CA2118712A1 - Dispositif indicateur du debit d'une fuite d'un circuit primaire de reacteur nucleaire - Google Patents
Dispositif indicateur du debit d'une fuite d'un circuit primaire de reacteur nucleaireInfo
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Abstract
2118712 9401747 L'invention concerne un dispositif de détection et de mesure du débit d'une fuite de matière radioactive provenant d'un circuit primaire de réacteur nucléaire à eau pressurisée situé à l'intérieur d'une enceinte de confinement, la fuite débouchant dans un espace (7) sous chemisage dudit circuit primaire. Le dispositif selon l'invention comprend deux sondes (8, 9) placées dans l'enceinte du confinement, présentant chacune une chambre de mesure (16) isolée du rayonnement ambiant par un blindage (18), lesdites chambres de mesure (16) étant balayées par des courants gazeux provenant d'orifices d'aspiration (10, 11) situés respectivement dans ledit espace sous chemisage et dans le volume libre de l'enceinte de confinement, les sondes (8, 9) comportant en outre chacune un détecteur du rayonnement (17) émis par l'isotope (13) de l'azote contenu dans chacune des chambres de mesure (16), et des moyens de traitement (19, 20) pour indiquer la présence éventuelle d'une fuite et son débit.
Description
2 1 18712 ~VO94/01747 PCr/~3/0070~
DISPOSITIF INDICATEUR DU DEBIT D'UNE FUlTE
D'UN CIRCU~T PRIMAIRE DE REACTEUR NUCLEAIRE
La présente invention concerne le domaine des équipements pour détecter une fuile de matière radioactive dans une centrale nucJéaire et en indiquer le débit, et plus particulièrement une fuite d'un circuit primaire de réacteur à eau pressurisée (REP).
Le circuit primaire d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée sert à l'évacuation de la chaleur produite par le coeur du réacteur vers un circuit secondaire comportant des alternateurs pour produire de l'énergie électrique. Pour des raisons de sécurité, notamment pour éviter un rejet direcl d'aérosol et de gaz radioactif dans l'atmosphère en cas d'incident, le circuit primaire est placé dans une enceinte de confinement.
Il est particulièrement important pour la securi~e de détecter le plus tôt possible une fuite de matière radioactive provenant du circuit primaire, et d'évaluer quantitativement celle-ci. A cet effet, on a dé jà
proposé un dispositif de detection de fuite d'un circuit primaire de reacteur à eau pressurisée par prélèvement d'une quantité déterminée de gaz dans I'enceinte de confinement et mesure en dehors de l'enceinte de l'activité
volumique dans ce gaz de l'isotope 13 de l'azote. La détection de l'isotope 2~ 13 de l'azote, dont la formation est liée uniquement au régime de puissancedu réacteur, permet de s'affranchir de la prise en compte de l'état du combustible dans le reacteur. Qn se reportera utilement à la description de ce dispositif parue dans la revue IEEE Transactions on Nuclear Science, vol.
NS-27, N 1, Février 19~0.
25~ Ce dispositif présente néanmoins certains inconvénients, notamment parce qu'il nécessite une traversée mécanique de l'enceinte de confinement pour effectuer le prélevement gazeux, à l'aide de vannes d'isolement à fermer en cas d'incident important dans l'enceinte. Par ailleurs, ce dispositif effectue la mesure sur un volume de gaz comprimé et 211~712 2 à l'aide d'un détecteur au germanium refroidi à l'azote liquide; l'ensemble du dispositif nécessite donc un investissement important (compresseur, réfrigérant, ...) et s'avère d'un entretien coûteux. De plu5, certaines parties du circuit primaire sont isolées thermiquement par un chemisa~e en matériau caJorifuge, et le dispositif connu précité, qui effectue la mesure sur du gaz prélevé dans le volume libre de l'enceinte de confinement, est d'une part mal adapté à la détec~ion rapide d'une fuite intervenant sous chemisage, en raison notamment de l'obstacle que représente le chemisage à l'encontre de la dilution rapide de la fuite dans le volume de l'enceinte, 0 et d'autre part ne permet pas de discriminer une fuite provenant d'un endroit quelconque du circuit primaire d'une fuite sous chemisage.
La présente invention a pour objet un dispositif pour la détection et la quantification des fuites sous chemisage d'un circuit primaire, remédiant notamment aux inconvénients précités.
La présente invention propose pour cela un dispositif de détection et de mesure du débit d'une fuite de matière radioactive provenant d'un circuit primaire de réacteur nucléaire à eau pressurisée situé à l'intérieur d'une enceinte de confinement, la fuite débouchant dans un espace sous chemisage dudit circuit primaire, caractérisé en ce qu'il comprend:
. une sonde de mesure et une sonde de compensation du bruit de fond du aux rayons gamma et aux neutrons, placées dans l'enceinte de confinement, présentant chacune une chambre de mesure isolee du rayonnement ambiant par un blindage, lesdites chambres de mesure étant balayées par des couran~s gazeux provenant d'orifices d'aspiration situés respectivement dans ledit espace sous chemisage et dans le volume libre de l'enceinte de confinement, les sondes comportant en outre chacune un détecteur de rayonnement, apte à délivrer un signal représentatif du rayonnement émis par l'isotope l 3 de l'azote contenu dans chacune des chambres de mesure, et . des moyens de traitement conçus pour générer un signal utile represen-latif de l'activité volumique de l'isotope 13 de l'azote contenu dans la chambre de la sonde de mesure, à partir du signal délivré par la sonde de mesure, corrigé par le signal délivré par la sonde de compensation, et indiquer, sur la base dudit signal utile, la présence éventuelle d'une fuite et son débit.
211~712 ~0 94/01747 PCI/FR93/û0706 Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, chaque détecteur de rayonnement comprend un scintillateur à l'iodure de sodium couplé à un photomultiplicateur, délivrant des impulsions dont l'amplitude est proportionnelle à l'énergie du rayonnement reçu.
De préférence, ces détecteurs de rayonnement sont des détecteurs à calibration automatique en énergie, comprenant des moyens de stabilisation de la réponse en énergie de rayonnement reçu du scintillateur ~
en fonction de sa température. -Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les 0 moyens de traitement comportent ~
. des moyens d'amplification associés à chacune des sondes, constituant ainsi avec les sor~des une chaîne de mesure et une chaîne de compensa-tion identiques, aptes à fournir en sortie des impulsions dont l'amplitude est proportionnelle à l'énergie laissée par les rayons gamma et les neutrons dans le détecteur de rayonnement, et . des moyens de calcul communs aux deux chaînes de mesure, conçus pour effectuer sur les signaux délivrés par la chaîne de mesure et la cha;ne de compensation, une mesure des nombres d'impulsions respectifs Nl et N2 associés à un intervalle d'énergie caractéristique de l'isotope 13 de I'azote, pour calculer de façon itérative ledit signal utile, en prenant la valeur moyenne pendant une durée déterminée d'un signal différentiel si correspondant à l'activité volumique instantanée de l'isotope 13 de l'azote contenu dans la chambre de mesure, ledit signal différentiel si étant donné par la formule si = (Nl - N2 * fc - bc) * ct~ où fc, bc et ct `
sont des coefficients déterminés expérimentalement, et calculer le débit -de la fuite sur la base dudit signal utile, à l'aide d'un coefficient kf de conversion et pour un régime de puissance du réacteur supérieur à un seuil donné, ledit coefficient de conversion étant calculé à partir d'une valeur moyenne du régime de puissance du réacteur pendant ladite duree.
Avantageusement, les moyens de trailement sont également `~
conçus pour générer une alarme lorsque le débit de la fuite dépasse un seuil déterminé, à partir d'un calcul statistique effectué sur le signal utile, ledit seuil étant déterminé de façon à avoir une probabilité d'alarme à tort inférieure à une par an.
Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les deux orifices d'aspiration sont situés à proximité l'un de l'autre, de façon à
, ~
;:
WO 94/û1747 PCr/FR93/0070~-211~3712 4 réduire les erreurs de mesure liées aux phénomènes de transport et de dilution à l'intérieur de l'enceinte.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description d'un exemple de réalisation, non 5 limitatif de l'invention, qui va suivre, et à l'examen du dessin annexé sur lequel ~
- la figure I est une vue schématique partielle du dispositif selon I'invention, utilisé pour mesurer une fuite sous chemisage située sur un couvercle de cuve de réacteur nucléaire, 10 la figure 2 est une vue d'ensemble du dispositif selon l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe schématique d'une sonde de mesure conforme à l'invention, - la figure 4 montre l'algorithme général mis en oeuvre par les moyens de traitement pour délecter une fuite et en indiquer le débit le cas échéant~
5 - la figure 5 montre l'algorithme de calcul du coefficient de conversion kf, - la figure 6 montre l'algorithme de détection d'une alarme lorsque le débit de la fuite dépasse une valeur donnée et que le régime de puissance du réacteur est supérieur à un seuil donné.
