EP2076906A2 - Procédé et dispositif de détection d'anomalies structurelles dans une particule sphérique, notamment dans une particule de combustible nucléaire pour réacteurs a haute température ou très haute température - Google Patents

Procédé et dispositif de détection d'anomalies structurelles dans une particule sphérique, notamment dans une particule de combustible nucléaire pour réacteurs a haute température ou très haute température

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Publication number
EP2076906A2
EP2076906A2 EP07858426A EP07858426A EP2076906A2 EP 2076906 A2 EP2076906 A2 EP 2076906A2 EP 07858426 A EP07858426 A EP 07858426A EP 07858426 A EP07858426 A EP 07858426A EP 2076906 A2 EP2076906 A2 EP 2076906A2
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EP
European Patent Office
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particle
coils
induction
induction coil
coil
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07858426A
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German (de)
English (en)
Inventor
Sébastien HERMOSILLA-LARA
Lenaig Gravot
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Areva NP SAS
Original Assignee
Areva NP SAS
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/90—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
    • G01N27/9013—Arrangements for scanning
    • G01N27/9026—Arrangements for scanning by moving the material
    • G—PHYSICS
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    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/90—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
    • G01N27/904—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents with two or more sensors
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C17/00—Monitoring; Testing ; Maintaining
    • G21C17/06—Devices or arrangements for monitoring or testing fuel or fuel elements outside the reactor core, e.g. for burn-up, for contamination
    • G21C17/066—Control of spherical elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the invention generally relates to methods for detecting structural anomalies in a spherical particle, particularly in a nuclear fuel particle for high temperature or very high temperature reactors.
  • the invention relates, in a first aspect, to a method for detecting at least one structural anomaly in a spherical particle, of the type comprising at least the following steps of:
  • This method has the defect that the output signal collected at the terminals of the induction coil is sensitive not only to the presence and orientation of the structural anomaly in the particle, but also to many other physical parameters of the particle, for example its size, the material constituting the particle, etc. This method therefore does not discriminate with a high degree of reliability between healthy particles and particles with structural anomalies.
  • the invention aims to provide a method that is more reliable.
  • the invention relates to a method of detection of the aforementioned type, characterized in that several output signals are collected by passing the particle successively in one or more induction coils with po- The at least one induction coil is energized at least at each passage of the particle to induce eddy currents in the particle.
  • the method may also include one or more of the following features, considered individually or in any technically feasible combination:
  • the analysis step is carried out as a function of a quantity representative of the dispersion relative to one another of values of a parameter determined from the output signals;
  • the parameter is the impedance module of the induction coil excited when the particle is inside said induction coil;
  • the magnitude representative of the dispersion is equal to the difference between the largest and the smallest of the determined impedance module values
  • the analysis step is performed by comparing the representative magnitude of the dispersion with a predetermined threshold
  • the or each induction coil is excited by an electric current of frequency between 30 and 50 MHz and preferably by an electric current of frequency corresponding to the resonance frequency of said coil;
  • the particle is rotated as it passes successively through the induction coil or coils;
  • the particle passes successively through at least four different induction coils
  • the particle is a particle of nuclear fuel.
  • the invention relates to a device for implementing the above method, the device comprising:
  • the device may optionally include the following features: - the induction coils are arranged vertically one above the other;
  • the device comprises means for causing the particle to fall by gravity through the superimposed induction coils;
  • the means for causing the particle to fall by gravity through the superimposed induction coils comprises an inclined ramp capable of rolling the particle substantially as far as the plumbs of the coils.
  • FIG. 1 is a diagrammatic equatorial section illustrating the structure of a nuclear fuel particle for a high temperature reactor
  • FIG. 2 is a schematic view illustrating an installation for implementing a detection method according to the invention.
  • Figure 1 schematically illustrates a nuclear fuel particle 1 for high or very high temperature reactor (HTR / VHTR).
  • this particle 1 is of generally spherical general shape and comprises successively from the inside to the outside:
  • nucleus of fissile material 3 for example based on UO 2 or UCO,
  • the porous pyrocarbon serves as a reservoir for the fission gases
  • the silicon carbide serves as a barrier against the diffusion of the solid fission products
  • the dense pyrocarbon ensures the mechanical resistance to the pressure of the fission gases.
  • the core 3 has for example a diameter of about 500 microns diameter and the layers 5, 7, 9 and 11 respective thicknesses of, for example, 95, 40, 35 and 40 microns.
