et la pièce support 26. Le déplacement vertical de ces tirants 30 et 32 qui entraîne corrélativement celui de la pièce mobile 28 et par conséquent la hauteur de la fente de collimation 20, intervient de la façon suivante. La partie inférieure de la pièce de liaison 38 est composée de deux rampes inclinées 44 et 46 en sens inverse et deux galets 48 et 50 que l'on verra ultérieurement plus en détail à propos de la figure 4, sont précisément situés avec un axe de rotation horizontal perpendiculaire au plan de la figure 3, entre la partie supérieure horizontale de la pièce support 26 sur laquelle ils peuvent rouler et pour chacun d'entre eux sur l'une des deux rampes inclinées 44 et 46 Un moteur pas-à-pas 52 est prévu selon un système mécanique qui sera décrit plus en détail à propos de la figure 4 pour mettre en rotation les galets 48 et 50 en sens inverse l'un de l'autre et provoquer ainsi selon qu'ils s'éloignent ou qu'ils s'approchent l'un de l'autre la montée ou la descente de la pièce de liaison 38 entraînant ainsi la translation verticale de la pièce mobile 28. En se référant maintenant à la figure 4 on va décrire à plus grande échelle un des modes de mise en oeuvre possible du mécanisme d'entraînement des galets 48 et 50. Sur cette figure, on retrouve vus en plan le fourreau 16 b et le moteur pas-à-pas 52 de la figure 3 Ce moteur pas-à-pas entraîne un arbre horizontal 54 portant deux vis 56 et 58 de pas inverses dans lesquels engrènent respectivement deux écrous 60 et 62 Ces deux écrous portent sur un axe transversal 64 pour le premier d'entre eux et 66 pour le second, les galets 48 et 50 de la figure 3 Il est clair que si la tige 54 entre en rotation sous l'influence du moteur pas-à-pas 52, les deux écrous 60 et 62 se déplacent en translation simultanée et de sens opposé, c'est-à-dire en se rapprochant ou en s'éloignant l'un de l'autre Dans un cas comme dans l'autre, ils entraînent également en sens opposé les galets 48 et 50 réalisant ainsi en liaison avec des rampes inclinées 44 et 46, le déplacement souhaité en hauteur de la pièce de liaison 38 et finalement de la pièce mobile 28. En revenant maintenant à la figure 3, on pourra noter que la pièce mobile 28 et la pièce support 26 ont des profils complémentaires en marches d'escalier 68, 70 et 72 pour éviter la création d'un trajet de fuite possible en ligne directe du rayonnement gamma depuis le puits 2 jusqu'à la chambre d'observation 8 du dispositif général La hauteur de ces marches d'escalier 68, 70 et 72 est calculée à cet effet pour que lorsque la hauteur de la fente de collimation 20 est minimale, l'emboîtement précédent existe toujours. Selon l'invention, on peut ainsi constituer un collimateur de forme variable qui permet dans le sens horizontal de voir la totalité d'une tranche de l'éLément combustible d'une hauteur comprise par exemple entre 0,1 et 10 mm, le réglage à la valeur souhaité étant précisément fourni par la hauteur conférée à la fente 20. REVENDICATIONS 1 Ensemble de collimation du faisceau de rayons gamma émis par une tranche d'élément combustible irradié et examiné par un détecteur ( 10), caractérisé en ce qu'il comprend, dans un fourreau ( 16) creusé dans une structure de protection en béton ( 4) et reliant une chambre d'observation ( 8) comportant la partie active du détecteur et un puits vertical ( 2) dans lequel l'élément combustible ( 6) à observer est déplaçable en translation verticale: une pièce de base massive ( 24) et fixe surmontée d'une pièce support ( 26) également massive et fixe, à une certaine distance verticale au-dessus de la pièce de base; dans l'espace compris entre les deux pièces fixes précédentes, une pièce massive ( 28), mobile verticalement à l'aide de tirants verticaux ( 30, 32) reliés à leur partie supérieure à une pièce de liaison ( 38) surmontant la pièce support ( 26); un système de guidage en translation verticale ( 40,42) des tirants ( 30,32), disposé respectivement autour de chaque tirant dans des canaux ( 34,36) de la pièce support ( 26); un système de deux galets ( 48,50) à axe transversal reposant sur la surface supérieure horizontale de la pièce support ( 26) et en contact chacun avec l'une de deux rampes inclinées en sens inverse ( 44, 46) de la surface inférieure de la pièce de liaison ( 38); des moyens ( 52, 54, 56, 58, 60, 62) pour déplacer symétriquement et en sens inverse l'un de l'autre les deux galets ( 48, 50) précédents pour provoquer la translation verticale de la pièce mobile ( 28) et régler ainsi la hauteur de la fente de collimation ( 20) résultant de l'espacement vertical entre la pièce de base et la pièce mobile. 1 1 2 Ensemble de collimation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux galets ( 48, 50) sont fixés à deux écrous ( 60, 62) dont chacun engrène avec un filetage ( 56, 58) situé aux extrémités d'une tige ( 54) mue en rotation par un moteur pas-à-pas ( 52), les deux filetages précédents ayant un pas inverse l'un de l'autre. 3 Ensemble de collimation selon l'une quelconque des revendication 1 et 2, caractérisé en ce que la surface supérieure de la pièce mobile verticale ( 28) et la surface inférieure de la pièce support ( 26) ont des profils complémentaires en marches d'escalier ( 68, 70, 72) permettant leur emboîtement vertical pour s'opposer à l'existence d'un couloir15 rectiligne entre la pièce support et la pièce mobile. 4 Ensemble de collimation selon l'une quelconque des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que la fente de collimation ( 20) a, dans le plan de sa largeur et de sa longueur, une forme20 trapézoldale dont le grand côté est tourné vers l'élément combustible ( 6) et le petit côté vers le détecteur ( 10).