On voit sur la figure I la partie supérieure d'une cuve I de 20 réacteur d'un circuit primaire de centrale nucléaire. Le circuit primaire estplacé à l'intérieur d'une enceinte de confinement, constituee généralement par un épais mur de béton. La cuve I comporte à sa partie supérieure un couvercle 2 dans lequel sont prévus des passa~es pour des barres de contrôle 3 de la puissance de réacteur. Ces barres de contrôle 3, 25 constituées d'un matériau neutrophage, permetlent par insertion au sein du réacteur, d'en diminuer la puissance, voire de stopper l'activité de celui-ci.
- Les barres de contrôle 3 sont retenues à leur partie supérieure dans des gaines d'étanchéité 4 qui s'étendent verticalement au-dessus du couvercle 2 sur une longueur suffisante pour recevoir les barres de contrôle 3 lorsque 30 celles-ci sont dans leur position relevée. Des moyens d'entraînement 5 son prévus pour déplacer les barres de contrôle 3 à l'interieur des gaines . d'étanchéité 4. Un chemisage en matériau calorifu~e, référencé 6, es~
rapporté, de préférence de la façon la plus étanche possible, sur la paroi du couvercle 2 de la cuve I du réacteur pour réduire ies pertes thermiques. Le 35 chemisage 6, encore appelé "casing", ménage au-dessus de la paroi du ' 211~,712 ~0 94/01747 PCr~FR93/00706 couvercle 2 un espace sous chemisa~e référencé 7. On a indiqué par F sur la figure 1 une fuite de matière radioactive provenant du circuit primaire du réacteur nucléaire, due dans le cas particulier de l'exempJe de réalisation décrit à la présence de fissures dans le matériau constituant les gaines 5 d'étanchéité 4.
Il est bien entendu crucial pour la sécurité du ~onctionnement de la centrale nucléaire de détecter le plus tôt possible une telle fuite, de façon à remplacer dans les meilleurs délais la gaine défectueuse et ne pas risquer un incident grave par rupture de cette dernière.
Pour ce faire~ on place à l'intérieur de l'enceinte de conf inement deux sondes, dont une sonde de mesure 8 et une sonde de compensation 9, pour mesurer la concentration en isotope 13 de IJazote du gaz prélevé respectivement dans l'espace 7 sous chemisage et dans le volurne libre de l'enceinte de confinement. Les sondes 8 et 9 sont reliées à
des canalisations respectives 12 et 13 présentant au moins un orifice d'aspiration 10 dans l'espace sous chemisage 7 et au moins un orifice d'aspiration 11 dans le volume libre de l'enceinte de confinement. Par soucis de clarté du dessin, on n'a représenté qu'un seul orifice 10 et un seul orifice 11. Les sondes 8 et 9 sont également reliées par des canalisations 23 et 24 à des pompes respectivement référencées 14 et 15, de sorte qu'elles sont traversées par des courants gazeux provenant des orifices d'aspiration respectifs 10 et 11, courants gazeux qui sont ensuite re jetés dans le volume libre de l'enceinte par des orifices de refoulement non représentes situés en aval des pompes 14 et 15. Bien entendu, le débit des pompes 14 et 15 est tel que le temps de transfert du gaz contenu dans I'espace sous chemisage vers les sondes est suffisamment court pour éviter toute décroissance notable de l'activité de l'isotope 13 de l'azote avant mesure. Les sondes 8 et 9 sont de préférence situées au-dessus de la cuve I
de reacteur, à environ huit mètres du sol de l'enceinte de confinement.
On remarque sur la figure 2 que les sondes 8 et 9 comprennent chacune une chambre de mesure 16 dans lesquelles circulent respectivement l'écoulement gazeux prélevé dans l'espace sous chemisage 7 et celui prélevé dans le volume libre de l'enceinte; ces chambres de mesure 16 sont isolées du rayonnement ambiant (rayons gammas et neutrons) par un 35 blindage 18. Les sondes 8 et 9 comprennent chacune un détecteur de ' ~ ' WO 94/01747 PCI/FRg3/00706~
2118712 6 ~
rayonnement gamma 17 formé d'un scintillateur sensible au rayonnement émis par l'isotope 13 de l'azote contenu dans les chambres 16, et d'un photomultiplicateur. Les détecteurs de rayonnement 17 délivrent un signal représentatif de l'énergie de rayonnement émis par l'isotope 13 de l'azote 5 contenu dans les chambres de mesure 16 à des moyens de traitement 19, 20 de ce signal pour notamment générer un signal d'alarme en cas de fuite et indiquer Je débit de cette dernière. Plus précisément, chaque photo-multiplicateur génère une série d'impulsions dont l'amplitude correspond à
l'énergie de rayonnement reçu.
- IG Sur la figure 3, on voit que le blindage 18 a la forme d'un cylindre creux, fermé à une extrémité par un fond 1 8a et à l'extrémité
opposée par un couvercle 1 8b s'emboîtant dans le cylindre, le fond 1 8a comprenant un passage central traversé par une canalisation d'amenée de gaz (canalisation 12 ou 13) et le couvercle 18b comprenant deux passages, dont un passage excentré 22 traversé par une canalisation de sortie de gaz après traversée de la chambre de mesure 16 (canalisation 23 ou 24) ainsi qu'un passage central 25 traversé par un câble coaxial de liaison électrique servant à transmettre la haute tension pour l'alimentation du photo-multiplicateur et le signal délivré par le détecteur de rayonnement 17 vers les moyens de traitement précités.
De préférence, conformément à une caractéristique avanta-geuse de l'invention, le blindage est réalisé par association d'un matériau formant écran aux rayons gamma et d'un matériau formant écran aux neutrons. Dans une réalisation préféree, ce blindage est constitue selon son épaisseur, de 7,5 cm de plomb formant écran aux rayons gamma et de 4 cm de polyéthylène boré formant écran aux neutrons. Ces épaisseurs de - blindage permettent de réduire suffisamment le bruit de fond ambiant dû
aux rayons gammas et neutrons présents dans l'enceinte sans pour autant conduire à une sonde trop lourde ou encombrante.
La chambre de mesure 16 de la sonde S (respectivement 9) est Iogée dans le creux du cylindre de blindage 18 et a la ~orme d'un récipient cylindrique dont le volume est avantageusement voisin de 9 dm3, fermé à
une extrémité par une face conique raccordée à son sommet à la canalisation d'amenée 12 (respectivement 13) et fermé à l'autre extrémite 35 par une paroi 40 étagée en son centre pour définir un renfoncement 26 : , .:
~vo ~4/~1747 PCI/FR93/~0706 formant saillie à l'intérieur de la chambre et dans lequel est placé le détecteur de rayonnement 17. Le détecteur de rayonnement 17, qui s'étend de préférence selon un axe de symétrie X pour la chambre 16 voit ainsi la guasi-totalité de la chambre de mesure. La chambre de mesure est raccordée sur une portion de sa paroi étagée 40 bordant ledit renfoncement 26 à Ja canalisation de sortie de gaz 23 (respectivement 24) reliée à la pompe 14 (respectivement 15).
Conformément à une caractéristique avantageuse de l'inven-tion, le détecteur de rayonnement 17 comporte un scintillateur à l'iodure 0 de sodium 17a de trois pouces de diamètre t7,6 cm) et deux pouces (5 cm) de profondeur, couplé à un photomultiplicateur. De préférence, le détecteur de rayonnement 17 est un détecteur à calibration automatique en énergie, comprenant de façon connue en soi des moyens de stabilisation de la réponse en énergie de rayonnement reçu du scintillateur en fonction de sa température. Il s'agit avantageusement d'un détecteur de rayonnement similaire à celui décrit dans le brevet d'invention publié sous Je numéro FR-2 608 778. On notera que, de façon avantageuse par rapport à l'é~at de la technique cité dans le préambule, les conditions de température, pression et hygrométrie régnant dans les chambres de mesure 16 des sondes 8 et 9 sont voisines de celles regnant dans l'enceinte de confinement. Le gaz prélevé dans l'espace sous chemisage 7, à une température plus élevée que celle régnant dans l'enceinte, se refroidit dans la canalisation 12 et atteint la chambre de mesure à une température proche de celJe de l'enceinte.
compatible avec le fonctionnement du scintillateur à iodure de sodium 17a.
