Brevet FR2934406A1 — publié le 20100129

DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention est relative à un réacteur nucléaire équipé 5 d'une structure transmettant des neutrons vers un détecteur de neutrons. ETAT DE LA TECHNIQUE La présente invention est relative aux systèmes de détection de neutrons dans les réacteurs nucléaires. 10 Dans un réacteur nucléaire et en particulier dans un réacteur de recherche, il est important d'obtenir un maximum de données neutroniques relatives au flux de neutrons émis dans le réacteur. Ceci nécessite de collecter le flux de neutrons et de le transmettre à un moyen de détection pouvant comporter des cibles neutroniques, un 15 dispositif d'imagerie neutronique, ou un détecteur de neutrons. L'invention s'applique en particulier à un réacteur nucléaire comportant un coeur recevant le combustible, des parois entourant le coeur du réacteur et le séparant d'une piscine, ainsi qu'une structure prévue pour permettre le passage de neutrons, depuis le coeur jusqu'à 20 un détecteur de neutrons - ou hodoscope - disposé à l'extérieur des parois entourant le coeur. Ladite structure comporte des parois délimitant un canal - dit canal d'irradiation - s'étendant radialement à partir du coeur, au travers des parois entourant le coeur, et entre lesquelles se propagent les 25 neutrons émis par le coeur. Une paroi mince d'extrémité, dite tympan, obture l'extrémité distale du canal d'irradiation, et est prévue pour être traversée par le flux de neutrons à détecter. Ladite structure comporte en outre un collimateur pour le flux de neutrons à détecter; le collimateur est disposé à l'intérieur d'un fourreau 30 � noyé � dans la piscine, et s'étend dans le prolongement du canal d'irradiation. Afin de permettre au réacteur de résister à des secousses sismiques, il est utile d'isoler / découpler mécaniquement l'extrémité distale du canal d'irradiation, du fourreau enveloppant le collimateur. Ce découplage peut être réalisé en prévoyant un interstice - ou espacement - entre le tympan et la paroi - ou nez - du fourreau lui faisant face. Ces parois étant situées dans la piscine, cet interstice est rempli d'eau ; l'eau située dans l'interstice forme une lame d'eau qui absorbe une partie du flux de neutrons que l'on souhaite analyser par l'intermédiaire des détecteurs situés en aval du collimateur. Il est utile de limiter l'épaisseur de la lame d'eau séparant le tympan du fourreau, pour limiter l'absorption de neutrons par la lame d'eau. Cependant, une lame d'eau de faible épaisseur, de deux millimètres d'épaisseur par exemple, n'assure pas un découplage mécanique suffisant entre les parois du canal d'irradiation et le fourreau entourant le collimateur : une secousse provoquant un déplacement mutuel du canal et du fourreau, d'amplitude supérieure à l'épaisseur de la lame d'eau, est susceptible de provoquer une collision entre ces parois. Cette collision est susceptible d'entraîner une perte d'étanchéité de la cuve de la piscine, par percement du nez du fourreau. EXPOSÉ DE L'INVENTION Un objectif de l'invention est de proposer un réacteur nucléaire équipé d'une structure favorisant la propagation de neutrons vers un détecteur de neutrons, la structure comportant un canal d'irradiation prolongé par un fourreau recevant un collimateur, et un dispositif de découplage sismique interposé entre le canal d'irradiation et le collimateur, qui absorbe peu - ou pas du tout - de neutrons. Un objectif de l'invention est de proposer un réacteur nucléaire équipé d'une structure de transmission de neutrons vers un détecteur de neutrons, qui soit amélioré et/ ou qui remédie, en partie au moins, aux lacunes ou inconvénients des réacteurs nucléaires connus. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un réacteur nucléaire dans lequel le dispositif de découplage sismique comporte une structure déformable creuse adaptée pour être en contact avec l'extrémité distale du canal d'irradiation d'une part, et avec l'extrémité proximale du fourreau recevant le collimateur d'autre part, à l'intérieur de la piscine ; la structure déformable creuse présente dans sa partie supérieure un orifice d'entrée par lequel elle est raccordée à une source de gaz neutre sous pression, et présente dans sa partie inférieure un orifice de sortie par lequel elle est raccordée à un conduit débouchant dans la piscine, de sorte que la pression du gaz contenu - et circulant - dans la structure creuse maintient une première paroi mince de la structure creuse au contact de l'extrémité distale - ou � tympan � - du canal d'irradiation, et maintient une seconde paroi mince de la structure creuse au contact de l'extrémité proximale - ou � nez � - du fourreau. Le flux de neutrons rapides circulant dans le canal d'irradiation peut ainsi traverser, sensiblement sans déflexion ni absorption, les première et seconde parois minces de la structure déformable creuse, ainsi que la cavité remplie de gaz sous pression que cette structure délimite. Selon un mode préféré de réalisation, la structure déformable creuse est essentiellement métallique, étant de préférence réalisée à partir d'un ou plusieurs matériaux choisis parmi les alliages Zircaloy et les aciers inoxydables. Cela permet de réaliser une structure présentant une bonne tenue neutronique, une bonne tenue à la corrosion, une faible activation, et une bonne transparence neutronique. Selon un mode de réalisation, la structure déformable creuse présente une forme allongée, s'étendant sensiblement verticalement. De préférence, les première et seconde parois minces de la structure déformable creuse sont reliées entre elles par une jonction mince présentant une longueur développée - totale - supérieure à la distance séparant les deux parois minces, la jonction mince comportant au moins une partie convexe favorisant la dilatation ou la contraction de la structure déformable creuse. La jonction mince peut comporter des parois latérales formant au moins un pli ou une ondulation, conférant à la structure déformable 5 creuse une forme de soufflet à une ou plusieurs ondes. Selon un mode de réalisation, les première et seconde parois minces de la structure déformable creuse sont sensiblement planes et parallèles, et sont reliées entre elles par des parois latérales formant au moins un pli ou une ondulation concourant au caractère déformable de 10 la structure creuse. Ainsi, selon un mode particulier de réalisation, la structure déformable creuse est en forme de soufflet - à une ou plusieurs ondes -, de forme tubulaire allongée selon un axe sensiblement vertical, présentant par exemple une section - dans un plan perpendiculaire 15 audit axe - sensiblement hexagonale. De préférence, le conduit est relié à l'orifice de sortie par une première de ses deux extrémités et débouche dans la piscine par une seconde de ses deux extrémités. La pression de la source de gaz est suffisante pour dépasser la 20 pression statique d'immersion (dans la piscine) de cette seconde extrémité, de sorte qu'un flux de gaz sous pression ayant traversé la structure déformable creuse et le conduit, se déverse dans la piscine par ladite seconde extrémité du conduit. Le flux de gaz s'échappant du conduit forme ainsi des bulles 25 permettant de contrôler la pression régnant dans la structure creuse. La cote de la seconde extrémité du conduit est de préférence inférieure à celle de l'extrémité inférieure de la structure déformable creuse, de sorte que la pression du gaz dans la structure creuse provoque un effort d'appui des première et seconde parois minces 30 respectivement contre les parois correspondantes du canal d'irradiation et du fourreau, effort auquel correspond une pression d'appui qui est supérieure à la pression d'immersion de la portion considérée des parois minces. Cela permet ainsi de maintenir en contact intime les parois minces contre le tympan du canal d'irradiation et contre le nez du fourreau, évitant ou limitant l'apparition d'un film d'eau entre ces parois en contact mutuel, et limitant par conséquent l'absorption et/ ou la déviation du flux de neutrons. D'autres aspects, caractéristiques, et avantages de l'invention apparaissent dans la description suivante qui se réfère aux figures annexées et illustre, sans aucun caractère limitatif, des modes préférés de réalisation de l'invention. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES La figure 1 est un schéma d'un réacteur connu auquel peut s'appliquer l'invention. Les figures 2 à 5 illustrent schématiquement un mode préféré de réalisation d'un dispositif de découplage sismique immergé et son utilisation pour transmettre un flux de neutrons issu de l'intérieur d'un réacteur selon l'invention : - la figure 2 illustre en perspective l'implantation du dispositif de découplage entre deux parois en regard mutuel faisant respectivement partie d'un canal d'irradiation et d'un fourreau de collimateur ; - la figure 3 est une vue en coupe par un plan vertical, à échelle agrandie, du dispositif de découplage de la figure 2 ; - la figure 4 illustre en perspective avec arrachement, à échelle encore agrandie, une partie de la structure de découplage et sa fixation au nez du fourreau de collimateur ; - la figure 5 est une vue en coupe par un plan (horizontal) perpendiculaire à l'axe longitudinal de la structure déformable. La figure 6 est un schéma illustrant l'alimentation en gaz comprimé de la structure creuse déformable immergée. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Par référence à la figure 1, le réacteur 10 comporte un coeur 26 recevant des crayons combustibles, et des parois 27 à 29 d'enveloppe entourant le coeur. Dans la présente demande, les qualificatifs � distal(e) � et � proximal(e) � sont utilisés par référence au coeur du réacteur. Dans la cuve formant piscine s'étendant à l'extérieur des parois 27 à 29, est disposé un fourreau 12 recevant un collimateur 13, le collimateur étant prolongé par des détecteurs (d'un hodoscope non représenté) de neutrons servant à analyser le flux de neutrons rayonné par le coeur, en particulier en détectant les neutrons rapides émis. L'hodoscope peut être utilisé pour mesurer en temps réel les mouvements d'expansion d'un crayon combustible testé, lorsqu'il est soumis à un pic de puissance. Afin de s'affranchir de l'effet modérateur et absorbant de l'eau, les neutrons émis par le(s) crayon(s) situé(s) dans le coeur, passent dans un canal d'irradiation 11 solidaire du bloc coeur 26, puis dans le collimateur enfermé dans le fourreau solidaire de la cuve piscine. Le canal 11 de mesure - ou d'irradiation - s'étend selon un axe horizontal 30, entre le coeur 26 et le fourreau, au travers des parois 27, 28. Une paroi mince (tympan) 16 du canal 11 s'étend à l'extrémité distale de celui-ci, en regard et à faible distance d'une paroi - ou � nez � - 17 du fourreau. Dans la configuration connue illustrée figure 1, les parois en vis-à-vis respectives 16, 17 du canal d'irradiation et du fourreau, sont découplées mécaniquement par une lame d'eau délimitée par ces deux parois. Pour le bon fonctionnement des détecteurs de neutrons, l'épaisseur de cette lame d'eau doit être constante sur toute sa hauteur et de faible valeur (2 mm +/- 0,5 mm, par exemple). Ce faible espacement est un inconvénient important pour la qualification sismique de la cuve et du bloc coeur, une secousse sismique étant susceptible de provoquer une collision entre le canal et le fourreau de l'hodoscope. Conformément à un aspect de l'invention, ce problème est résolu en implantant, en lieu et place de la lame d'eau, un soufflet - ou coussin pneumatique - à enveloppe métallique, qui est décrit en détail ci après par référence aux figures 2 à 6. Par référence aux figures 2 et 3 en particulier, le réacteur est équipé d'une structure facilitant la propagation de neutrons selon l'axe 30 vers un détecteur (non représenté) de neutrons. La structure comporte le canal 11 d'irradiation prolongé par le fourreau 12 recevant le collimateur 13. Un dispositif de découplage sismique est immergé dans la piscine 18 et interposé entre le canal 11 et le fourreau 12. Le dispositif de découplage est essentiellement constitué d'un soufflet 15 métallique formant une structure déformable creuse adaptée pour être en contact avec la paroi