  • the layers in particular the pyrocarbon layers 5, 7, 11, are deposited for example by a chemical vapor deposition process (Chemical Vapor Deposition) carried out in a fluidized bed furnace.
  • a chemical vapor deposition process (Chemical Vapor Deposition) carried out in a fluidized bed furnace.
  • the device illustrated in FIG. 2 makes it possible to detect any structural anomalies in one of the layers 5, 7, 9, 11 of the fuel particle of FIG. 1, or between the layers of the particle.
  • the structural anomalies that can thus be detected are, among others, the following:
  • the detection device 13 comprises:
  • means 17 for passing a particle to be tested successively in the induction coils 15;
  • means 19 for exciting the induction coils 15 in order to induce eddy currents in the particle to be tested;
  • means 21 for collecting an output signal at the terminals of each induction coil 15;
  • the induction coils 15 are circular coils, identical to each other. They are arranged parallel to each other coaxially.
  • the induction coils 15 are arranged vertically one above the other.
  • the vertical spacing between two coils is preferably between 8 and 40 mm, depending on the working frequency, the value of the injected current and so that the coils are decoupled from each other.
  • the vertical spacing between the coils is even lower than the working frequency is high.
  • Each coil 15 has a number of turns between 5 and 35, preferably between 8 and 20. For example, each coil has 11 turns.
  • Each coil 15 has an inside diameter of between 0.6 mm and 2 mm, preferably between 1 mm and 1.5 mm, depending on the diameter of the particle to be inspected.
  • the inside diameter of each coil is 1, 2 mm.
  • each coil 15 generally comprises a cylindrical hollow tube Pyrex glass type, and a copper wire wound on the outer surface of the glass tube.
  • the particles to be tested pass inside the glass tube, the internal diameter of the tube being chosen for example equal to the maximum diameter of the particles to be tested plus 0.2 mm. This leaves a clearance of about 0.1 mm between the particle that passes through the glass tube and the inner surface of this tube.
  • Each coil 15 is made with a copper wire of circular section, having a diameter of between 20 microns and 200 microns, preferably between 50 microns and 125 microns.
  • the diameter of the wire is, for example, 100 microns.
  • the means 17 for passing the particle through the coils comprise, for example, an inclined ramp 25 and a magazine 27 for storing the particles to be tested.
  • the charger 27 comprises for example a cylindrical chute 29 of vertical axis, and means 31 for selectively closing off or disengaging a lower end of the chute 29.
  • the particles to be tested 33 are stacked vertically in the chute 29.
  • the chute 29 is located in line with an upper end 35 of the inclined ramp 25.
  • the inclined ramp 25 has a lower end 37 disposed above the coils 15, substantially in line with them.
  • the inclined ramp 25 has, between its ends 35 and 37, a length L of a few tens of centimeters.
  • the ramp 25 forms, relative to the horizontal, an angle ⁇ between 20 ° and 45 °.
  • the means 19 for exciting the induction coils comprise an alternating current source 39 and electrical conductors 41 connecting the current source 39 to the terminals of each of the coils 15.
  • the current source 39 comprises means for adjusting the frequency of the current excitation frequency sent to each of the coils 15.
  • the frequency of the excitation current is between 30 MHz and 50 MHz, preferably between 30 MHz and 35 MHz.
  • the frequency of the excitation current is 32 MHz, and is equal to the resonant frequency of the coils.
  • the excitation current is identical for each of the coils 15.
  • the excitation current may be different for each of the coils 15, in particular its frequency.
  • the means 21 for collecting an output signal at the terminals of each coil 15 comprise a multichannel impedance meter 43 and electrical conductors 45 connecting the terminals of each coil 15 to one of the channels of the impedance meter 43.
  • the output signal collected at The terminals of each of the induction coils 15 is an electric current, from which the impedance meter 43 determines the impedance module of the excited induction coil, at the moment when the particle is inside said coil. 'induction.
  • the analysis means 23 comprise computer computing means connected to the impedance meter 43.
  • the values of the impedance module of each induction coil 15 determined by the impedance meter 43 are transmitted by the latter to the computer means 23.
  • the computer means 23 also control the current source 39 and the means 31 making it possible to close off or disengage the trough 29.
  • the method for detecting structural anomalies in a fuel particle using the method described below will now be described in detail. of the device of FIG.
  • the computer means 23 first control the means 31 to disengage the lower end of the chute 29, so as to drop a particle 33 on the inclined ramp 25. Once the particle 33 passed, the means 31 close again the Chute 29. The particle 33 falls on the upper end 35 of the inclined ramp and rolls along the inclined ramp 25 to its lower end 37. It then falls, under the effect of gravity, through the various coils 15 superimposed.
