Brevet FR2707417A1 — publié le 19950113

La présente invention est relative à un procédé de désintégration par étincelage d'un objet de forme allongée, en particulier d'un doigt de gant utilisé dans la cuve d'un réacteur nucléaire et concerne également l'installation pour la mise en oeuvre de ce procédé. On connaît bien dans la technique le procédé d'usinage de pièces métalliques par électro-érosion, qui consiste à créer des étincelles successives entre deux éléments conducteurs entre lesquels est établie une forte tension électrique, ces éléments étant immergés dans un liquide diélectrique, c'est-à-dire présentant une haute résistivité. Les étincelles sont créées dès que la tension appliquée est supérieure à la tention de claquage entre les deux éléments, qui dépend elle-même de la distance entre ces derniers formant électrodes, du pouvoir isolant du diélectrique et de la configuration de l'espace entre les électrodes. Les étincelles qui s'établissent ainsi provoquent une infinité de collisions entre les particules, en formant une zone de plasma où sont très rapidement atteintes des températures considérables, supérieures à 10.0000 C. Les chocs créés, de plus en plus nombreux, entraînent une fusion locale de la matière en surface des deux éléments et la formation d'une bulle de gaz due à la vaporisation du matériau qui les constitue, ainsi que du milieu diélectrique. Lors de l'interruption du courant créant la tension entre les électrodes, la brusque diminution de température provoque l'implosion de la bulle de gaz, en engendrant des forces dynamiques qui projettent la matière fondue des électrodes, celleci se solidifiant dans le milieu diélectrique environnant. Avec des matériaux appropriés pour constituer les deux pièces formant électrodes et en jouant sur la polarité de cellesci ainsi que sur leur conductivité thermique, la température de fusion de ces matériaux et l'intensité des décharges, on peut obtenir que l'usure de l'une des pièces soit très faible, l'enlèvement de matière sur l'autre étant prépondérant. On sait par ailleurs que, dans les réacteurs nucléaires, on utilise couramment des sondes de mesure pour effectuer des relevés divers, notamment à l'intérieur de la cuve de ces réacteurs. Généralement, ces sondes sont mobiles et aptes à être déplacées à l'intérieur de tubes de guidage étroits et allongés, communément appelés doigts de gant fermés à une extrémité et ouvertes à l'autre pour l'introduction de la sonde correspondante, ces doigts de gant pénétrant dans la cuve pour amener la sonde à l'intérieur de celle-ci, en un endroit quelconque, au voisinage ou dans le coeur du réacteur. Dans ces circonstances, chaque doigt de gant comporte une longueur de tube notable qui se trouve disposée dans un environnement très radioactif et subit, après un temps d'utilisation donné, une contamination importante. Par ailleurs, en raison des conditions sévères ainsi supportées, la fraction du doigt de gant qui se trouve à l'intérieur de la cuve doit pouvoir être retirée pour remplacement du tube, ce retrait s'effectuant sous ou à côté de la cuve, dans une salle d'instrumentation étanche. La partie du tube ainsi extraite de la cuve, qui a séjourné un temps notable à l'intérieur de celle-ci et dont l'irradiation est, comme déjà dit, particulièrement élevée, doit pouvoir être récupérée avant d'être stockée dans un lieu approprié. Dans ce but et dans les solutions classiques, on découpe le tube du doigt de gant extrait de la cuve selon des fractions dont la longueur est d'environ 4 m, ces éléments étant alors disposés dans des boîtiers de mêmes dimensions puis transférés dans un bâtiment de stockage où ils séjournent le temps nécessaire. Ces solutions ne sont pas bien adaptées, en raison notamment de l'encombrement des fractions de tube irradiées ainsi obtenues. Il est donc souhaitable de pouvoir réduire largement les dimensions de ces éléments, voire même de pouvoir les désintégrer totalement, notamment par le procédé rappelé plus haut d'électroérosion, en récupérant les déchets produits sous forme de fines particules granulaires dans le liquide