Les moyens de traitement précités des signaux délivres par les sondes 8 et 9 sont de préférence situés à l'extérieur de l'enceinte de confinement. Il s'agit avantageusement de moyens d'amplification 19 associés à chacune des sondes 8, 9 pour constituer respectivement une chaîne de mesure et une chaîne de compensation identiques. Les moyens 3G d'amplification 19 effectuent une mise en forme du signal délivré par chacune des sondes, de préIérence sous forme d'impulsions en forme de ~ triangle dont la base a une valeur temporelle constante et dont la hauteur est proportionnelle à l'énergie laissée par les rayons gamma et les neutrons dans le détecteur de rayonnement. Les moyens d'amplif ication 19 sont reliés en sortie à des moyens de calcul 20 communs aux deux chaînes. Les WO 94~01747 PCI/FR93/00706-211~712 8 .
moyens de calcul 20, constitués par un ou plusieurs ordinateurs et leurs périphériques, reçoivent le signal délivré par chacune des chaînes et ;, mesurent les nombres d'impulsions N I et N2 associés respectivement pour ` ~ chacune des chaînes à un intervalle d'énergie caractéristique de l'isotope 13 de l'azote, centré sur la raie en énergie à 511 keV provenant de I'annihilation du bêta plus émis par l'isotope 13 de l'azote et correspondant au rayonnement reçu par les détecteurs pendant une durée élémentaire de - comptage. Les moyens de calcul 20 déterminent ensuite suivant l'algo-rithme représenté sur la figure 4, à partir des nombres Nl et N2 précités, un signal différentiel si correspondant à l'activité volumique instantanée de l'isotope 13 de l'azote contenu dans la chambre de mesure 16 de la sonde de mes`ure 8.
- Plus précisément, cette activité volumique instantanée si est calculée à partir de l'expression:
si = (N 1 - bc - fc * N2) * ct, où
bc est une constante déterminée expérimentalement, . fc est un coefficient de compensation, déterminé expéri-mentalement, dépendant de l'emplacement des sondes de mesure et de compensation, et des orifices d'aspiration 10 et 11 à l'intérieur de l'enceinte de conf inement, . ct est un coefficient déterminé expérimentalement, de conversion du nombre d'impulsions net, hors bruit de fond, figurant à l'intérieur de la parenthèse, en activité
volumique de l'isotope 13 de l'azote contenu dans la chambre de mesure de la sonde 8.
Le calcul de l'activité volumique instantanée si est réitére et un paramètre m est incrémenté à chaque itération.
Au cours de ces itérations, on calcule, ce qui correspond à
l'étape 100 de l'algorithme et à des fins qui seront precisees dans la suite, -, 30 la somme v des si, la somme w des si2, et la somme totalpn des régimes pn j de puissance du réacteur, ainsi qu'un coefficient de conversion kf - permettant d'exprimer à partir d'une activité volumique calculée, le débit de la fuite.
Lorsque le nombre d'itérations dépasse une valeur donnee, et que la somme v des si est non nulle, on passe à l'étape suivante de , r ,' :~ "
:;'''~,,~' 2~18712 WO 94/01747 PCI`/FR93/00706 I'algorithme, référencée 110, où est calculée un signal utile égal à v/m, correspondant à la valeur moyenne des activités volumiques instantanées si successives calculées précédemment.
.~3 Pendant l'étape 110, les moyens de calcuJ 20 déterminent 5 I'erreur relative i portant sur la mesure de l'activité volumique effectuée sur l'ensemble des itérations, pour un intervalle de confiance donné, à
'~ partir de la variance vs et de l'écart type correspondant si~masi de I'ensemble des valeurs d'activité volumique instantanées calculées à l'étape 100.
- 10 Ensuite, à l'étape référencée 120, les moyens de calcul 20 comparent l'erreur relative i à deux seuils donnes (I'un fixé à 5 % et l'autre, dit~ seuil erreur fixé à une valeur supérieure, par exemple 25 ~o).
Si l'erreur relative i est inférieure au premier seuil fixé à
5 %, c'est-à-dire si l'ensemble des mesures effectuées à l'étape 100 sont bien corrélées entre elles (ce qui dans la pratique correspond à une augmentation rapide de l'activité par apparition brutale d'une fuite). ou si I'erreur relative i est inférieure au seuil erreur et le nombre d'itérations suffisant (ce qui dans la pratique correspond à une augmentation lente de l'activité), les moyens de calculs passent à l'étape 1~0 qui sera décrite dans la suite.
Dans le cas où l'erreur relative i est supérieure au seuil erreur, c'est-à-dire quand les valeurs d'activités volumiques instantanées sont peu corrélées entre elles, les moyens de calcul 20 vérifient de plus (étape 130) que le nombre d'itérations m est supérieur au dernier nombre d'itérations mpre qui fut nécessaire pour satisfaire le test de l'étape 120 ~ce qui entraîne, dans l'algorithme, la mise à la valeur I d'un paramètre validalarme).
Si on a effectivement m supérieur à mpre, le paramètre validalarme est mis à I (étape 140) et le paramètre mpre est doublé (tant qu'il demeure inférieur à une valeur limite fixée à 10 000, dans l'exemple décrit) afin d'augmenter le nombre d'itérations pendant lesquelles la mesure de l'activité volumique instantanée est effectuée avant réinitialisation des paramètres m, v, w, i, totalpn, et d'éviter ainsi de boucler à tort à cause d'une valeur d'erreur relative i élevée qui résulterait d'un nombre ,.,, ....
WO 94/01747 P~/FR93/0070fi -211~7~2 lO
, d'itérations insuffisant. Ensuite, les moyens de calcul 20 e~fectuent deux j tests successifs, ré~érencés respectivement 150 et 160.
`~".J Le test 150 vise à déterminer si l'erreur i n'est pas supérieure à 100 % ou si l'activité voJumique moyenne calculée n'est pas négative, ce qui physiquement est inacceptable. Le test 160 vise à déterminer si I'activité v~lumique moyenne est significative, compte tenu de la sensibilité
des détecteurs et de la durée de la mesure, fonction du nombre total j d'itérations effectuées.
Le débit de la fuite est ensuite calculé en multipliant la ~.
valeur moyenne s de l'activité volumique par le coefficient de conversion kf preclté.
Le coefficient de conversion kf est calculé lors de l'étape IOG
à l'aide d'une procédure calculkf dont l'algorithme est représenté sur la figure 5.
Cette procédure comporte un test 170 pour ne calculer le coefficient kf qu'à des régimes de puissance du réacteur supérieurs à une valeur de consigne seuilpuissance fixée à 0,2 dans l'exemple de réalisation decrit.
Lorsque le taux de puissance est effectivement supérieur à
2G cette valeur, le coefficient de conversion kf est calculé à l'aide de la --- formule:
. . .
- kf - [paravol * (lambda + tvc)] / (0,7 * pan ~ totalpn/m) ou . paravol dési~ne la valeur du volume de l'espace sous 2 5 chemisage, . Iambda désigne la valeur de la probabilité de désintégra-tion de l'isotope 13 de l'azote, tvc designe le taux de dilution horaire, encore appelé tau~
de ventilation, dudit espace sous chemisage, . Ie coefficient 0,7 correspond au volume massique de l'eau ;¦ dans le circuit primaire du réacteur, . pan désigne la valeur de l'activité nominale de l'isotope 13 de l'azote dans le circuit primaire du réacteur, -:
. totalpn/m désigne la valeur moyenne sur l'ensemble des itérations du regime de puissance du réacteur.
, :,.
.:..-~
.~
2 ~ 7 1 2 ~IOg4/01747 PCI/~93/00706 ., Le paramètre défautpuissance permet, selon sa valeur, de signaler que le calcuJ du débit de la fuite n'est plus possible par arrêt du réacteur, donc de la production de l'isotope 13 de l'azote, ou parce que le réacteur fonctionne à un régime de puissance trop faible.
