Brevet FR2913140A1 — publié le 20080829

DISPOSITIF ET PROCEDE D'EXAMEN DE CRAYONS CYLINDRIQUES DE COMBUSTIBLE NUCLEAIRE DESCRIPTION L'invention se rapporte à un dispositif et à un procédé d'examen de crayons cylindriques de combustible nucléaire. On cherche à mesurer la contamination en surface de crayons de combustible nucléaire. Chaque crayon doit être examiné au plan de joint entre le bouchon supérieur et la gaine par un détecteur de rayonnement. Le dispositif connu comprend un détecteur spécial composé de deux parties dont chacune a une portion de détection en forme de demi-anneau. Le crayon mis en place, le plan de joint entre le bouchon supérieur et la gaine dans l'axe de l'anneau délimité par les deux moitiés du détecteur, et le signal du rayonnement émis par des dépôts de contamination est mesuré. Plusieurs inconvénients peuvent toutefois être reprochés au dispositif connu. Comme le détecteur est spécifique à cette utilisation, il est très coûteux. En particulier, la mesure du rayonnement alpha par des scintillateurs puis des photomultiphicateurs implique de couvrir les scintillateurs de feuilles de Mylar dont la fonction est d'arrêter le rayonnement des photons émis en même temps vers le détecteur et qui troubleraient la mesure. Cette feuille doit être très mince, donc fragile, pour ne pas arrêter le rayonnement alpha, et elle est difficile à monter sur une surface courbe, alors qu'elle doit souvent être remplacée puisqu'elle s'encrasse facilement. Une conséquence est que le temps d'immobilisation des détecteurs pour l'entretien est important. Un autre inconvénient du dispositif provient de la chute de particules contaminantes sur les surfaces du détecteur situées sous le crayon lorsqu'il coulisse dans l'anneau. Ces particules séjournent sur le détecteur et leur radioactivité s'ajoute aux mesures, formant un bruit de fond. La surface du détecteur doit alors être nettoyée, ce qui impose souvent de remplacer la feuille de Mylar et renvoie aux inconvénients précédents. On a conçu l'invention pour obvier à ses inconvénients. Sous sa forme la plus générale, le nouveau dispositif d'examen comprend deux détecteurs de rayonnement à scintillateurs plans disposés en vis-à-vis de part et d'autre des crayons examinés. Le remplacement de la surface de détection en anneau par deux surfaces opposées planes de détection offre les avantages que voici des détecteurs du commerce plus simples et d'un genre répandu peuvent être utilisés ; le remplacement de la feuille de Mylar est beaucoup plus facile ; le dispositif est donc moins coûteux et impose des entretiens moins fréquents. On verra que l'inconvénient d'une sensibilité hétérogène des mesures, découlant de l'interruption des surfaces de détection devant une partie des crayons, n'est pas important en réalité. Selon un perfectionnement, le dispositif comprend un socle muni d'emplacements de montage pour les détecteurs de façon que les scintillateurs soient placés dans des plans verticaux parallèles. Cette disposition permet d'éviter la chute des particules contaminant les crayons sur les surfaces des détecteurs. Au lieu de cela, elles tombent dans des endroits où elles n'interfèrent pas avec la mesure. Selon un autre perfectionnement, les emplacements du socle pour le montage des détecteurs sont des empreintes cylindriques qui sont façonnées dans des plateaux mobiles de façon à faire varier leur écartement en étant raccordées à une portion principale du socle par des vis de réglage de position. Une telle disposition permet de placer et de retirer facilement les détecteurs, même pour un dispositif présent dans une boîte à gant et donc malaisé d'accès, et de modifier à volonté l'écartement des détecteurs et la sensibilité de détection. Le dispositif peut être complété par un capot amovible de serrage des détecteurs. Selon un perfectionnement d'un autre ordre, les détecteurs peuvent comprendre une partie de captage du rayonnement et une partie d'exploitation du signal, la partie de captage et la partie d'exploitation du signal étant reliées par des fils électriques et placées dans des boîtiers séparés : cette séparation des détecteurs en deux parties pouvant être mutuellement mobiles permet de placer les parties de captage dans la boîte à gant, et les parties d'exploitation de signal hors de la boîte à gant ; la liberté d'aménagement dont on bénéficie alors est accrue, un aspect important étant que les parties de captage du rayonnement, plus petites que les détecteurs habituels, peuvent être placées horizontalement dans certaines réalisations concrètes où le dispositif est utilisé dans une boîte à gant étroite, ce qui permet de choisir la disposition avantageuse des plans de scintillateurs verticaux. Ces aspects de l'invention ainsi que d'autres seront