diélectrique, la fraction de tube constituant une électrode, tandis que l'autre est réalisée au moyen d'un matériau réfractaire pour limiter son usure. La présente invention a pour objet un procédé de désintégration d'un élément allongé, notamment tel qu'un tube de doigt de gant pour expérimentation à l'intérieur de la cuve d'un réacteur nucléaire, qui consiste en une adaptation particulière du procédé classique d'électro-érosion en fonction des conditions spécifiques qui résultent du traitement d'une pièce fortement irradiée, l'opération devant être effectuée dans un local fermé où le tube est amené au fur et à mesure qu'il est extrait de la cuve, ce local confinant la radioactivité et la contamination, tant de la pièce à désintégrer elle-même que des particules produites du fait de l'enlèvement de matière par l'arc électrique. A cet effet, le procédé considéré se caractérise en ce qu'il consiste à provoquer un arc électrique entre une électrode creuse en un matériau réfractaire et l'extrémité du doigt de gant à désintégrer, introduite à l'intérieur d'une enceinte de traitement fermée, l'électrode étant parcourue par un débit de fluide réfrigérant sous pression, de façon telle que la matière fondue enlevée du doigt de gant par étincelage soit solidifiée, entraînée par le fluide et récupérée par filtration, avant que le fluide ne soit recyclé. Avantageusement, l'électrode réfractaire creuse est réalisée en molybdène. Selon une caractéristique particulière du procédé, on extrait progressivement le doigt de gant de la cuve du réacteur pour déplacer son extrémité dans l'enceinte de traitement au moyen d'un mécanisme d'avance contrôlé, comportant notamment des rouleaux d'entraînement synchronisés entre lesquels s'engage le doigt de gant. Selon une autre caractéristique, on dispose l'électrode réfractaire à l'intérieur de l'enceinte de traitement dans le prolongement axial du doigt de gant, cette électrode étant portée par une tête de commande à laquelle on imprime un mouvement de déplacement dans la direction du doigt de gant. Avantageusement, on assure l'entraînement du doigt de gant et le déplacement de la tête de commande de l'électrode réfractaire selon un mouvement de va et vient, le doigt de gant étant fixe lorsque l'électrode se déplace vers celui-ci ou inversement étant mobile lorsque la tête de commande est fixe. L'invention concerne également un appareillage pour la mise en oeuvre du procédé considéré, caractérisé en ce qu'il comporte une tête de commande supportant l'électrode réfractaire montée dans l'enceinte de traitement fermée, cette tête étant réunie à un réservoir de liquide réfrigérant par l'intermédiaire d'une pompe de circulation qui le distribue par l'intérieur de l'électrode réfractaire au droit de l'extrémité du doigt de gant en regard de l'électrode. De préférence, la pompe de circulation prélève le liquide réfrigérant dans le réservoir, lui-même en communication avec l'intérieur de l'enceinte de traitement à travers des moyens de filtrage propres à récupérer la matière du doigt de gant désintégrée par l'électrode. Selon une caractéristique particulière, la tête de commande est munie d'un noyau magnétique et d'un ressort de rappel montés entre l'électrode réfractaire et une bobine d'attraction du noyau, alimentée par un courant alternatif de façon à créer un mouvement de vibration de l'électrode à la fréquence de ce courant en regard de l'extrémité du doigt de gant. De préférence, la fréquence choisie est celle du réseau d'alimentation électrique, à 50 ou 60 Hz, la course de l'électrode étant comprise entre 0,5 et 0,75 mm. D'autres caractéristiques du procédé et de l'installation selon l'invention apparaltront encore à travers la description qui suit d'un exemple de mise en oeuvre donné à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - Les Figures 1 et 2 sont des vues schématiques en coupe de la cuve d'un réacteur nucléaire, munie d'un tube de doigt de gant pour la mise en place ou le retrait dans le coeur de ce réacteur d'une sonde de mesure, selon deux variantes d'exécution. - La Figure 3 est une vue également en coupe