  • the lower end 37 of the inclined ramp is positioned so that the particle 33 falls substantially vertically along the axis of the different coils 15.
  • the particle 33 is rotated on itself as it passes successively through the induction coils 15, because it has rolled on the inclined ramp 25.
  • the vertical translation speed and the rotational speed of the particle 33 are a function of the length L of the inclined ramp 25 and its inclination angle ⁇ . These parameters are adjusted according to the vertical spacing between the coils 15, and depending on the size of the particle to be tested.
  • the computer means 23 controls the current generator 39 to pass an excitation current through the coils 15.
  • the frequency of the excitation current is chosen to correspond substantially to the resonant frequency of the coils.
  • the current generator 39 feeds the induction coils 15 preferably continuously, during the control campaign of an entire batch of particles 33.
  • the induced magnetic field changes the impedance of the excited induction coil to the passage of the particle.
  • the impedance meter 43 continuously polls the impedance across the different coils 15, and determines the impedance of each of the induction coils 15 when the particle is inside said induction coil. The instant of passage of the particle is easily identifiable because it corresponds to a sudden variation in the impedance of the induction coil 15.
  • the impedance meter 43 transmits the module of the determined impedance to the computer means 23.
  • the computer means 23 receive the five impedance modules of the induction coils 15 excited when the particle is inside these coils.
  • the means 23 calculate a magnitude representative of the dispersion of the impedance modules determined with respect to each other.
  • the magnitude representative of the dispersion of the impedance modules relative to each other is equal to the difference between the largest of the determined impedance modules and the smallest of the determined impedance modules.
  • the means 23 then compare the magnitude representative of the calculated dispersion with a predetermined threshold. If the representative magnitude is greater than said predetermined threshold, the particle is considered to have a structural anomaly. If the representative magnitude is below the predetermined threshold, the particle is considered healthy, that is to say free of structural anomaly.
  • the impedance modules of the different induction coils will be very different from each other, because the particle rotates through the different coils and does not occupy the same relative position with respect to each one as it passes through it.
  • the structural anomaly does not occupy the same position at the time of its passage in the different coils 15, and, therefore, the determined impedance modules will have a high dispersion in this case.
  • the particle has no structural anomaly, the rotation of the particle on itself will not significantly change the impedance modules of the different coils 15. The dispersion of the impedance modules will be low. .
  • the method described above has many advantages. Collecting several output signals for different positions of the particle makes it possible to very reliably discriminate between the healthy particles and the particles having a structural anomaly.
  • Reliability is further enhanced by the fact that the analysis step, in which the determination of whether or not the particle has a structural anomaly, is made on the basis of a magnitude representative of the dispersion, some by other values of a parameter determined from the output signals.
  • the criterion chosen to determine whether the particle is healthy or not is particularly simple, since the calculated dispersion is compared to a simple predetermined threshold.
  • the method makes it possible to test the particles with a particularly high rate, since the physical phenomena of electromagnetic diffusion are extremely fast, and that, on the other hand, the processing of the collected output signals requires a small volume of calculations.
  • means such as an inclined ramp to rotate the particle to be tested makes it possible to be sure to obtain a strong dispersion in the output signals when the particle has a structural anomaly.
  • the particle can pass in more or less than five induction coils. It can for example pass in only four induction coils or, conversely, pass in a high number of coils, for example twenty or thirty induction coils arranged one above the other.
  • the current source 39 may not be distinct from the impedance meter, but, on the contrary, be integrated with this impedance meter.
  • the coil is enclosed in an oscillating tube. It is arranged in the center of the tube, and the particle to be tested is disposed inside this tube. When the tube tilts on one side, so that a first end of the tube is lower and a second end of the tube is higher, the ball rolls on the bottom of the tube until the first end and crosses the coil.
  • the means for moving the particle to have output signals for different relative positions of the particle may not be an inclined ramp but include any other means for rotating the particle.
  • the means 27 for dropping the particles to be tested on the inclined ramp 25 may be different from those previously described.
  • the chute 29 may for example be horizontal and not vertical. Any other mechanical means for depositing one by one the particles to be tested on the ramp 25 may be used.
  • the detection device may comprise an angled guide piece or a baffle, able to orient the particles 33 leaving the lower end 37 of the inclined ramp in a vertical path along the axis of the coils 15.