maintenant décrits en liaison aux figures annexées, dont : - la figure 1 est une vue générale de l'appareil, - la figure 2 est une vue de dessus en coupe de l'ensemble aux détecteurs, - la figure 3 est un détail de la face de détection d'un des détecteurs, -la figure 4a est une vue de face de l'ensemble aux détecteurs, - la figure 4b est une vue agrandie d'un détail de la figure 4a, - la figure 5 illustre le mode de détection, - et la figure 6 est un détail montrant le support des détecteurs. La figure 1 représente une vue générale de l'invention. Le dispositif comprend tout d'abord un socle 1 muni d'une paire de détecteurs 2, placés dans une boîte à gant 3 qui enclôt un volume de travail affecté à la mesure de contamination. Les détecteurs 2 sont en réalité, dans cette réalisation préférée, de simples portions de captage de rayonnement et sont associés à des portions d'exploitation de signal 4 par des câbles d'alimentation électrique et des transmissions des signaux reçus des détecteurs 2. Les parties d'exploitation du signal 4 sont encore reliées à un sommateur 5 commun qui fournit des résultats de mesure à un système d'exploitation 6 non détaillé. Les fils électriques traversent la boîte à gant 3, de sorte que les parties d'exploitation de signal 4, le sommateur 5 et le système d'exploitation 6 sont situés hors d'elle, restent préservés de la contamination et ne causent pas le souci de devoir les entreposer dans des lieux spéciaux quand ils deviennent inutilisables ; le volume réduit de la boîte à gant 3 est en outre moins encombré. Dans cette réalisation, les détecteurs 2 sont placés horizontalement, n'occupant pas toute la largeur de la boîte à gant 3. On passe à la description de la figure 2. Les détecteurs 2 sont montés en opposition et plus précisément en vis-à-vis, c'est-à-dire que leurs éléments de détection 7 sont dirigés l'un vers l'autre en étant séparés par une voie de passage 8 étroite pour le défilement des crayons 9 de combustible nucléaire à examiner. La voie de passage 8 est occupée par deux paires de galets 10 d'axes verticaux disposés des deux côtés latéraux des détecteurs 2 et qui retiennent les crayons 9 contre les mouvements latéraux ; par une paire de billes 11 à un côté antérieur du socle 1, qui fournit un support aux crayons 9 ; et par un galet 12 de support. Les billes 11 et galet 12 supportent les crayons 9, situé à un côté postérieur du socle 1, opposé aux billes 11. Chacun des détecteurs 2 comprend un corps 13 de forme cylindrique à l'arrière de l'élément de détection 7. Le corps 13 comprend un boîtier étanche aux photons, un photomultiplicateur, une carte électronique et un couvercle à l'arrière, équipé des connecteurs pour les câbles. L'élément de détection 7 comprend d'après la figure 3 un scintillateur 14 composé d'une rondelle de Plexiglas, dont la face antérieure est couverte d'une feuille de Mylar 18, et une virole 15 retenant le scintillateur 11 à l'avant du détecteur 2 tout en l'empêchant de glisser et pourvu aussi d'une portion périphérique de forme cylindrique engagée autour de l'avant du corps 13. Le scintillateur 14 est muni de joints d'étanchéité des deux côtés : un joint torique 16 à l'arrière, engagé sur le corps 13 et une rondelle de feutrine 17 à l'avant, engagée sur la virole 15, qui est en acier inoxydable sans grille pour un rendement meilleur de détection. La fonction de ces joints est avant tout d'empêcher toute entrée de lumière dans les détecteurs 2 et de protéger la feuille de Mylar 18 sur le scintillateur 14 du contact de la virole 15, qui pourrait l'endommager. Les scintillateurs 14 sont plats et s'étendent dans les plans verticaux parallèles. Ainsi, les pollutions provenant de poussières ou d'autres éléments issu des crayons 9 tombent entre eux sans les atteindre et sans fausser leurs mesures en les encrassant ou en donnant un signal radioactif parasite. On se reporte aux figures 4, 4a et 4b. Au-dessus d'une partie fixe du socle 1, des chariots 19 peuvent coulisser transversalement l'un vers l'autre et en s'éloignant l'un de l'autre pour faire varier la distance entre les détecteurs 2. Les chariots 19 sont montés sur une platine supérieure 20 de la partie fixe du socle 1 par des systèmes à glissières 21 pour accomplir le mouvement coulissant. Des vérins non représentés accomplissent le mouvement. Les détecteurs 2 sont retenus dans des blocs de montage 22 montés sur les chariots 19 par des vis 23 avec une interposition de cales 24 qui permettent d'ajuster la position des blocs de montage 22 et l'écartement des détecteurs 2. Les blocs de montage 22 portent des boulons basculants 25 au nombre de quatre au total, qui sont placés sur les points d'un rectangle, pour s'engager dans des rainures d'un capot 26 supérieur à poignée 27 dont