5 Si l'on revient à l'algorithme de la figure 4, on remarque que --lors de l'étape de test 120, dans le cas où I'erreur relative i est inférieure à5 %, ou inférieure au paramètre erreur et le nombre d'itérations suffisant, - les moyens de calcul 20 effectuent l'étape 180 au cours de laquelle le paramètre validaJarme est mis à 1, et le paramètre mpre est initialisé à la valeur du paramètre m, c'est-à-dire au nombre d'itérations qui a été
nécessaire pour obtenir cette valeur d'erreur relative significative d'une bonne mesure. `~
Ensuite, si, comme cela a été expliqué plus haut, la valeur de I'activité volumique moyenne est significative (c'est-à-dire supérieure à 100 dans le cas de l'exemple de réalisation décrit), le débit de la fuite est calculé par multiplication de l'activité volumique moyenne calculée lors de l'étape 110 par le coefficient de conversion kf défini précédemment.
Dans le cas contraire, les différents paramètres m, v, w, c, - total pn sont réinitialisés à l'étape référencée 190 de l'algorithme. --De préférencet les moyens de calcul 20 sont également conçus pour générer une alarme lorsque le débit de la fuite dépasse un seuil donné, ce seuil étan~ détermine de façon à avoir une probabilité d'alarme à
tort inférieure à une par an par cycle de mesure d'une heure; on obtient ainsi une grande fiabilité dans le fonctionnement du dispositif de déteclion de fuite conforme à l'invention.
On a représenté sur la figure 6, partiellement, I'algorithme mis en oeuvre pour générer l'alarme lorsque le débit de la fuite depasse un seuil de consigne donné.
Lorsque le paramètre de contrôle d'alarme précité validalarme j 30 est égal à 1, les moyens de calcul 20 determinent si la valeur du débit de la fuite calculée précédemment se situe dans un intervalle de confiance à
! 99 % (distribution gaussienne) autour dudit paramètre seuil, c'est-à-dire déterminent si l'expression:
fuite * ( I + 2,33 * siRma si) - seuil est positive, où
,.
,.,;
, ~.,.-WO 94/U1747 PCr/F R93/0070G
.~:
.'~
~, . fuite désigne le débit de la fuite, et 't . seuil désigne le seuil d'alarme, égal à une valeur de consigne donnée en cas de première alarme ou égal à 0,7 -~ fois cette valeur en cas de renouvellement d'alarme (pour constituer un hystérésis).
¦ De préférence, pour s'affranchir des erreurs de mesure liées à
des transferts et dilution de matière radioactive à l'intérieur du volume de I'enceinte de confinement, les orifices d'aspiration 10 et 11 sont situés à
proximité l'un de l'autre, de part et d'autre du chemisage 6.
De préférence également, les détecteurs de rayonnement 17 - et les moyens de traitement 1~, 20 sont concus pour effectuer également - une mesure du rayonnement émis par des radioéléments autres que l'isotope 13 de l'azote, de façon à générer une alarme en cas de fuite lorsque le réacteur est à l'arrêt ou à faible puissance et que l'azote 13 a disparu ou est en trop faible quantité.
Afin d'améliorer la sensibilité de la mesure effectuée, I'espace sous chemisage est rendu le plus étanche possible, afin de réduire le taux de dilution horaire de la fuite de matière radioactive débouchant dans I'espace sous chemisage, avantageusement à une valeur inférieure à 250. On atteint alors un seuil de détection des fuites de 0,1 I/h environ.
.- Finalement, un dispositif de détection et de mesure selon l'invention s'avère simple à mettre en oeuvre car il ne nécessite pas de traversée mécanique de l'enceinte de confinement, et grâce à l'emploi d'un scintillateur à l'iodure de sodium il n'est pas necessaire de prévoir un 25 système de conditionnement par le froid ou de compresseur comme c'est le cas pour le dispositif connu précédemment cité. L'exemple de réalisation décrit est utilisé pour la détection d'une fuite sous chemisage située au niveau de la traversée du couvercle de la cuve de réacteur par les gaines d'étanchéite des barres de controle, mais on peut, blen entendu, sans sortir 30 du cadre de l'invention, utiliser le dispositif précédemment decrit pour la i ~ détection avant rupture d'une fuite localisée sur d'autres parties de la cuve du reacteur ou sur des canalisations du circuit primaire.
Dans le cas de canalisations ne comportant pas de chemisage, j on rapportera alors sur la canalisation que l'on désire surveiller un 35 chemisage (calorifuge ou non) ménageant un espace sous chemisage dans lequel on vient placer un ou plusieurs orifices d'aspiration.
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WO 94/01747 2 ~ 1 ~ 7 1 2 PCr~FR93~00706 l3 ~.
', -, On préfèrera disposer dans ledit espace sous chemisage -~
plusieurs orifices d~aspiration pour effectuer un prélèvement homogène à
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DISPOSITIF INDICATEUR DU DEBIT D'UNE FUlTE
D'UN CIRCU~T PRIMAIRE DE REACTEUR NUCLEAIRE
La présente invention concerne le domaine des équipements pour détecter une fuile de matière radioactive dans une centrale nucJéaire et en indiquer le débit, et plus particulièrement une fuite d'un circuit primaire de réacteur à eau pressurisée (REP).
Le circuit primaire d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée sert à l'évacuation de la chaleur produite par le coeur du réacteur vers un circuit secondaire comportant des alternateurs pour produire de l'énergie électrique. Pour des raisons de sécurité, notamment pour éviter un rejet direcl d'aérosol et de gaz radioactif dans l'atmosphère en cas d'incident, le circuit primaire est placé dans une enceinte de confinement.
Il est particulièrement important pour la securi~e de détecter le plus tôt possible une fuite de matière radioactive provenant du circuit primaire, et d'évaluer quantitativement celle-ci. A cet effet, on a dé jà
proposé un dispositif de detection de fuite d'un circuit primaire de reacteur à eau pressurisée par prélèvement d'une quantité déterminée de gaz dans I'enceinte de confinement et mesure en dehors de l'enceinte de l'activité
volumique dans ce gaz de l'isotope 13 de l'azote. La détection de l'isotope 2~ 13 de l'azote, dont la formation est liée uniquement au régime de puissancedu réacteur, permet de s'affranchir de la prise en compte de l'état du combustible dans le reacteur. Qn se reportera utilement à la description de ce dispositif parue dans la revue IEEE Transactions on Nuclear Science, vol.
NS-27, N 1, Février 19~0.
25~ Ce dispositif présente néanmoins certains inconvénients, notamment parce qu'il nécessite une traversée mécanique de l'enceinte de confinement pour effectuer le prélevement gazeux, à l'aide de vannes d'isolement à fermer en cas d'incident important dans l'enceinte. Par ailleurs, ce dispositif effectue la mesure sur un volume de gaz comprimé et 211~712 2 à l'aide d'un détecteur au germanium refroidi à l'azote liquide; l'ensemble du dispositif nécessite donc un investissement important (compresseur, réfrigérant, ...) et s'avère d'un entretien coûteux. De plu5, certaines parties du circuit primaire sont isolées thermiquement par un chemisa~e en matériau caJorifuge, et le dispositif connu précité, qui effectue la mesure sur du gaz prélevé dans le volume libre de l'enceinte de confinement, est d'une part mal adapté à la détec~ion rapide d'une fuite intervenant sous chemisage, en raison notamment de l'obstacle que représente le chemisage à l'encontre de la dilution rapide de la fuite dans le volume de l'enceinte, 0 et d'autre part ne permet pas de discriminer une fuite provenant d'un endroit quelconque du circuit primaire d'une fuite sous chemisage.
La présente invention a pour objet un dispositif pour la détection et la quantification des fuites sous chemisage d'un circuit primaire, remédiant notamment aux inconvénients précités.
La présente invention propose pour cela un dispositif de détection et de mesure du débit d'une fuite de matière radioactive provenant d'un circuit primaire de réacteur nucléaire à eau pressurisée situé à l'intérieur d'une enceinte de confinement, la fuite débouchant dans un espace sous chemisage dudit circuit primaire, caractérisé en ce qu'il comprend:
. une sonde de mesure et une sonde de compensation du bruit de fond du aux rayons gamma et aux neutrons, placées dans l'enceinte de confinement, présentant chacune une chambre de mesure isolee du rayonnement ambiant par un blindage, lesdites chambres de mesure étant balayées par des couran~s gazeux provenant d'orifices d'aspiration situés respectivement dans ledit espace sous chemisage et dans le volume libre de l'enceinte de confinement, les sondes comportant en outre chacune un détecteur de rayonnement, apte à délivrer un signal représentatif du rayonnement émis par l'isotope l 3 de l'azote contenu dans chacune des chambres de mesure, et . des moyens de traitement conçus pour générer un signal utile represen-latif de l'activité volumique de l'isotope 13 de l'azote contenu dans la chambre de la sonde de mesure, à partir du signal délivré par la sonde de mesure, corrigé par le signal délivré par la sonde de compensation, et indiquer, sur la base dudit signal utile, la présence éventuelle d'une fuite et son débit.