  • a plurality of impedance meters each dedicated to an induction coil can be used, and the impedance measured across the coil can be communicated to the computer means.
  • the method and apparatus are adapted to control particles of all types of high temperature reactor, for example of the types known as HTR (High Temperature Reactor), HTTR (High Temperature Engine), Ring Test Reactor), VHTR (Very High Temperature Reactor), THTR (Thorium High Temperature Reactor), GT-MHR (Gas Turbine Modular Helium Reactor), MHTGR (Modular High Temperature Gas Reactor), HTGR (High Temperature Gas Cooled Reactor) and PBMR (Pebble Bed Modular Reactor). They are also suitable for controlling all types of spherical particles comprising a layer of electrically conductive material.

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Abstract

Le procédé de détection d'au moins une anomalie structurelle dans une particule sphérique (33) comprend au moins les étapes suivantes : - passage de la particule (33) dans au moins une bobine d'induction (15); - excitation de la bobine d'induction (15) en vue d'induire des courants de Foucault dans la particule (33); - recueil d'un signal de sortie aux bornes de la bobine d'induction (15); et - analyse du signal pour déterminer si la particule (33) comporte ou non une anomalie structurelle; On recueille plusieurs signaux de sortie en faisant passer la particule (33) successivement dans une ou plusieurs bobines d'induction (15) avec des positions différentes de la particule (33), la ou chaque bobine d'induction (15) étant excitée au moins à chaque passage de la particule (33) en vue d'induire des courants de Foucault dans la particule (33).

Description

Procédé et dispositif de détection d'anomalies structurelles dans une particule sphérique, notamment dans une particule de combustible nucléaire pour réacteurs à haute température ou très haute température
L'invention concerne en général les procédés de détection d'anomalies structurelles dans une particule sphérique, notamment dans une particule de combustible nucléaire pour réacteurs à haute température ou très haute température.
Plus précisément, l'invention concerne, selon un premier aspect, un procédé de détection d'au moins une anomalie structurelle dans une particule sphéri- que, du type comprenant au moins les étapes suivantes de :
- passage de la particule dans au moins une bobine d'induction ;
- excitation de la bobine d'induction en vue d'induire des courants de Foucault dans la particule ;
- recueil d'un signal de sortie aux bornes de la bobine d'induction ; et - analyse du signal pour déterminer si la particule comporte ou non une anomalie structurelle.
Un article du "Non destructive testing handbook", seconde édition, volume 4, pages 195 à 197, ASNT, 1986 décrit de manière théorique un procédé de détection d'une fissure dans une particule sphérique à l'aide d'une bobine d'induction circulaire. L'article développe les aspects théoriques d'un tel procédé de détection par courants de Foucault, et précise les performances attendues. Il indique que le signal de sortie est fonction de la position de la fissure relativement à la bobine.
Ce procédé présente le défaut que le signal de sortie recueilli aux bornes de la bobine d'induction est sensible non seulement à la présence et à l'orientation de l'anomalie structurelle dans la particule, mais aussi à de nombreux autres paramètres physiques de la particule, par exemple sa taille, le ou les matériaux constituant la particule, etc.. Ce procédé ne permet donc pas de discriminer avec un haut degré de fiabilité entre les particules saines et les particules comportant des anomalies structurelles. Dans ce contexte, l'invention vise à proposer un procédé qui soit plus fiable.
A cette fin, l'invention porte sur un procédé de détection du type précité, caractérisé en ce qu'on recueille plusieurs signaux de sortie en faisant passer la particule successivement dans une ou plusieurs bobines d'induction avec des po- sitions différentes de la particule, la ou chaque bobine d'induction étant excitée au moins à chaque passage de la particule en vue d'induire des courants de Foucault dans la particule.
Le procédé peut également comporter une ou plusieurs des caractéristi- ques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- l'étape d'analyse est réalisée en fonction d'une grandeur représentative de la dispersion les uns par rapport aux autres de valeurs d'un paramètre déterminées à partir des signaux de sortie ; - le paramètre est le module d'impédance de la bobine d'induction excitée quand la particule est à l'intérieur de ladite bobine d'induction ;
- la grandeur représentative de la dispersion est égale à la différence entre la plus grande et la plus petite des valeurs de modules d'impédance déterminées ;
- l'étape d'analyse est réalisée en comparant la grandeur représentative de la dispersion à un seuil prédéterminé ;
- la ou chaque bobine d'induction est excitée par un courant électrique de fréquence comprise entre 30 et 50 MHz et de préférence par un courant électrique de fréquence correspondant à la fréquence de résonance de ladite bobine ;
- la particule est animée d'un mouvement de rotation pendant qu'elle passe successivement à travers la ou les bobines d'induction ;
- la particule passe successivement à travers au moins quatre bobines d'induction différentes ; et
- la particule est une particule de combustible nucléaire.