mais à plus grande échelle d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention au moyen de l'appareil proposé. - La Figure 4 est un schéma à plus grande échelle de la tête de commande de l'électrode réfractaire mise en oeuvre dans le procédé de l'invention. - La Figure 5 illustre la cinématique d'une séquence de désintégration d'une fraction du tube du doigt de gant dans l'enceinte de travail de l'installation. - La Figure 6 est une vue en coupe à plus grande échelle d'une fraction de l'électrode réfractaire et de l'extrémité en regard du tube du doigt de gant, illustrant le mode de désintégration de ce dernier. Sur la Figure 1, la référence 1 désigne la cuve fermée d'un réacteur nucléaire, très schématiquement représentée, cette cuve enfermant le coeur 2 du réacteur et étant suspendue à l'intérieur d'une enceinte de protection 3 en béton notamment. Pour permettre d'introduire ou de retirer du coeur 2 une sonde de mesure (non représentée), il est classique d'utiliser des tubes étroits tels que 4, communément appelés doigts de gant, qui traversent l'enceinte de protection 3 et la cuve 1 pour atteindre et traverser le coeur 2, ces tubes étant généralement obturés à leur extrémité 5 qui pénètre dans le coeur et étant ouverts à leur extrémité opposée 6, celle-ci permettant dans ces conditions d'introduire ou d'extraire du doigt de gant considéré la sonde à amener ou à retirer du coeur. L'extrémité 6 du doigt de gant débouche dans une chambre d'expérimentation 7 prévue dans l'enceinte de protection mais entièrement séparée de la région qui entoure la cuve 1. Sur la Figure 1, le doigt de gant 4 présente une forme en U, tandis que sur la Figure 2, il comporte un profil en L. La Figure 3 illustre avec plus de détails l'installation mise ne oeuvre conformément à l'invention pour assurer la désintégration d'un tube de doigt de gant 4 lorsque celui-ci est extrait de la cuve 1 du réacteur, notamment lorsqu'il convient de remplacer ce tube par un autre, le premier présentant du fait d'un usage prolongé dans le coeur 2 du réacteur et des conditions sévères qui règnent dans ce dernier, des signes de faiblesse qui rendent ce remplacement indispensable. L'installation considérée doit permettre, dans ces circonstances et conformément à l'invention, d'assurer une désintégration complète du tube, en réalisant simultanément un confinement efficace de la radioactivité et de la contamination émanant du tube, les déchets produits devant en outre pouvoir être récupérés intégralement. A cet effet et comme représenté sur la Figure 3, l'extrémité 6 du tube 4 est progressivement introduite dans une enceinte de traitement fermée 8, logée de préférence dans la chambre d'expérimentation 7, le tube 4 étant introduit dans cette enceinte au moyen d'un mécanisme d'entraînement 9 comportant une pluralité de rouleaux respectivement 10 et 11. Les rouleaux 10 sont montés dans l'enceinte 8 et agencés par paires, en étant entraînés en synchronisme, la rotation des rouleaux étant commandée par un ensemble de motorisation 12 auquel ils sont reliés par des moyens de transmission classiques (non représentés). Les rouleaux 11 sont prévus à l'extérieur de l'enceinte et ont pour but de guider le tube dans les changements de direction qu'il doit accommoder au fur et à mesure de son extraction hors de la cuve 1. L'intérieur de l'enceinte 8 est rempli d'un liquide réfrigérant 13, présentant un pouvoir diélectrique élevé, par exemple de l'eau, ce liquide étant mis en circulation à partir d'un bac réservoir 14 relié à l'enceinte 8 par une conduite 15, ce réservoir étant lui-même réuni par une conduite 16 à une pompe de circulation 17 qui le renvoit sous pression à une tête de commande 18, également raccordée par une tubulure 19 à l'enceinte 8 pour faire déplacer dans celle-ci, selon un programme déterminé, une électrode réfractaire 20. Cette dernière, de préférence réalisée en molybdène ou autre matériau équivalent, est creuse afin de permettre la circulation du liquide réfrigérant 13, délivré par la pompe de circulation 17 à travers la tête de commande 18. En outre, l'électrode 20 est