la surface inférieure est tangente aux détecteurs 2 quand ils sont posés dans des blocs de montage 22. Les électroniques séparées sont posées sur des berceaux 28 formés par des plaques cintrées 29 sur les chariots 22 (figure 6). Quand le capot 26 est retiré, les détecteurs 2 peuvent être retirés en étant soulevés et sortis par le haut du dispositif. La configuration de détection est illustrée à la figure 5. Les scintillateurs 14, étant tournés vers les points A et C à mi-hauteur des sections des crayons 9, détectent plus facilement les contaminations présentes sur ces points que sur les points B et D situés aux hauteurs extrêmes des crayons 9. Toutefois, il a été démontré que les hétérogénéités de détection n'étaient pas considérables malgré les inégalités d'orientation et de distance aux scintillateurs 14, et que le rayonnement originaire de tout point des crayons 9 arrivait dans une proportion importante aux scintillateurs 14 puisqu'il n'était pas émis perpendiculairement à la surface des crayons 9 mais avec une répartition dans toutes les directions. Le rapport de mesure obtenu entre les points A et C d'une part et les points B et D d'autre part était de 1,55 dans un exemple concret, ce qui est acceptable en considérant que ces points son représentatifs de conditions extrêmes et que le rapport sera généralement beaucoup plus faibles sur les points aléatoires des crayons. L'uniformité de détection est d'autant meilleure que, pour un diamètre déterminé du crayon 9, les scintillateurs 14 sont plus hauts et plus proches de lui. Un bon exemple de réalisation comprend des scintillateurs de 50 mm de hauteur environ, et distants de 5,5 mm des points A et C pour des crayons 9 de 9,5 mm de diamètre environ. La légère erreur qu'on doit accepter est rendue admissible en considérant la simplicité de conception beaucoup plus grande du nouveau dispositif. De plus, le rendement de détection, c'est-à-dire le rapport entre les intensités du signal et de l'événement de radioactivité qui lui a donné naissance, est plus grande que dans les dispositifs antérieurs, malgré l'utilisation de détecteurs 2 économiques dont le rendement était inférieur au rendement du capteur utilisé jusqu'à présent à conditions égales afin d'accroître ce rendement, on a retiré une grille à l'avant de la feuille de Mylar destinée à protéger le scintillateur 14 mais dont l'intérêt est incertain, alors qu'elle arrête d'une part importante du rayonnement ; enfin, le montage des détecteurs 2 permet REVENDICATIONS 1) Dispositif d'examen de crayons (9) cylindriques de combustible nucléaire, caractérisé en ce qu'il comprend deux détecteurs (2) de rayonnement à scintillateurs (14) plans disposés en vis-à-vis de part et d'autre des crayons examinés. 2) Dispositif d'examen de crayon cylindriques de combustibles nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un socle (1) muni d'emplacements de montage (28, 29) pour les détecteurs (2) de façon que les scintillateurs soient placés dans des plan verticaux parallèles. 3) Dispositif d'examen de crayons cylindriques de combustible nucléaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que les emplacements du socle sont des empreintes cylindriques qui sont façonnées dans des plateaux mobiles de façon à faire varier leur écartement, les plateaux mobiles étant raccordés à une portion principale du socle par des vis de réglage de position (25). 4) Dispositif d'examen de crayons cylindriques de combustibles nucléaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que le socle comprend un capot (26) amovible de serrage des détecteurs (2) dans les empreintes.30 5) Dispositif d'examen de crayons cylindriques de combustible nucléaire selon l'une quelconque des revendication 1 à 4, caractérisé en ce que les détecteurs comprennent une partie de captage du rayonnement et une partie d'exploitation de signal (4), la partie de captage et la partie d'exploitation de signal étant reliées par des fils électriques mais placées dans des supports séparés. 6) Dispositif d'examen de crayons de combustible nucléaire selon la revendication 5, caractérisé en ce que les parties de captage du rayonnement sont situées dans une boîte à gant (3) et les parties d'exploitation du signal hors de la boîte à gant. 7) Dispositif d'examen de crayons de combustible nucléaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend des paires de galets (10) opposés et à axes verticaux et guidage latéral des crayons, des appuis inférieurs (11) des crayons, et un galet de support (12) des crayons. 8) Dispositif d'examen de crayons de combustible nucléaire selon la revendication 7, caractérisé en ce que les appuis inférieurs (11) sont des billes, et les billes (11) et le galet (12) sont placés à des portions opposées du dispositif.30