211~712 ~0 94/01747 PCI/FR93/û0706 Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, chaque détecteur de rayonnement comprend un scintillateur à l'iodure de sodium couplé à un photomultiplicateur, délivrant des impulsions dont l'amplitude est proportionnelle à l'énergie du rayonnement reçu.
De préférence, ces détecteurs de rayonnement sont des détecteurs à calibration automatique en énergie, comprenant des moyens de stabilisation de la réponse en énergie de rayonnement reçu du scintillateur ~
en fonction de sa température. -Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les 0 moyens de traitement comportent ~
. des moyens d'amplification associés à chacune des sondes, constituant ainsi avec les sor~des une chaîne de mesure et une chaîne de compensa-tion identiques, aptes à fournir en sortie des impulsions dont l'amplitude est proportionnelle à l'énergie laissée par les rayons gamma et les neutrons dans le détecteur de rayonnement, et . des moyens de calcul communs aux deux chaînes de mesure, conçus pour effectuer sur les signaux délivrés par la chaîne de mesure et la cha;ne de compensation, une mesure des nombres d'impulsions respectifs Nl et N2 associés à un intervalle d'énergie caractéristique de l'isotope 13 de I'azote, pour calculer de façon itérative ledit signal utile, en prenant la valeur moyenne pendant une durée déterminée d'un signal différentiel si correspondant à l'activité volumique instantanée de l'isotope 13 de l'azote contenu dans la chambre de mesure, ledit signal différentiel si étant donné par la formule si = (Nl - N2 * fc - bc) * ct~ où fc, bc et ct `
sont des coefficients déterminés expérimentalement, et calculer le débit -de la fuite sur la base dudit signal utile, à l'aide d'un coefficient kf de conversion et pour un régime de puissance du réacteur supérieur à un seuil donné, ledit coefficient de conversion étant calculé à partir d'une valeur moyenne du régime de puissance du réacteur pendant ladite duree.
Avantageusement, les moyens de trailement sont également `~
conçus pour générer une alarme lorsque le débit de la fuite dépasse un seuil déterminé, à partir d'un calcul statistique effectué sur le signal utile, ledit seuil étant déterminé de façon à avoir une probabilité d'alarme à tort inférieure à une par an.
Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les deux orifices d'aspiration sont situés à proximité l'un de l'autre, de façon à
, ~
;:
WO 94/û1747 PCr/FR93/0070~-211~3712 4 réduire les erreurs de mesure liées aux phénomènes de transport et de dilution à l'intérieur de l'enceinte.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description d'un exemple de réalisation, non 5 limitatif de l'invention, qui va suivre, et à l'examen du dessin annexé sur lequel ~
- la figure I est une vue schématique partielle du dispositif selon I'invention, utilisé pour mesurer une fuite sous chemisage située sur un couvercle de cuve de réacteur nucléaire, 10 la figure 2 est une vue d'ensemble du dispositif selon l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe schématique d'une sonde de mesure conforme à l'invention, - la figure 4 montre l'algorithme général mis en oeuvre par les moyens de traitement pour délecter une fuite et en indiquer le débit le cas échéant~
5 - la figure 5 montre l'algorithme de calcul du coefficient de conversion kf, - la figure 6 montre l'algorithme de détection d'une alarme lorsque le débit de la fuite dépasse une valeur donnée et que le régime de puissance du réacteur est supérieur à un seuil donné.
On voit sur la figure I la partie supérieure d'une cuve I de 20 réacteur d'un circuit primaire de centrale nucléaire. Le circuit primaire estplacé à l'intérieur d'une enceinte de confinement, constituee généralement par un épais mur de béton. La cuve I comporte à sa partie supérieure un couvercle 2 dans lequel sont prévus des passa~es pour des barres de contrôle 3 de la puissance de réacteur. Ces barres de contrôle 3, 25 constituées d'un matériau neutrophage, permetlent par insertion au sein du réacteur, d'en diminuer la puissance, voire de stopper l'activité de celui-ci.
- Les barres de contrôle 3 sont retenues à leur partie supérieure dans des gaines d'étanchéité 4 qui s'étendent verticalement au-dessus du couvercle 2 sur une longueur suffisante pour recevoir les barres de contrôle 3 lorsque 30 celles-ci sont dans leur position relevée. Des moyens d'entraînement 5 son prévus pour déplacer les barres de contrôle 3 à l'interieur des gaines . d'étanchéité 4. Un chemisage en matériau calorifu~e, référencé 6, es~
rapporté, de préférence de la façon la plus étanche possible, sur la paroi du couvercle 2 de la cuve I du réacteur pour réduire ies pertes thermiques. Le 35 chemisage 6, encore appelé "casing", ménage au-dessus de la paroi du ' 211~,712 ~0 94/01747 PCr~FR93/00706 couvercle 2 un espace sous chemisa~e référencé 7. On a indiqué par F sur la figure 1 une fuite de matière radioactive provenant du circuit primaire du réacteur nucléaire, due dans le cas particulier de l'exempJe de réalisation décrit à la présence de fissures dans le matériau constituant les gaines 5 d'étanchéité 4.
Il est bien entendu crucial pour la sécurité du ~onctionnement de la centrale nucléaire de détecter le plus tôt possible une telle fuite, de façon à remplacer dans les meilleurs délais la gaine défectueuse et ne pas risquer un incident grave par rupture de cette dernière.
Pour ce faire~ on place à l'intérieur de l'enceinte de conf inement deux sondes, dont une sonde de mesure 8 et une sonde de compensation 9, pour mesurer la concentration en isotope 13 de IJazote du gaz prélevé respectivement dans l'espace 7 sous chemisage et dans le volurne libre de l'enceinte de confinement. Les sondes 8 et 9 sont reliées à
des canalisations respectives 12 et 13 présentant au moins un orifice d'aspiration 10 dans l'espace sous chemisage 7 et au moins un orifice d'aspiration 11 dans le volume libre de l'enceinte de confinement. Par soucis de clarté du dessin, on n'a représenté qu'un seul orifice 10 et un seul orifice 11. Les sondes 8 et 9 sont également reliées par des canalisations 23 et 24 à des pompes respectivement référencées 14 et 15, de sorte qu'elles sont traversées par des courants gazeux provenant des orifices d'aspiration respectifs 10 et 11, courants gazeux qui sont ensuite re jetés dans le volume libre de l'enceinte par des orifices de refoulement non représentes situés en aval des pompes 14 et 15. Bien entendu, le débit des pompes 14 et 15 est tel que le temps de transfert du gaz contenu dans I'espace sous chemisage vers les sondes est suffisamment court pour éviter toute décroissance notable de l'activité de l'isotope 13 de l'azote avant mesure. Les sondes 8 et 9 sont de préférence situées au-dessus de la cuve I
de reacteur, à environ huit mètres du sol de l'enceinte de confinement.
On remarque sur la figure 2 que les sondes 8 et 9 comprennent chacune une chambre de mesure 16 dans lesquelles circulent respectivement l'écoulement gazeux prélevé dans l'espace sous chemisage 7 et celui prélevé dans le volume libre de l'enceinte; ces chambres de mesure 16 sont isolées du rayonnement ambiant (rayons gammas et neutrons) par un 35 blindage 18. Les sondes 8 et 9 comprennent chacune un détecteur de ' ~ ' WO 94/01747 PCI/FRg3/00706~
2118712 6 ~
rayonnement gamma 17 formé d'un scintillateur sensible au rayonnement émis par l'isotope 13 de l'azote contenu dans les chambres 16, et d'un photomultiplicateur. Les détecteurs de rayonnement 17 délivrent un signal représentatif de l'énergie de rayonnement émis par l'isotope 13 de l'azote 5 contenu dans les chambres de mesure 16 à des moyens de traitement 19, 20 de ce signal pour notamment générer un signal d'alarme en cas de fuite et indiquer Je débit de cette dernière. Plus précisément, chaque photo-multiplicateur génère une série d'impulsions dont l'amplitude correspond à
l'énergie de rayonnement reçu.