disposée, grâce à un montage approprié de la tête de commande 18 d'une part, des rouleaux d'entraînement 10 d'autre part, dans le prolongement axial du tube du doigt de gant 4, au droit de l'extrémité ouverte 6 de ce dernier. La tête de commande 18 est réunie à un dispositif d'alimentation électrique 21 permettant d'animer l'électrode d'un mouvement de vibration alternatif de la façon précisée sur la Figure 4. Sur cette Figure 4, on retrouve la tête de commande 18 et l'électrode 20 actionnée par celle-ci, cette électrode étant montée dans un mandrin 22 formant noyau magnétique et comportant un épaulement 23 appliqué contre un ressort de rappel 24, lui-même en butée contre une portée fixe 25 de la tête 18. Autour du mandrin formant noyau est montée une bobine d'excitation 26 alimentée par une source de tension alternative fournie par le dispositif d'alimentation 21, cette tension étant de préférence à la fréquence du réseau, de l'ordre de 50 ou 60 Hz selon le cas. L'ensemble permet d'exercer sur le noyau, donc sur l'électrode 20 qui en est solidaire, un effort de déplacement à l'encontre du ressort 24 qui, dès que la tension est coupée, rappelle le noyau en position initiale, en animant en conséquence l'électrode 20 d'un mouvement de vibration permanent, l'amplitude de la course de déplacement étant réglée pour être comprise entre 0,5 et 0,75 mm. Sur la Figure 4, la référence 26 désigne enfin un câble d'alimentation électrique provenant également du dispositif 21 et permettant d'appliquer sur l'électrode 20 une tension continue propre à créer entre cette électrode et l'extrémité 6 du tube 4 en regard un arc électrique ou étincelle, réalisant sur le tube un enlèvement de matière progressif, assurant sa désintégration totale au fur et à mesure de son déplacement dans l'enceinte 8. La Figure 5 illustre une séquence préférée de mise en oeuvre de l'invention pour la désintégration du tube 4 au fur et à mesure de son introduction dans l'enceinte 8 et de son déplacement à l'encontre de l'électrode 20, celle-ci étant en permanence animée du mouvement vibratoire mentionné ci-dessus. Dans un premier temps, l'électrode 20 se déplace avec le tube 4 entraîné par les rouleaux 10, depuis la position P1 vers la position P2, illustrées sur le schéma, en compensant en permanence l'usure de l'électrode. Dans un second temps, le tube 4 est fixe, l'électrode 20 se déplaçant en sens inverse de la position P2 vers la position P1, la vitesse de déplacement correspondant à celle de la désintégration du tube augmentée de la quantité correspondant à l'usure de l'électrode, avant que ne reprenne le déplacement inverse, le tube et l'électrode étant donc animés mutuellement et en permanenece d'un mouvement de va et vient entre les deux positions précitées. A noter que, à la fin de l'opération de désintégration du tube 4, subsiste une petite portion de ce tube qui, le cas échéant, ne peut plus être déplacée par les rouleaux 10, l'électrode étant dans ce cas commandée pour s'avancer au-delà de la position P1 afin de parachever la destruction complète du tube, au moyen d'un dispositif additionnel (non représenté). La Figure 6 illustre à plus grande échelle la position relative du tube 4 du doigt de gant avec son extrémité ouverte 6 disposée à proximité immédiate de l'électrode creuse 20 en matériau réfractaire. Les étincelles créées par l'arc électrique qui s'établit entre ces deux pièces provoque une usure limitée de l'électrode en même temps que, de façon prépondérante, un enlèvement de la matière du tube 4, les particules 27 créées étant immédiatement solidifiées par le liquide réfrigérant 13 dans l'enceinte 8, qui s'écoule sous pression à l'intérieur de l'électrode creuse 20. Ces particules solides 27 sont avantageusement récupérées dans le bac 14 (Figure 3) par la conduite 15, ce bac étant à cet effet muni de moyens de filtration (non représentés) tandis que le liquide peut être recyclé par la pompe vers la tête 18 et l'électrode 20. On réalise ainsi une installation adaptée à la mise en oeuvre du procédé de désintégration par électro-érosion d'un tube de doigt de gant fortement