distale 16 du canal d'irradiation d'une part, et la paroi proximale 17 du fourreau recevant le collimateur d'autre part, ces deux parois étant perpendiculaires à l'axe 30. Le soufflet 15 délimite une cavité étanche à l'eau et comporte un orifice d'entrée 19 par lequel il est raccordé, par l'intermédiaire d'un conduit 31, à une source (repère 20 figure 6) de gaz sous pression, tel que de l'air, ainsi qu'un orifice de sortie 21 par lequel il est raccordé à un conduit 22 débouchant dans la piscine 18. Le soufflet 15 est essentiellement constitué de : • deux parois rectangulaires planes 23, 24, qui sont parallèles à l'axe 25 longitudinal - vertical - du soufflet, • quatre parois latérales trapézoïdales planes 32 à 35 (figure 4 en particulier) également parallèles à l'axe 25, et • quatre parois 36a, 36b, 37a, 37b d'extrémité également de forme trapézoïdale, ces dix parois minces délimitant ladite cavité remplie de gaz sous 30 pression. Dans le mode de réalisation illustré figures 3 à 5, les parois minces 23, 32, 33 sont obtenues par pliage d'une première tôle principale de forme hexagonale, et les parois minces 24, 34, 35 sont obtenues par pliage d'une seconde tôle principale de forme hexagonale sensiblement identique à celle de la première tôle principale. Les parois minces 36a, 36b d'extrémité supérieure sont obtenues par pliage d'une première tôle secondaire de forme hexagonale, et les parois minces 37a, 37b d'extrémité inférieure sont obtenues par pliage d'une seconde tôle secondaire de forme hexagonale sensiblement identique à celle de la première tôle secondaire. La structure déformable creuse est obtenue par soudage � par fusion � des contours - tels que les bords longitudinaux saillants 50 et 51 figures 4 et 5 - en vis-à-vis des tôles, pour former un soufflet à une onde, de section sensiblement hexagonale (cf. figures 4 et 5). Deux des parois d'extrémité sont percées des deux orifices 19, 21 dans lesquels sont fixés les piquages des conduits 22 et 31. La configuration particulière du soufflet lui permet de se dilater (dans le sens des flèches 41 figure 6) ou inversement de se contracter (dans le sens des flèches 42 figure 6), le long de l'axe 30, en fonction des efforts exercés sur ses parois principales 23, 24 par le gaz sous pression qu'il contient, d'une part, et par les réactions d'appui des parois 16, 17 du canal et du fourreau, d'autre part. L'épaisseur 40 au repos du soufflet 15, mesurée selon l'axe 30, est de préférence située dans une plage allant de 10-2 mètre environ à 3.10-1 mètre environ ; le soufflet peut présenter une épaisseur au repos d'environ 60 mm par exemple. Par référence aux figures 2 à 5, le soufflet 15 est fixé au nez du fourreau par l'intermédiaire de deux arceaux 38, 39 prenant respectivement appui sur les extrémités supérieure et inférieure de la face externe de la paroi 23 du soufflet. Les extrémités supérieure et inférieure du soufflet présentant une rigidité à la dilatation - et à la contraction - supérieure à celle de la partie centrale du soufflet, elles s'étendent au delà des parois d'appui 16, 17 du canal et du fourreau, de sorte que l'on évite la formation d'un film d'eau entre les parois 16, 17 et les parois du soufflet. Les conduits d'alimentation 31 et d'évacuation 22 de gaz sous pression peuvent comporter des portions flexibles représentées figure 2 en traits pointillés. La pression du gaz contenu - et circulant - dans la structure creuse - le soufflet - maintient la paroi mince 23 au contact intime du tympan 16 situé à l'extrémité distale du canal 11, et maintient la paroi mince 24 au contact intime du nez 17 de l'extrémité proximale du fourreau. L'épaisseur des parois minces 23, 24 est de préférence située dans une plage allant de 10-4 mètre environ à 10-3 mètre environ. Le soufflet peut être réalisé à partir de clinquant en acier inoxydable d'épaisseur 0.3 mm par exemple, les deux parois d'appui 23, 24 du soufflet en contact avec le fourreau et le canal d'irradiation étant suffisamment souples pour épouser les deux surfaces d'appui 16, 17 et éviter (limiter au maximum) la