Selon un second aspect, l'invention porte sur un dispositif de mise en œu- vre du procédé ci-dessus, le dispositif comprenant :
- une pluralité de bobines d'induction ;
- des moyens pour faire passer la particule successivement dans les bobines d'induction avec des positions différentes de la particule ;
- des moyens pour exciter les bobines d'induction en vue d'induire des cou- rants de Foucault dans la particule ;
- des moyens pour recueillir un signal de sortie aux bornes de chaque bobine d'induction ; - des moyens pour analyser les signaux de sortie et déterminer si la particule comporte ou non une anomalie structurelle.
Le dispositif peut comporter de manière facultative les caractéristiques suivantes : - les bobines d'induction sont disposées verticalement les unes au dessus des autres ;
- le dispositif comprend des moyens pour faire tomber la particule par gravité à travers les bobines d'induction superposées ; et
- les moyens pour faire tomber la particule par gravité à travers les bobines d'induction superposées comprennent une rampe inclinée apte à faire rouler la particule sensiblement jusqu'à l'aplomb des bobines.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 est une coupe équatoriale schématique illustrant la structure d'une particule de combustible nucléaire pour réacteur à haute température ; et
- la figure 2 est une vue schématique illustrant une installation de mise en œuvre d'un procédé de détection conforme à l'invention.
La figure 1 illustre schématiquement une particule 1 de combustible nu- cléaire pour réacteur à haute ou très haute température (HTR/VHTR).
De manière classique, cette particule 1 est de forme générale sensiblement sphérique et comprend successivement de l'intérieur vers l'exté-rieur :
- un noyau de matière fissile 3, par exemple à base d'U02 ou d'UCO,
- une couche 5 de pyrocarbone poreux, - une première couche 7 de pyrocarbone dense,
- une couche 9 de carbure de silicium, et
- une deuxième couche 11 de pyrocarbone dense.
Lors de l'utilisation d'une telle particule, le pyrocarbone poreux sert de réservoir pour les gaz de fission, le carbure de silicium sert de barrière contre la dif- fusion des produits de fission solide, et le pyrocarbone dense assure la tenue mécanique à la pression des gaz de fission. Le noyau 3 a par exemple un diamètre un diamètre d'environ 500 μm et les couches 5, 7, 9 et 11 des épaisseurs respectives de, par exemple, 95, 40, 35 et 40 μm.
On observera que les dimensions relatives du noyau 3 et des couches 5, 7, 9 et 11 n'ont pas été respectées sur la figure 1.
Les couches, notamment les couches de pyrocarbone 5, 7, 11 , sont déposées par exemple par un procédé de dépôt chimique en phase vapeur (Chemical Vapor Déposition) mis en oeuvre dans un four à lit fluidisé.
Le dispositif illustré sur la figure 2 permet de détecter d'éventuelles anoma- lies structurelles dans l'une des couches 5, 7, 9, 11 de la particule de combustible de la figure 1 , ou entre les couches de la particule.
Les anomalies structurelles qu'il est ainsi possible de détecter sont, entre autres, les suivantes :
- les décohésions entre couches, c'est-à-dire les zones où deux couches superposées ne sont pas en contact l'une avec l'autre mais, au contraire, où un vide subsiste entre les deux couches ;
- les fissures ou les cavités se trouvant à l'intérieur d'une même couche ;
- les zones à l'intérieur d'une couche où celle-ci présente une porosité anormale ; - les zones où une couche présente un défaut de sphéricité.
Le dispositif de détection 13 comprend :
- cinq bobines circulaires 15 d'induction et de mesure ;
- des moyens 17 pour faire passer une particule à tester successivement dans les bobines d'induction 15 ; - des moyens 19 pour exciter les bobines d'induction 15 en vue d'induire des courants de Foucault dans la particule à tester ;
- des moyens 21 pour recueillir un signal de sortie aux bornes de chaque bobine d'induction 15 ;
- des moyens d'analyse 23 pour déterminer si la particule comporte ou non une anomalie structurelle en fonction d'une grandeur représentative de la dispersion les uns par rapport aux autres de valeurs d'un paramètre déterminées à partir des signaux de sortie. Dans l'exemple représenté, les bobines d'induction 15 sont des bobines circulaires, identiques les unes aux autres. Elles sont disposées parallèlement les uns aux autres de manière coaxiale.