irradié, extrait de la cuve d'un réacteur nucléaire, un tel procédé permettant au premier chef d'éviter le stockage d'élements de grande longueur, comme c'est le cas dans les solutions classiques, grâce à l'obtention de particules fondues pouvant être aisément collectées sous un très faible volume, ces déchets pouvant être ensuite éliminés, voire réutilisés. Bien entendu, il va de soi que l'invention ne se limite pas à l'exemple de réalisation plus spécialement décrit en référence aux dessins annexés ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. Notamment, si l'électrode réfractaire a plus particulièrement été prévue en molybdène, d'autres matériaux pourraient être envisagés pour autant qu'ils permettent une usure limitée de l'électrode avec un fort et efficace enlèvement de matière à partir du tube lors de l'établissement de l'arc électrique. REVENDICATIONS 1 - Procédé de désintégration d'un objet de forme allongée par étincelage, en particulier d'un doigt de gant utilisé dans la cuve d'un réacteur nucléaire, caractérisé en ce qu'il consiste à provoquer un arc électrique entre une électrode creuse (20 ) en un matériau réfractaire et l'extrémité (6) du doigt de gant (4) à désintégrer, introduite à l'intérieur d'une enceinte de traitement fermée (8), l'électrode étant parcourue par un débit de fluide réfrigérant sous pression (13), de façon telle que la matière fondue enlevée du doigt de gant par étincelage soit solidifiée, entraînée par le fluide et récupérée par filtration, avant que le fluide ne soit recyclé. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode réfractaire creuse (20) est réalisée en molybdène. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on extrait progressivement le doigt de gant (4) de la cuve (1) du réacteur pour déplacer son extrémité (6) dans l'enceinte de traitement (8) au moyen d'un mécanisme (9) d'avance contrôlé, comportant notamment des rouleaux d'entraînement synchronisés (10) entre lesquels s'engage le doigt de gant. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on dispose l'électrode réfractaire (20) à l'intérieur de l'enceinte de traitement (8) dans le prolongement axial du doigt de gant (4), cette électrode étant portée par une tête de commande (18) à laquelle on imprime un mouvement de déplacement dans la direction du doigt de gant. 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on assure l'entraînement du doigt de gant (4) et le déplacement de la tête de commande (18) de l'électrode réfractaire (20) selon un mouvement de va et vient, le doigt de gant étant fixe lorsque l'électrode se déplace vers celui-ci ou inversement étant mobile lorsque la tête de commande est fixe. 6 - Appareillage pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte une tête de commande (18) supportant l'électrode réfractaire (20) montée dans l'enceinte de traitement fermée (8), cette tête étant réunie à un réservoir de liquide réfrigérant (14) par l'intermédiaire d'une pompe de circulation (17) qui le distribue par l'intérieur de l'électrode réfractaire au droit de l'extrémité du doigt de gant en regard de l'électrode. 7 - Appareillage selon la revendication 6, caractérisé en ce que la pompe de circulation (17) prélève le liquide réfrigérant dans le réservoir (14), lui-même en communication avec l'intérieur de l'enceinte de traitement (8) à travers des moyens de filtrage propres à récupérer la matière du doigt de gant (4) désintégrée par l'électrode (20). 8 - Appareillage selon la revendication 7, caractérisé en ce que la tête de commande (18) est munie d'un noyau magnétique (22) et d'un ressort de rappel (24) montés entre l'électrode réfractaire (20) et une bobine d'attraction (26) du noyau, alimentée par un courant alternatif de façon à créer un mouvement de vibration de l'électrode à la fréquence de ce courant en regard de l'extrémité (6) du doigt de gant (4). 9 - Appareillage selon la revendication 8, caractérisé en ce que la fréquence du courant d'alimentation de la bobine (26) est celle du réseau d'alimentation électrique, à 50 ou 60 Hz, la course de l'électrode étant comprise entre 0,5 et 0,75 mm.