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RÉSUMÉ
Le développement d’une mesure non destructive de la pression et de la composition gazeuse dans un crayon combustible est un projet d’innovation très bénéfique pour le nucléaire. Son aboutissement permettrait de multiplier les mesures et donc d’améliorer notre connaissance des comportements des produits combustible en réacteur, tout en diminuant les déchets et les risques radiologiques pour les intervenants. La collaboration en cours entre EDF et l’IES (Université de Montpellier / CNRS) a pour objectif de parvenir à réaliser directement en milieu industriel des mesures exploitables, y compris sur des crayons neufs ou faiblement irradiés présentant une pression interne faible.
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The development of a non-destructive measurement of the pressure and gas composition in a fuel rod is a highly beneficial innovation project for the nuclear industry. Its completion would make it possible to increase the number of measurements and thus improve our knowledge of the behavior of fuel products in the reactor, while reducing waste and radiological risks for those involved. The current collaboration between EDF and IES (Montpellier University / CNRS) aims to achieve usable measurements directly in EDF’s nuclear facilities, including new or slightly irradiated rods with low internal pressure.
Auteur(s)
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Jean-Yves FERRANDIS : Ingénieur de recherche CNRS - IES (Institut d’Electronique et des Systèmes), UMR5214, université de Montpellier / CNRS, France
-
Rémi TOURNEUX : Chargé d’affaire combustible nucléaire - EDF, division Combustible nucléaire (EDF/DPNT/DCN), France
INTRODUCTION
Parvenir à réaliser des mesures sur les assemblages de combustible d’uranium, directement dans les piscines de désactivation des centrales nucléaires est un objectif complexe mais utile pour multiplier efficacement les mesures et les applications.
Aujourd’hui pour pouvoir mesurer la pression ou la composition interne des gaz de fission d’un crayon, il est nécessaire de procéder à des opérations lourdes et générant une exposition radiologique pour les intervenants (extraction du crayon à analyser, transport du crayon avec un emballage spécialisé et soumis à agrément de l’Autorité de sûreté nucléaire, réception du crayon dans un laboratoire spécialisé pour pouvoir analyser le gaz contenu à l’intérieur, puis mise en déchet du crayon).
Une mise en œuvre directement en piscine de désactivation permettrait donc d’éviter des opérations lourdes, coûteuses et sensibles d’un point de vue sûreté nucléaire/radioprotection et de diminuer la production de déchets nucléaires.
Ces dernières années, EDF, IES et le fabricant de sonde SONAXIS ont donc travaillé conjointement pour progresser vers cet objectif, ce qui a impliqué des travaux conséquents pour optimiser le traitement du signal et réaliser des capteurs opérationnels suffisamment miniaturisés pour permettre une utilisation dans le faisceau d’un assemblage combustible. Des travaux ont également été réalisés pour démontrer qu’une mise en œuvre des sondes sans assistance manuelle directe dans une configuration proche d’une intervention sur assemblage en piscine de désactivation de combustible était possible. Il a notamment été nécessaire d’aboutir à un design de porteur prototype permettant de maîtriser le positionnement et la force d’appui du capteur sur un crayon. Enfin, différentes configurations de crayons, représentatives du parc EDF (épaisseurs de tubes, ressorts, niveau d’oxydation), ont été testées et les impacts sur la mesure ont été quantifiés.
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KEYWORDS
fuel rod | non-destructive measurement | pressure | nuclear industry
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7. Conclusion
Pour l’utilisation en laboratoire nucléaire (dans l’air avec un liquide visqueux comme couplant), avec la dernière génération de capteurs acoustiques dédiés à la caractérisation des gaz de fission, il a été possible de déterminer la composition avec une incertitude d’environ 1 % et la pression avec une incertitude d’environ 10 % (pour environ 50 bar de pression interne et un mélange gazeux contenant 20 % de Xe/Kr).
L’amélioration de ces capteurs nous permet de diminuer la limite inférieure de pression et l’incertitude sur la mesure de pression. Il permet également la mesure de l’hélium pur jusqu’à une concentration élevée en Xe sur un crayon combustible incorporant un ressort de maintien sous l’eau.
Avec une optimisation du traitement du signal et une réduction de la couche d’eau, le capteur de référence permet de déterminer le niveau de pression interne d’un crayon combustible (irradié ou non) avec une précision acceptable.
Ce niveau de précision permet d’envisager l’utilisation de cette technique pour détecter des crayons dépressurisés dans un assemblage. Nous prévoyons dans les prochaines années des manipulations spécifiques pour abaisser encore la pression limite dans le but de réaliser ces détections.
Le développement d’un prototype industriel (installation des sondes optimisées sur un porteur mécanisé utilisable en centrale nucléaire) est en cours et devrait permettre d’initier l’industrialisation de cette prometteuse technique de CND acoustique en milieu irradié.
Les auteurs remercient M. Gérard LEVEQUE, auteur de l’article initial [IN 113], professeur émérite jusqu’en 2020 qui a activement contribué à l’avancée de ces études.
Nous remercions également la société SONAXIS SA, à Besançon, notre fournisseur historique de capteurs acoustiques pour son implication active et sa réactivité.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - HANNUM (W.) et al - Réacteur à neutrons rapides contre déchets nucléaires. - Pour la science, p. 32-39, janv. 2006.
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(3) - OLANDER (D.R.) - Fundamental aspects of nuclear fuel elements. - Chapter 15, TID-26711-P1. US Dept of Energy (1976).
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(4) - THEVENIN (R.M.-P.), BARON (D.), PETITPREZ (B.), PLANCQ (D.) - CYRANO3: the industrial PLEIADES fuel performance code for EDF PWR studies. -
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(5) - BARON (D.) et al - CYRANO 3 the EDF fuel performance code especially designed for enginneering applications. - In: Water reactor fuel performance meeting proceeding, Seoul (2008).
-
(6) - JOHNSON (K.O.), COFFMAN (F.M.) - Leak...
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