formation d'un film d'eau entre les parois en appui mutuel (16 et 23 d'une part, 17 et 24 d'autre part). La pression de � gonflage � du soufflet doit être maîtrisée afin de 20 limiter l'effort de poussée exercé par les parois 23, 24 sur le tympan et sur le fourreau. On utilise à cet effet le conduit - ou tube plongeur - 22 qui limite la pression de gonflage et forme une soupape hydrostatique. La pression de gonflage nominale est obtenue après bullage du plongeur : lorsque la 25 pression de la source de gaz est suffisante pour dépasser la pression statique d'immersion de l'extrémité 49 du conduit 22 débouchant dans la piscine, un courant de gaz sous pression ayant traversé la structure déformable creuse et le conduit, peut se déverser dans la piscine par ladite extrémité du conduit. 30 Dès qu'un bullage est obtenu, le débit d'alimentation en gaz peut être stoppé et le conduit d'alimentation fermé par une vanne ; si le niveau d'eau de la piscine ne varie pas, la pression dans le soufflet reste stable. Si le niveau d'eau dans la piscine vient à monter, le tube plongeur se remplit d'eau et une injection de gaz doit être réalisée jusqu'à buller par le tube plongeur, pour rétablir la pression nominale dans le soufflet. Si le niveau d'eau piscine vient à descendre, alors la surpression dans le soufflet s'évacue naturellement par bullage par le tube plongeur. Par référence à la figure 6 notamment, le soufflet 15 et le tube 22 sont immergés dans l'eau de la piscine 18 dont la surface libre est repérée 47 et le fond est repéré 48. Le dispositif d'alimentation du soufflet 15 en gaz neutre sous pression délivré par la source 20 comporte un détendeur 43, une restriction 44, un manomètre 45, et une vanne d'isolement 46 disposés dans cet ordre sur le conduit 31 d'alimentation reliant la source au soufflet. Le détendeur et la restriction permettent de réguler la pression du gaz délivré au soufflet, le manomètre permettant de contrôler cette pression. S'il est constaté au niveau du manomètre une chute de pression, cela indique une perte d'étanchéité du soufflet. Le soufflet se remplit d'eau jusqu'au niveau de la fuite; si la fuite est faible en rapport du débit d'injection de gaz, la fonction du soufflet peut être conservée en maintenant une débit de gaz légèrement supérieur au débit de fuite - bullage permanent-. L'invention permet de maintenir une pression de contact sur tout ou partie de la hauteur du soufflet, en choisissant de façon adéquate la profondeur d'immersion de l'extrémité inférieure 49 du tube plongeur. En d'autres termes, la profondeur d'immersion de l'extrémité libre 49 du conduit 22 étant choisie supérieure à celle de l'extrémité inférieure de la structure déformable creuse, la pression du gaz dans la structure creuse provoque un effort d'appui des première et seconde parois minces respectivement contre les parois correspondantes du canal d'irradiation et du fourreau, effort auquel correspond une pression d'appui qui est supérieure à la pression d'immersion de la portion considérée des parois minces. L'invention permet d'améliorer la tenue mécanique du réacteur en 5 cas de sollicitation sismique, d'écarter le risque de perte d'étanchéité de la cuve du réacteur et donc le dénoyage du coeur nourricier. Le soufflet permet d'assurer le passage sans atténuation ni déflexion des neutrons émis par le(s) crayon(s) combustible(s) ; il permet de découpler mécaniquement le bloc coeur et la cuve piscine en cas de 10 sollicitation sismique de l'installation, écartant le risque de rupture du fourreau hodoscope par collision avec le tympan du canal d'irradiation. Le soufflet permet également de compenser d'éventuels défauts de positionnement relatif du fourreau et du canal. L'invention peut être utilisée sur d'autres installations dans 15 lesquelles une source de neutrons et un détecteur de neutrons immergés doivent être mécaniquement découplés. Revendications1- Réacteur nucléaire (10) équipé d'une structure de transmission de neutrons vers un détecteur de neutrons, la structure comportant un canal (11) prolongé par un fourreau (12) et