Les bobines d'induction 15 sont disposées verticalement les unes au- dessus des autres. L'espacement vertical entre deux bobines est de préférence compris entre 8 et 40 mm, selon la fréquence de travail, la valeur du courant injecté et de manière à ce que les bobines soient découplées les unes des autres. L'espacement vertical entre les bobines est d'autant plus faible que la fréquence de travail est élevée. Chaque bobine 15 comporte un nombre de spires compris entre 5 et 35, de préférence compris entre 8 et 20. Par exemple, chaque bobine comporte 11 spires.
Chaque bobine 15 présente un diamètre intérieur compris entre 0,6 mm et 2 mm, de préférence entre 1 mm et 1 ,5 mm, selon le diamètre de la particule à inspecter. Par exemple, le diamètre intérieur de chaque bobine vaut 1 ,2 mm. Plus précisément, chaque bobine 15 comprend généralement un tube creux cylindrique en verre de type Pyrex, et un fil de cuivre bobiné sur la surface extérieure du tube de verre. Les particules à tester passent à l'intérieur du tube de verre, le diamètre interne du tube étant choisi par exemple égal au diamètre maximal des particules à tester plus 0,2 mm. On laisse ainsi un jeu d'environ 0,1 mm entre la particule qui traverse le tube de verre et la surface interne de ce tube.
Chaque bobine 15 est réalisée avec un fil de cuivre de section circulaire, présentant un diamètre compris entre 20 microns et 200 microns, de préférence entre 50 microns et 125 microns. Le diamètre du fil est par exemple de 100 mi- crans.
Les moyens 17 pour faire passer la particule dans les bobines comprennent par exemple une rampe inclinée 25 et un chargeur 27 de stockage des particules à tester. Le chargeur 27 comporte par exemple une goulotte cylindrique 29 d'axe vertical, et des moyens 31 pour sélectivement obturer ou dégager une extrémité inférieure de la goulotte 29. Les particules à tester 33 sont empilées verticalement dans la goulotte 29. La goulotte 29 est située à l'aplomb d'une extrémité supérieure 35 de la rampe inclinée 25. Par ailleurs, la rampe inclinée 25 présente une extrémité inférieure 37 disposée au-dessus des bobines 15, sensiblement à l'aplomb de celles-ci. La rampe inclinée 25 présente, entre ses extrémités 35 et 37, une longueur L de quelques dizaines de centimètre. La rampe 25 forme, par rapport à l'horizontale, un angle α compris entre 20° et 45°.
Les moyens 19 pour exciter les bobines d'induction comprennent une source de courant alternatif 39 et des conducteurs électriques 41 reliant la source de courant 39 aux bornes de chacune des bobines 15. La source de courant 39 comprend des moyens pour ajuster la fréquence du courant d'excitation envoyé à chacune des bobines 15. La fréquence du courant d'excitation est comprise entre 30 MHz et 50 MHz, de préférence entre 30 MHz et 35 MHz. Par exemple, la fréquence du courant d'excitation vaut 32 MHz, et est égale à la fréquence de résonance des bobines.
Le courant d'excitation est identique pour chacune des bobines 15. En va- riante, le courant d'excitation peut être différent pour chacune des bobines 15, notamment sa fréquence.
Les moyens 21 pour recueillir un signal de sortie aux bornes de chaque bobine 15 comprennent un impédancemètre multicanaux 43 et des conducteurs électriques 45 reliant les bornes de chaque bobine 15 à un des canaux de l'impé- dancemètre 43. Le signal de sortie recueilli aux bornes de chacune des bobines d'induction 15 est un courant électrique, à partir duquel l'impédancemètre 43 détermine le module d'impédance de la bobine d'induction 15 excitée, au moment où la particule est à l'intérieur de ladite bobine d'induction.
Les moyens 23 d'analyse comprennent des moyens informatiques de calcul reliés à l'impédancemètre 43. Les valeurs du module d'impédance de chaque bobine d'induction 15 déterminées par l'impédancemètre 43 sont transmises par celui-ci aux moyens informatiques 23.
