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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
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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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Performances finales du capteur optimisé et du traitement du signal
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5. Optimisation de la surface de contact et de la couche d’eau
L’influence de la surface de contact et de la couche liquide est très importante. La figure 6 présente la perte de sensibilité théorique en fonction de l’épaisseur pour différents liquides de couplage. Il est clair que pour un couplage avec de l’eau (couplant dans notre application), la perte de sensibilité est importante entre une couche de 5 µm et une couche de 20 µm. Cet effet est moins important pour le miel. Il existe même des matériaux pour lesquels l’effet est inversé.
Une étape finale dans la fabrication est une phase de rodage. Le rodage des capteurs sur un tube est une manière de diminuer la couche de couplage. Le rodage consiste à enlever les parties qui touchent le tube afin de rendre la couche de couplage uniforme et la plus fine possible.
L’utilisation d’encre fluorescente permet de visualiser la surface de contact entre le capteur et le tube (figure 7).
Le gain obtenu en termes de pression limite au fur et à mesure du rodage, pour un capteur réalisé lors de ces études, est présenté sur la figure 8. Les résultats concernent la pression minimale mesurée (P lim en bar) sur un tube avec ressort de maintien, avec de l’hélium pur et un couplage avec de l’eau.
La pression limite est directement liée au couplage capteur-tube et à la faible épaisseur de la couche.
-
Le contact capteur/tube est primordial.
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Le rodage, étape finale de la fabrication, assure les performances finales du capteur.
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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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(2) - BELAUD (S.) - Énergie nucléaire : le nouvel élan. - Le journal du CNRS, (195), p. 19-27, avr. 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. -
-
(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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