- IG Sur la figure 3, on voit que le blindage 18 a la forme d'un cylindre creux, fermé à une extrémité par un fond 1 8a et à l'extrémité
opposée par un couvercle 1 8b s'emboîtant dans le cylindre, le fond 1 8a comprenant un passage central traversé par une canalisation d'amenée de gaz (canalisation 12 ou 13) et le couvercle 18b comprenant deux passages, dont un passage excentré 22 traversé par une canalisation de sortie de gaz après traversée de la chambre de mesure 16 (canalisation 23 ou 24) ainsi qu'un passage central 25 traversé par un câble coaxial de liaison électrique servant à transmettre la haute tension pour l'alimentation du photo-multiplicateur et le signal délivré par le détecteur de rayonnement 17 vers les moyens de traitement précités.
De préférence, conformément à une caractéristique avanta-geuse de l'invention, le blindage est réalisé par association d'un matériau formant écran aux rayons gamma et d'un matériau formant écran aux neutrons. Dans une réalisation préféree, ce blindage est constitue selon son épaisseur, de 7,5 cm de plomb formant écran aux rayons gamma et de 4 cm de polyéthylène boré formant écran aux neutrons. Ces épaisseurs de - blindage permettent de réduire suffisamment le bruit de fond ambiant dû
aux rayons gammas et neutrons présents dans l'enceinte sans pour autant conduire à une sonde trop lourde ou encombrante.
La chambre de mesure 16 de la sonde S (respectivement 9) est Iogée dans le creux du cylindre de blindage 18 et a la ~orme d'un récipient cylindrique dont le volume est avantageusement voisin de 9 dm3, fermé à
une extrémité par une face conique raccordée à son sommet à la canalisation d'amenée 12 (respectivement 13) et fermé à l'autre extrémite 35 par une paroi 40 étagée en son centre pour définir un renfoncement 26 : , .:
~vo ~4/~1747 PCI/FR93/~0706 formant saillie à l'intérieur de la chambre et dans lequel est placé le détecteur de rayonnement 17. Le détecteur de rayonnement 17, qui s'étend de préférence selon un axe de symétrie X pour la chambre 16 voit ainsi la guasi-totalité de la chambre de mesure. La chambre de mesure est raccordée sur une portion de sa paroi étagée 40 bordant ledit renfoncement 26 à Ja canalisation de sortie de gaz 23 (respectivement 24) reliée à la pompe 14 (respectivement 15).
Conformément à une caractéristique avantageuse de l'inven-tion, le détecteur de rayonnement 17 comporte un scintillateur à l'iodure 0 de sodium 17a de trois pouces de diamètre t7,6 cm) et deux pouces (5 cm) de profondeur, couplé à un photomultiplicateur. De préférence, le détecteur de rayonnement 17 est un détecteur à calibration automatique en énergie, comprenant de façon connue en soi des moyens de stabilisation de la réponse en énergie de rayonnement reçu du scintillateur en fonction de sa température. Il s'agit avantageusement d'un détecteur de rayonnement similaire à celui décrit dans le brevet d'invention publié sous Je numéro FR-2 608 778. On notera que, de façon avantageuse par rapport à l'é~at de la technique cité dans le préambule, les conditions de température, pression et hygrométrie régnant dans les chambres de mesure 16 des sondes 8 et 9 sont voisines de celles regnant dans l'enceinte de confinement. Le gaz prélevé dans l'espace sous chemisage 7, à une température plus élevée que celle régnant dans l'enceinte, se refroidit dans la canalisation 12 et atteint la chambre de mesure à une température proche de celJe de l'enceinte.
compatible avec le fonctionnement du scintillateur à iodure de sodium 17a.
Les moyens de traitement précités des signaux délivres par les sondes 8 et 9 sont de préférence situés à l'extérieur de l'enceinte de confinement. Il s'agit avantageusement de moyens d'amplification 19 associés à chacune des sondes 8, 9 pour constituer respectivement une chaîne de mesure et une chaîne de compensation identiques. Les moyens 3G d'amplification 19 effectuent une mise en forme du signal délivré par chacune des sondes, de préIérence sous forme d'impulsions en forme de ~ triangle dont la base a une valeur temporelle constante et dont la hauteur est proportionnelle à l'énergie laissée par les rayons gamma et les neutrons dans le détecteur de rayonnement. Les moyens d'amplif ication 19 sont reliés en sortie à des moyens de calcul 20 communs aux deux chaînes. Les WO 94~01747 PCI/FR93/00706-211~712 8 .
moyens de calcul 20, constitués par un ou plusieurs ordinateurs et leurs périphériques, reçoivent le signal délivré par chacune des chaînes et ;, mesurent les nombres d'impulsions N I et N2 associés respectivement pour ` ~ chacune des chaînes à un intervalle d'énergie caractéristique de l'isotope 13 de l'azote, centré sur la raie en énergie à 511 keV provenant de I'annihilation du bêta plus émis par l'isotope 13 de l'azote et correspondant au rayonnement reçu par les détecteurs pendant une durée élémentaire de - comptage. Les moyens de calcul 20 déterminent ensuite suivant l'algo-rithme représenté sur la figure 4, à partir des nombres Nl et N2 précités, un signal différentiel si correspondant à l'activité volumique instantanée de l'isotope 13 de l'azote contenu dans la chambre de mesure 16 de la sonde de mes`ure 8.
- Plus précisément, cette activité volumique instantanée si est calculée à partir de l'expression:
si = (N 1 - bc - fc * N2) * ct, où
bc est une constante déterminée expérimentalement, . fc est un coefficient de compensation, déterminé expéri-mentalement, dépendant de l'emplacement des sondes de mesure et de compensation, et des orifices d'aspiration 10 et 11 à l'intérieur de l'enceinte de conf inement, . ct est un coefficient déterminé expérimentalement, de conversion du nombre d'impulsions net, hors bruit de fond, figurant à l'intérieur de la parenthèse, en activité
volumique de l'isotope 13 de l'azote contenu dans la chambre de mesure de la sonde 8.
Le calcul de l'activité volumique instantanée si est réitére et un paramètre m est incrémenté à chaque itération.
Au cours de ces itérations, on calcule, ce qui correspond à
l'étape 100 de l'algorithme et à des fins qui seront precisees dans la suite, -, 30 la somme v des si, la somme w des si2, et la somme totalpn des régimes pn j de puissance du réacteur, ainsi qu'un coefficient de conversion kf - permettant d'exprimer à partir d'une activité volumique calculée, le débit de la fuite.
Lorsque le nombre d'itérations dépasse une valeur donnee, et que la somme v des si est non nulle, on passe à l'étape suivante de , r ,' :~ "
:;'''~,,~' 2~18712 WO 94/01747 PCI`/FR93/00706 I'algorithme, référencée 110, où est calculée un signal utile égal à v/m, correspondant à la valeur moyenne des activités volumiques instantanées si successives calculées précédemment.
.~3 Pendant l'étape 110, les moyens de calcuJ 20 déterminent 5 I'erreur relative i portant sur la mesure de l'activité volumique effectuée sur l'ensemble des itérations, pour un intervalle de confiance donné, à
'~ partir de la variance vs et de l'écart type correspondant si~masi de I'ensemble des valeurs d'activité volumique instantanées calculées à l'étape 100.
- 10 Ensuite, à l'étape référencée 120, les moyens de calcul 20 comparent l'erreur relative i à deux seuils donnes (I'un fixé à 5 % et l'autre, dit~ seuil erreur fixé à une valeur supérieure, par exemple 25 ~o).
Si l'erreur relative i est inférieure au premier seuil fixé à
5 %, c'est-à-dire si l'ensemble des mesures effectuées à l'étape 100 sont bien corrélées entre elles (ce qui dans la pratique correspond à une augmentation rapide de l'activité par apparition brutale d'une fuite). ou si I'erreur relative i est inférieure au seuil erreur et le nombre d'itérations suffisant (ce qui dans la pratique correspond à une augmentation lente de l'activité), les moyens de calculs passent à l'étape 1~0 qui sera décrite dans la suite.
Dans le cas où l'erreur relative i est supérieure au seuil erreur, c'est-à-dire quand les valeurs d'activités volumiques instantanées sont peu corrélées entre elles, les moyens de calcul 20 vérifient de plus (étape 130) que le nombre d'itérations m est supérieur au dernier nombre d'itérations mpre qui fut nécessaire pour satisfaire le test de l'étape 120 ~ce qui entraîne, dans l'algorithme, la mise à la valeur I d'un paramètre validalarme).