Les moyens informatiques 23 commandent par ailleurs la source de courant 39 et les moyens 31 permettant d'obturer ou de dégager la goulotte 29. On va maintenant décrire en détail le procédé permettant de détecter des anomalies structurelles dans une particule de combustible à l'aide du dispositif de la figure 2. Les moyens informatiques 23 commandent d'abord aux moyens 31 de dégager l'extrémité inférieure de la goulotte 29, de façon à laisser tomber une particule 33 sur la rampe inclinée 25. Une fois la particule 33 passée, les moyens 31 obturent de nouveau la goulotte 29. La particule 33 tombe sur l'extrémité supérieure 35 de la rampe inclinée et roule le long de la rampe inclinée 25 jusqu'à son extrémité inférieure 37. Elle tombe ensuite, sous l'effet de la gravité, à travers les différentes bobines 15 superposées. L'extrémité inférieure 37 de la rampe inclinée est positionnée de manière que la particule 33 tombe sensiblement verticalement, suivant l'axe des diffé- rentes bobines 15.
La particule 33 est animée d'un mouvement de rotation sur elle-même pendant qu'elle passe successivement à travers les bobines d'induction 15, du fait qu'elle a roulé sur la rampe inclinée 25. La vitesse de translation verticale et la vitesse de rotation de la particule 33 sont fonction de la longueur L de la rampe inclinée 25 et de son angle d'inclinaison α. Ces paramètres sont ajustés en fonction de l'écartement vertical entre les bobines 15, et en fonction de la taille de la particule à tester.
Les moyens informatiques 23 commandent au générateur de courant 39 de faire passer un courant d'excitation dans les bobines 15. De préférence, la fré- quence du courant d'excitation est choisie de manière à correspondre sensiblement à la fréquence de résonance des bobines. Le générateur de courant 39 alimente les bobines d'induction 15 de préférence en permanence, pendant la campagne de contrôle de tout un lot de particules 33.
Chaque bobine d'induction 15, quand elle est traversée par la particule 33, induit des courants de Foucault dans cette particule. Ces courants de Foucault produisent à leur tour un champ magnétique induit qui perturbe le courant d'excitation.
En particulier, le champ magnétique induit modifie l'impédance de la bobine d'induction 15 excitée au passage de la particule. L'impédancemètre 43 scrute en permanence l'impédance aux bornes des différentes bobines 15, et détermine l'impédance de chacune des bobines d'induction 15 quand la particule est à l'intérieur de ladite bobine d'induction. L'instant de passage de la particule est facilement repérable, car il correspond à une brusque variation dans l'impédance de la bobine d'induction 15. L'impédancemètre 43 transmet le module de l'impédance déterminé aux moyens informatiques 23.
Les moyens informatiques 23 reçoivent les cinq modules d'impédance des bobines d'induction 15 excitées quand la particule est à l'intérieur de ces bobines. Les moyens 23 calculent une grandeur représentative de la dispersion des modules d'impédance déterminés les uns par rapport aux autres. La grandeur représentative de la dispersion des modules d'impédance les uns par rapport aux autres est égale à la différence entre le plus grand des modules d'impédance déterminés et le plus petit des modules d'impédance déterminés. Les moyens 23 comparent ensuite la grandeur représentative de la dispersion calculée à un seuil prédéterminé. Si la grandeur représentative est supérieure audit seuil prédéterminé, la particule est considérée comme présentant une anomalie structurelle. Si la grandeur représentative est inférieure au seuil prédéterminé, la particule est considérée comme saine, c'est-à-dire exempte d'anomalie structurelle.
En effet, si la particule comporte une anomalie structurelle, les modules d'impédance des différentes bobines d'induction vont être très différents les uns des autres, du fait que la particule tourne en passant à travers les différentes bobines et n'occupe pas la même position relative par rapport à chacune de celle-ci lorsqu'elle la traverse. L'anomalie structurelle n'occupe donc pas la même position au moment de son passage dans les différentes bobines 15, et, de ce fait, les modules d'impédance déterminés vont présenter une forte dispersion dans ce cas.
Au contraire, si la particule ne présente pas d'anomalie structurelle, la rotation de la particule sur elle-même ne va pas changer de manière significative les modules d'impédance des différentes bobines 15. La dispersion des modules d'impédance sera donc faible.
Le procédé décrit ci-dessus présente de multiples avantages. Le fait de recueillir plusieurs signaux de sortie pour des positions différentes de la particule permet de réaliser de manière très fiable la discrimination entre les particules saines et les particules présentant une anomalie structurelle.
