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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Prise en compte de l'équation d'état des gaz réels
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5. Prise en compte du ressort de maintien
Le ressort de maintien diminue fortement l'amplitude des signaux de gaz (figure 16) toutefois les mesures de vitesse ne semblent pas affectées par sa présence (figure 17). En première approximation, on montre que le ressort fait obstacle à l'établissement des ondes stationnaires.
Or, les ressorts peuvent être plus ou moins comprimés lors de la fabrication et leur pas peut évoluer au cours des irradiations. On peut se demander quelle est l'influence du pas du ressort sur la transmission des ondes, et aussi s'il existe un moyen de minimiser les effets du ressort, comme choisir une zone fréquentielle de mesure plus favorable.
Pour répondre à ces questions, nous avons simulé l'effet du ressort à l'aide de la méthode des sources équivalentes (appelée aussi méthode de superposition, développée à l'origine pour le calcul des champs électrostatiques). Le principe de cette méthode consiste à remplacer le corps réel par un jeu de sources discrètes incluses dans le volume. Le champ de pression acoustique en un point de l'espace environnant se déduit de la somme pondérée des champs de pressions élémentaires produits par chacune des sources ponctuelles (solution de Green de l'équation d'Helmholtz). La force de rayonnement de chaque source est déterminée de manière à ce que la condition de vitesse à la surface du corps soit satisfaite en un certain nombre de points de consigne (placées sur les surfaces). Cette méthode est une variante simplifiée des éléments finis aux frontières (BEM) et offre une alternative intéressante à l'utilisation des éléments finis de volume (FEM).
Le problème de la géométrie hélicoïdale 3D étant trop complexe pour être traité numériquement, une simplification à deux dimensions a été réalisée : on suppose la cavité du tube comme une cavité plane et les fils du ressort comme des cylindres parallèles (figure 18a).
À partir des simulations, on calcule en réflexion l'impédance du gaz sur le plan moteur. En transmission, on calcule l'impédance de transfert, définie comme la pression moyenne appliquée par le gaz sur le plan récepteur, divisée par la vitesse du plan moteur.
Le calcul théorique de l'effet du ressort sur l'amplitude des ondes stationnaires a montré que :
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les ondes...
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Prise en compte du ressort de maintien
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.
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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 detector probe for fuel rods. - Patent...
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