Si on a effectivement m supérieur à mpre, le paramètre validalarme est mis à I (étape 140) et le paramètre mpre est doublé (tant qu'il demeure inférieur à une valeur limite fixée à 10 000, dans l'exemple décrit) afin d'augmenter le nombre d'itérations pendant lesquelles la mesure de l'activité volumique instantanée est effectuée avant réinitialisation des paramètres m, v, w, i, totalpn, et d'éviter ainsi de boucler à tort à cause d'une valeur d'erreur relative i élevée qui résulterait d'un nombre ,.,, ....
WO 94/01747 P~/FR93/0070fi -211~7~2 lO
, d'itérations insuffisant. Ensuite, les moyens de calcul 20 e~fectuent deux j tests successifs, ré~érencés respectivement 150 et 160.
`~".J Le test 150 vise à déterminer si l'erreur i n'est pas supérieure à 100 % ou si l'activité voJumique moyenne calculée n'est pas négative, ce qui physiquement est inacceptable. Le test 160 vise à déterminer si I'activité v~lumique moyenne est significative, compte tenu de la sensibilité
des détecteurs et de la durée de la mesure, fonction du nombre total j d'itérations effectuées.
Le débit de la fuite est ensuite calculé en multipliant la ~.
valeur moyenne s de l'activité volumique par le coefficient de conversion kf preclté.
Le coefficient de conversion kf est calculé lors de l'étape IOG
à l'aide d'une procédure calculkf dont l'algorithme est représenté sur la figure 5.
Cette procédure comporte un test 170 pour ne calculer le coefficient kf qu'à des régimes de puissance du réacteur supérieurs à une valeur de consigne seuilpuissance fixée à 0,2 dans l'exemple de réalisation decrit.
Lorsque le taux de puissance est effectivement supérieur à
2G cette valeur, le coefficient de conversion kf est calculé à l'aide de la --- formule:
. . .
- kf - [paravol * (lambda + tvc)] / (0,7 * pan ~ totalpn/m) ou . paravol dési~ne la valeur du volume de l'espace sous 2 5 chemisage, . Iambda désigne la valeur de la probabilité de désintégra-tion de l'isotope 13 de l'azote, tvc designe le taux de dilution horaire, encore appelé tau~
de ventilation, dudit espace sous chemisage, . Ie coefficient 0,7 correspond au volume massique de l'eau ;¦ dans le circuit primaire du réacteur, . pan désigne la valeur de l'activité nominale de l'isotope 13 de l'azote dans le circuit primaire du réacteur, -:
. totalpn/m désigne la valeur moyenne sur l'ensemble des itérations du regime de puissance du réacteur.
, :,.
.:..-~
.~
2 ~ 7 1 2 ~IOg4/01747 PCI/~93/00706 ., Le paramètre défautpuissance permet, selon sa valeur, de signaler que le calcuJ du débit de la fuite n'est plus possible par arrêt du réacteur, donc de la production de l'isotope 13 de l'azote, ou parce que le réacteur fonctionne à un régime de puissance trop faible.
5 Si l'on revient à l'algorithme de la figure 4, on remarque que --lors de l'étape de test 120, dans le cas où I'erreur relative i est inférieure à5 %, ou inférieure au paramètre erreur et le nombre d'itérations suffisant, - les moyens de calcul 20 effectuent l'étape 180 au cours de laquelle le paramètre validaJarme est mis à 1, et le paramètre mpre est initialisé à la valeur du paramètre m, c'est-à-dire au nombre d'itérations qui a été
nécessaire pour obtenir cette valeur d'erreur relative significative d'une bonne mesure. `~
Ensuite, si, comme cela a été expliqué plus haut, la valeur de I'activité volumique moyenne est significative (c'est-à-dire supérieure à 100 dans le cas de l'exemple de réalisation décrit), le débit de la fuite est calculé par multiplication de l'activité volumique moyenne calculée lors de l'étape 110 par le coefficient de conversion kf défini précédemment.
Dans le cas contraire, les différents paramètres m, v, w, c, - total pn sont réinitialisés à l'étape référencée 190 de l'algorithme. --De préférencet les moyens de calcul 20 sont également conçus pour générer une alarme lorsque le débit de la fuite dépasse un seuil donné, ce seuil étan~ détermine de façon à avoir une probabilité d'alarme à
tort inférieure à une par an par cycle de mesure d'une heure; on obtient ainsi une grande fiabilité dans le fonctionnement du dispositif de déteclion de fuite conforme à l'invention.
On a représenté sur la figure 6, partiellement, I'algorithme mis en oeuvre pour générer l'alarme lorsque le débit de la fuite depasse un seuil de consigne donné.
Lorsque le paramètre de contrôle d'alarme précité validalarme j 30 est égal à 1, les moyens de calcul 20 determinent si la valeur du débit de la fuite calculée précédemment se situe dans un intervalle de confiance à
! 99 % (distribution gaussienne) autour dudit paramètre seuil, c'est-à-dire déterminent si l'expression:
fuite * ( I + 2,33 * siRma si) - seuil est positive, où
,.
,.,;
, ~.,.-WO 94/U1747 PCr/F R93/0070G
.~:
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~, . fuite désigne le débit de la fuite, et 't . seuil désigne le seuil d'alarme, égal à une valeur de consigne donnée en cas de première alarme ou égal à 0,7 -~ fois cette valeur en cas de renouvellement d'alarme (pour constituer un hystérésis).
¦ De préférence, pour s'affranchir des erreurs de mesure liées à
des transferts et dilution de matière radioactive à l'intérieur du volume de I'enceinte de confinement, les orifices d'aspiration 10 et 11 sont situés à
proximité l'un de l'autre, de part et d'autre du chemisage 6.
De préférence également, les détecteurs de rayonnement 17 - et les moyens de traitement 1~, 20 sont concus pour effectuer également - une mesure du rayonnement émis par des radioéléments autres que l'isotope 13 de l'azote, de façon à générer une alarme en cas de fuite lorsque le réacteur est à l'arrêt ou à faible puissance et que l'azote 13 a disparu ou est en trop faible quantité.
Afin d'améliorer la sensibilité de la mesure effectuée, I'espace sous chemisage est rendu le plus étanche possible, afin de réduire le taux de dilution horaire de la fuite de matière radioactive débouchant dans I'espace sous chemisage, avantageusement à une valeur inférieure à 250. On atteint alors un seuil de détection des fuites de 0,1 I/h environ.
.- Finalement, un dispositif de détection et de mesure selon l'invention s'avère simple à mettre en oeuvre car il ne nécessite pas de traversée mécanique de l'enceinte de confinement, et grâce à l'emploi d'un scintillateur à l'iodure de sodium il n'est pas necessaire de prévoir un 25 système de conditionnement par le froid ou de compresseur comme c'est le cas pour le dispositif connu précédemment cité. L'exemple de réalisation décrit est utilisé pour la détection d'une fuite sous chemisage située au niveau de la traversée du couvercle de la cuve de réacteur par les gaines d'étanchéite des barres de controle, mais on peut, blen entendu, sans sortir 30 du cadre de l'invention, utiliser le dispositif précédemment decrit pour la i ~ détection avant rupture d'une fuite localisée sur d'autres parties de la cuve du reacteur ou sur des canalisations du circuit primaire.
Dans le cas de canalisations ne comportant pas de chemisage, j on rapportera alors sur la canalisation que l'on désire surveiller un 35 chemisage (calorifuge ou non) ménageant un espace sous chemisage dans lequel on vient placer un ou plusieurs orifices d'aspiration.
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Claims (13)
1/ Dispositif de détection et de mesure du débit d'une fuite (F) de matière radioactive provenant d'un circuit primaire de réacteur nucléaire à eau pressurisée situé à l'intérieur d'une enceinte de confine-ment, la fuite débouchant dans un espace (7) sous chemisage dudit circuit primaire, caractérisé en ce qu'il comprend:
. une sonde de mesure (8) et une sonde de compensation du bruit de fond dû aux rayons gamma et aux neutrons (9), placées dans l'enceinte de confinement, présentant chacune une chambre de mesure isolée du rayonnement ambiant par un blindage (18), lesdites chambres de mesure (16) étant balayées par des courants gazeux provenant d'orifices d'aspiration (10, 11) situés respectivement dans ledit espace (7) sous chemisage et dans le volume libre de l'enceinte de confinement, les sondes (8, 9) comportant en outre chacune un détecteur de rayonnement (17), apte à délivrer un signal représentatif du rayonnement émis par l'isotope 13 de l'azote contenu dans chacune des chambres de mesure (16), et . des moyens de traitement (19, 20) conçus pour générer un signal utile représentatif de l'activité volumique de l'isotope 13 de l'azote contenu dans la chambre de la sonde de mesure, à partir du signal délivré par la sonde de mesure, corrigé par le signal délivré par la sonde de compensation, et indiquer, sur la base dudit signal utile, la présence éventuelle d'une fuite et son débit.