un dispositif de découplage sismique interposé entre le canal et le fourreau, caractérisé en ce que le dispositif de découplage sismique comporte une structure (15) déformable creuse adaptée pour être en contact avec l'extrémité distale (16) du canal d'une part, et l'extrémité proximale (17) du fourreau d'autre part, à l'intérieur d'une piscine (18), la structure déformable creuse présentant dans sa partie supérieure un orifice d'entrée (19) par lequel elle est raccordée à une source (20) de gaz sous pression, et présentant dans sa partie inférieure un orifice de sortie (21) par lequel elle est raccordée à un conduit (22) débouchant dans la piscine, de sorte que la pression du gaz contenu - et circulant - dans la structure creuse maintient une première paroi mince (23) de la structure creuse au contact de l'extrémité distale (16) du canal, et maintient une seconde paroi mince (24) de la structure creuse au contact de l'extrémité proximale (17) du fourreau. 2 - Réacteur selon la revendication 1 dans lequel la structure déformable creuse est métallique. 3 - Réacteur selon la revendication 2 dans lequel la structure déformable creuse est réalisée à partir d'un ou plusieurs matériaux choisis parmi les alliages Zircaloy et les aciers inoxydables. 4 - Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel la structure déformable creuse présente une forme allongée selon un axe (25), la structure déformable creuse comportant une partie centrale prolongée par deux parties d'extrémité présentant une rigidité à la dilatation - et à la contraction - supérieure à celle de la partie centrale, les parties d'extrémité s'étendant au delà des parois d'appui (16, 17) du canal et du fourreau, la structure déformable creuse étant fixée au canal ou au fourreau par lesdites parties d'extrémité. 5 - Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel les première et seconde parois minces de la structure déformable creuse sont essentiellement planes et parallèles. 6 - Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel les première et seconde parois minces de la structure déformable creuse sont reliées entre elles par une jonction mince présentant une longueur développée - totale - supérieure à la distance (40) séparant les deux parois minces (23, 24), la jonction mince comportant au moins une partie convexe favorisant la dilatation ou la contraction de la structure déformable creuse. 7 - Réacteur selon la revendication 6 dans lequel la jonction mince comporte des parois latérales (32 à 35) formant au moins un pli ou une ondulation, conférant à la structure déformable creuse une forme de soufflet à une ou plusieurs ondes. 8 - Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel la pression de la source de gaz est suffisante pour dépasser la pression statique d'immersion de l'extrémité (49) du conduit (22) débouchant dans la piscine (18), de sorte qu'un flux de gaz sous pression ayant traversé la structure déformable creuse et le conduit, peut se déverser dans la piscine par l'extrémité du conduit. 9 - Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel le conduit (22) est relié à l'orifice de sortie (21) par une première de ses deux extrémités et débouche dans la piscine par une seconde (49) de ses deux extrémités, et dans lequel la profondeur d'immersion de la seconde extrémité du conduit est supérieure à celle de l'extrémité inférieure de la structure déformable creuse, de sorte que la pression du gaz dans la structure creuse provoque un effort d'appui des première et seconde parois minces respectivement contre les parois (16, 17) correspondantes du canal et du fourreau, effort auquel correspond une pression d'appui qui est supérieure à la pression d'immersion de la portion considérée des parois minces. 10 - Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 dans lequel l'épaisseur des parois minces (23, 24) est située dans une plage allant de 10-4 mètre environ à 10-3 mètre environ, l'épaisseur (40) de la structure déformable creuse étant de préférence située dans une plage allant de 10-2 mètre environ à 3.10-1 mètre environ.