Bibliographie & annexes
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En anglais
RÉSUMÉ
Dans les centrales nucléaires, le combustible est stocké dans des tubes hermétiques appelés crayons combustibles. Les éléments radioactifs confinés libèrent au fur et à mesure de leur activité un mélange d’hélium et de xénon. À ce jour, il n’existe aucun contrôle non destructif pour suivre l’évolution de la production de ces gaz de fission. Cet article présente un dispositif acoustique innovant qui permet de mesurer leur pression et leur composition, de détecter le crayon défectueux et d’aider à la prise de décision du rechargement d’un assemblage. Cet outil peut également aider à une meilleure évaluation des marges vis-à-vis du critère de sûreté correspondant.
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In nuclear power plants, the fuel is stored in sealed tubes named fuel rods. During their activity, the confined radioactive elements release a mixture of helium and xenon. To date, there exists no non-destructive testing in order to monitor the evolution of the production of these fission gases. This article presents an innovative acoustic device for measuring their pressure and composition, detecting a faulty rod and decision making concerning the reloading of a reactor. In addition, this tool is able to provide a better assessment of margins according to safety criteria.
Auteur(s)
-
Eric Rosenkrantz
-
Jean-Yves Ferrandis
-
Gérard Lévêque
-
Daniel Baron
INTRODUCTION
La consommation d'électricité dans le monde ne cesse de croître. En France, environ 80 % de l'électricité est produite à partir de l'énergie nucléaire. Dans les centrales, le combustible nucléaire est conditionné dans des tubes hermétiques, les crayons combustibles. En confinant les éléments radioactifs, les crayons constituent la première barrière biologique vis-à-vis de l'environnement. Au fur et à mesure de son activité de désintégration, après plusieurs cycles en centrale, l'uranium produit dans le tube qui le contient des gaz, essentiellement de l'hélium et du xénon. Un meilleur suivi du relâchement (mesure de la pression et de la composition) des gaz de fission pourrait permettre une optimisation de la durée d'utilisation des crayons en centrale. À ce jour, les seuls contrôles effectués sont destructifs : les crayons sont extraits des centrales, puis percés et les gaz analysés. Une mesure non destructive in situ des propriétés de ces gaz constituerait une avancée considérable dans le contrôle de la gestion des centrales.
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3. Conception des capteurs
Les mesures sont possibles seulement si le capteur est capable d'injecter suffisamment de puissance acoustique dans le gaz. Or, le tube de zirconium est un milieu d'impédance acoustique élevée, 30,9 Mrayl, contre environ 300 rayl pour le gaz. Le tube constitue une barrière acoustique importante et plus de 99 % de l'intensité acoustique est réfléchie à l'interface tube/gaz. Comme avec un interféromètre Fabry-Pérot, les réflexions multiples sur les parois du tube peuvent être mises à profit pour injecter des ondes dans le gaz. L'onde peut être transmise si l'épaisseur de la gaine est un multiple de la demi-longueur d'onde. Pour une épaisseur de e = 570 μm, la première fréquence à laquelle se produit ce phénomène est de : f = 4,14 MHz. À cette fréquence, l'épaisseur de la céramique piézoélectrique (PZT), et celle de la gaine doivent toutes deux être égales à la demi-longueur d'onde.
Ci-dessus : Comparaison des sensibilités obtenues avec une couche
d'eau
Dans la conception des transducteurs piézoélectriques, on utilise couramment des dos adaptés ou des dos réfléchissants ...
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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.
-
(2) - BELAUD (S.) - Énergie nucléaire : le nouvel élan. - Le journal du CNRS, (195), p. 19-27, avr. 2006.
-
(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 detector probe for fuel rods. - Patent...
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