. une sonde de mesure (8) et une sonde de compensation du bruit de fond dû aux rayons gamma et aux neutrons (9), placées dans l'enceinte de confinement, présentant chacune une chambre de mesure isolée du rayonnement ambiant par un blindage (18), lesdites chambres de mesure (16) étant balayées par des courants gazeux provenant d'orifices d'aspiration (10, 11) situés respectivement dans ledit espace (7) sous chemisage et dans le volume libre de l'enceinte de confinement, les sondes (8, 9) comportant en outre chacune un détecteur de rayonnement (17), apte à délivrer un signal représentatif du rayonnement émis par l'isotope 13 de l'azote contenu dans chacune des chambres de mesure (16), et . des moyens de traitement (19, 20) conçus pour générer un signal utile représentatif de l'activité volumique de l'isotope 13 de l'azote contenu dans la chambre de la sonde de mesure, à partir du signal délivré par la sonde de mesure, corrigé par le signal délivré par la sonde de compensation, et indiquer, sur la base dudit signal utile, la présence éventuelle d'une fuite et son débit.
2/ Dispositif selon la revendication 1. caractérisé en ce que chaque détecteur de rayonnement (17) comprend un scintillateur (17a) à
l'iodure de sodium couplé à un photomultiplicateur, délivrant des impulsions dont l'amplitude est proportionnelle à l'énergie du rayonnement reçu.
l'iodure de sodium couplé à un photomultiplicateur, délivrant des impulsions dont l'amplitude est proportionnelle à l'énergie du rayonnement reçu.
3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérise en ce que les détecteurs de rayonnement (17) sont des détecteurs à calibration - automatique en énergie, comprenant des moyens de stabilisation de la réponse en énergie de rayonnement reçu du scintillateur en fonction de sa température.
4/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé
en ce que les conditions de température, pression et hygrométrie règnant dans chacune des chambres de mesure (16) sont voisines de celles règnant dans l'enceinte de confinement.
en ce que les conditions de température, pression et hygrométrie règnant dans chacune des chambres de mesure (16) sont voisines de celles règnant dans l'enceinte de confinement.
5/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé
en ce que ledit blindage comporte un matériau formant écran aux rayons gamma et un matériau formant écran aux neutrons.
en ce que ledit blindage comporte un matériau formant écran aux rayons gamma et un matériau formant écran aux neutrons.
6/ Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit blindage est constitué, selon son épaisseur, de 7,5 cm de plomb et de 4 cm de polyéthylène boré.
7/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé
en ce que les moyens de traitement comportent:
. des moyens d'amplification (19) associés à chacune des sondes (8, 9) constituant ainsi avec les sondes une chaîne de mesure et une chaîne de compensation identiques, aptes à fournir en sortie des impulsions dont l'amplitude est proportionnelle à l'énergie laissée par les rayons gamma et les neutrons dans le détecteur de rayonnement, et . des moyens de calcul (20) communs aux deux chaînes de mesure, conçus pour effectuer sur les signaux délivrés par la chaîne de mesure et la chaîne de compensation, une mesure des nombres d'impulsions respectifs N1 et N2 associés à un intervalle d'énergie caractéristique de l'isotope 13 de l'azote, pour calculer de façon itérative ledit signal utile, en prenant la valeur moyenne pendant une durée déterminée d'un signal différentiel si correspondant à l'activité volumique instantanée de l'isotope 13 de l'azote contenu dans la chambre de mesure, ledit signal différentiel si étant donné par la formule si = (N1 - N2 * fc - bc) * ct, où fc, bc et ct sont des coefficients déterminés expérimentalement. et calculer, pour un régime de puissance du réacteur supérieur à un seuil donne, le débit de la fuite sur la base dudit signal utile, à l'aide d'un coefficient kf de conversion, ledit coefficient de conversion étant calculé à partir d'une valeur moyenne du régime de puissance du réacteur pendant ladite durée.
en ce que les moyens de traitement comportent:
. des moyens d'amplification (19) associés à chacune des sondes (8, 9) constituant ainsi avec les sondes une chaîne de mesure et une chaîne de compensation identiques, aptes à fournir en sortie des impulsions dont l'amplitude est proportionnelle à l'énergie laissée par les rayons gamma et les neutrons dans le détecteur de rayonnement, et . des moyens de calcul (20) communs aux deux chaînes de mesure, conçus pour effectuer sur les signaux délivrés par la chaîne de mesure et la chaîne de compensation, une mesure des nombres d'impulsions respectifs N1 et N2 associés à un intervalle d'énergie caractéristique de l'isotope 13 de l'azote, pour calculer de façon itérative ledit signal utile, en prenant la valeur moyenne pendant une durée déterminée d'un signal différentiel si correspondant à l'activité volumique instantanée de l'isotope 13 de l'azote contenu dans la chambre de mesure, ledit signal différentiel si étant donné par la formule si = (N1 - N2 * fc - bc) * ct, où fc, bc et ct sont des coefficients déterminés expérimentalement. et calculer, pour un régime de puissance du réacteur supérieur à un seuil donne, le débit de la fuite sur la base dudit signal utile, à l'aide d'un coefficient kf de conversion, ledit coefficient de conversion étant calculé à partir d'une valeur moyenne du régime de puissance du réacteur pendant ladite durée.
8/ Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de traitement sont également conçus pour générer une alarme lorsque le débit de la fuite dépasse un seuil détermine, à partir d'un calcul statistique effectué sur le signal utile, ledit seuil étant déterminé de façon à avoir une probabilité d'alarme à tort inférieure à une par an.
9/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé
en ce que les deux orifices d'aspiration sont situés à proximité l'un de l'autre, de façon à réduire les erreurs de mesure liées aux phénomènes de transport et de dilution à l'intérieur de l`enceinte.
en ce que les deux orifices d'aspiration sont situés à proximité l'un de l'autre, de façon à réduire les erreurs de mesure liées aux phénomènes de transport et de dilution à l'intérieur de l`enceinte.
10/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé
en ce que chaque chambre de mesure a la forme d'un récipient cylindrique, fermé à une extrémité par une face conique raccordée à son sommet à une canalisation d'amenée (12, 13) de gaz et fermé à l'autre extrémité par une paroi étagée (40) en son centre pour définir un renfoncement (26) formant saillie à l'intérieur de la chambre et dans lequel est placé le détecteur de rayonnement (17), la chambre de mesure étant raccordée sur une portion de sa paroi étagée (40) bordant ledit renfoncement (26) à une canalisation de sortie de gaz (23, 24).
en ce que chaque chambre de mesure a la forme d'un récipient cylindrique, fermé à une extrémité par une face conique raccordée à son sommet à une canalisation d'amenée (12, 13) de gaz et fermé à l'autre extrémité par une paroi étagée (40) en son centre pour définir un renfoncement (26) formant saillie à l'intérieur de la chambre et dans lequel est placé le détecteur de rayonnement (17), la chambre de mesure étant raccordée sur une portion de sa paroi étagée (40) bordant ledit renfoncement (26) à une canalisation de sortie de gaz (23, 24).
11/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé
en ce qu'il est utilisé pour détecter et mesurer le débit d'une fuite (F) localisée au niveau de la traversée d'un couvercle (2) de cuve (1) de réacteur par des gaines d'étanchéité (4) logeant des barres de contrôle (3) du réacteur.
en ce qu'il est utilisé pour détecter et mesurer le débit d'une fuite (F) localisée au niveau de la traversée d'un couvercle (2) de cuve (1) de réacteur par des gaines d'étanchéité (4) logeant des barres de contrôle (3) du réacteur.
12/ Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit espace sous chemisage présente un taux de dilution horaire inférieur à 250.
13/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé
en ce qu'il comporte plusieurs orifices d'aspiration répartis à l'intérieur dudit espace sous chemisage (7), de façon à effectuer un prélèvement de gaz homogène.
en ce qu'il comporte plusieurs orifices d'aspiration répartis à l'intérieur dudit espace sous chemisage (7), de façon à effectuer un prélèvement de gaz homogène.
Applications Claiming Priority (2)
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| FR92/08596 | 1992-07-10 | ||
| FR9208596A FR2693551B1 (fr) | 1992-07-10 | 1992-07-10 | Dispositif indicateur du débit d'une fuite d'un circuit primaire de réacteur nucléaire. |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FZDE | Dead |