Bibliographie & annexes
Présentation
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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Introduction
En anglais
7. Conclusion
Dans le cadre d'une politique d'optimisation du taux de combustion de déchargement des combustibles nucléaires, la mesure non destructive de la pression et de la composition des gaz de fission dans un assemblage combustible, permettrait :
-
de constituer une base de données statistiques sur l'évolution de la pression interne des crayons combustibles et ainsi de mieux évaluer les marges vis-à-vis du critère de sûreté correspondant (à l'aide du logiciel de simulation d'EDF CYRANO3) ;
-
d'aider à la prise de décision du rechargement d'un assemblage ;
-
de détecter le crayon défectueux dans un assemblage identifié non étanche mais réparable ;
-
de caractériser l'état des assemblages avant entreposage, et de suivre leur évolution dans le temps.
Le dispositif acoustique innovant présenté ici permet de répondre à l'ensemble de ces besoins.
Mais avant d'implanter ce capteur sur site pour une utilisation industrielle, il restait à vérifier la compatibilité de ces capteurs avec l'environnement radioactif des piscines d'entreposage du combustible. Cette étape a été franchie début mars 2008, dans une « cellule chaude » du LECA au CEA-Cadarache. Pour la première fois, un capteur acoustique a été introduit en cellule afin de caractériser le mélange gazeux interne d'un crayon combustible, avant perçage. Dans ces laboratoires spécialisés pour la manipulation de matériaux hautement radioactifs, la mise en œuvre de notre méthode de mesure a été bien évidemment plus complexe que dans nos laboratoires universitaires. Les mesures doivent être effectuées à distance avec des bras télé-manipulateurs derrière trois mètres de béton. Cela impose de réaliser des capteurs de taille suffisante pour être télé-manipulés, de prévoir un dispositif pour assurer le couplage en eau (figure 20), et d'automatiser le processus de traitement (figure 21).
Nos résultats ont pu être confrontés à ceux obtenus par perçage du crayon. La composition a été obtenue à ± 1 % et la pression à ± 10 bar. Le succès de ces mesures a montré la potentialité de notre méthode acoustique pour le suivi des gaz de relâchement. L'étape suivante, qui consiste en la réalisation d'un prototype dédié...
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Conclusion
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).
-
(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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