La fiabilité est encore accrue du fait que l'étape d'analyse, au cours de laquelle on détermine si la particule comporte ou non une anomalie structurelle, est réalisée en fonction d'une grandeur représentative de la dispersion les uns par rapport aux autres de valeurs d'un paramètre déterminées à partir des signaux de sortie.
En effet, la dispersion des signaux de sortie les uns par rapport aux autres est sensible quasi uniquement à la présence d'anomalies structurelles dans la par- ticule. Cette dispersion est presque insensible aux autres paramètres physiques de la particule.
Le critère choisi pour déterminer si la particule est saine ou non est particulièrement simple, puisqu'on compare la dispersion calculée à un simple seuil prédéterminé. Le procédé permet de tester les particules avec une cadence particulièrement élevée, puisque les phénomènes physiques de diffusion électromagnétique sont extrêmement rapides, et que, d'autre part, le traitement des signaux de sortie recueillis demande un faible volume de calculs.
L'utilisation de moyens tels qu'une rampe inclinée pour mettre en rotation la particule à tester permet d'être sûr d'obtenir une forte dispersion dans les signaux de sortie quand la particule comporte une anomalie structurelle.
Le fait de travailler avec des courants d'excitation à la fréquence de résonance des bobines permet de recueillir des signaux de sortie d'amplitude plus élevée, et facilite donc le traitement des signaux recueillis. Le procédé et le dispositif décrits ci-dessus peuvent présenter de multiples variantes.
La particule peut passer dans plus ou moins de cinq bobines d'induction. Elle peut par exemple passer dans seulement quatre bobines d'induction ou, au contraire, passer dans un nombre élevé de bobines, par exemple vingt ou trente bobines d'induction disposées les unes au-dessus des autres.
Quand on utilise un grand nombre de bobines d'induction, et qu'on dispose donc d'un grand nombre de signaux de sortie (par exemple vingt ou trente), il est possible d'évaluer la dispersion des signaux de sortie les uns par rapport aux autres non pas en calculant la différence entre le signal le plus élevé et le signal le plus faible, mais plutôt en utilisant l'écart type de cet ensemble de signaux de sortie.
La source de courant 39 peut ne pas être distincte de l'impédancemètre, mais, au contraire, être intégrée à cet impédancemètre. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, il est possible de mettre en œuvre le procédé dans un dispositif comprenant une unique bobine d'induction, et des moyens mécaniques pour faire passer la particule à tester plusieurs fois successivement à travers l'unique bobine. Par exemple, la bobine est enfermée dans un tube oscillant. Elle est disposée au centre du tube, et la particule à tester est disposée à l'intérieur de ce tube. Quand le tube s'incline d'un premier côté, de telle sorte qu'une première extrémité du tube soit plus basse et qu'une seconde extrémité du tube soit plus haute, la bille roule sur le fond du tube jusqu'à la première extrémité et traverse la bobine. Puis, lorsque le tube bascule en sens in- verse, de telle sorte que la seconde extrémité soit plus basse et la première extrémité soit plus haute, la particule roule en sens inverse le long du tube jusqu'à la deuxième extrémité et traverse une nouvelle fois la bobine. On réalise ainsi plusieurs basculements du tube en collectant un signal de sortie à chaque passage de la particule à travers la bobine. Les signaux de sortie sont traités comme expli- que précédemment.
Les moyens de mise en mouvement de la particule en vue d'avoir des signaux de sortie pour des positions relatives différentes de la particule peuvent ne pas être une rampe inclinée mais comprendre tout autre moyen pour faire tourner la particule. Les moyens 27 pour faire tomber les particules à tester sur la rampe inclinée 25 peuvent être différents de ceux décrits précédemment. La goulotte 29 peut être par exemple horizontale et non verticale. Tout autre moyen mécanique pour déposer une à une les particules à tester sur la rampe 25 peut être utilisé.
Par ailleurs, le dispositif de détection peut comporter une pièce de guidage coudée ou un déflecteur, apte à orienter les particules 33 quittant l'extrémité inférieure 37 de la rampe inclinée selon une trajectoire verticale suivant l'axe des bobines 15.
On peut utiliser également à la place de l'impédancemètre multicanaux une pluralité d'impédancemètres dédiés chacun à une bobine d'induction, et communi- quant l'impédance mesurée aux bornes de la bobine aux moyens informatiques.
Le procédé et le dispositif sont adaptés pour contrôler les particules de tous les types de réacteur à haute température, par exemple de types connus sous les acronymes HTR (High Température Reactor), HTTR (High Température enginee- ring Test Reactor), VHTR (Very High Température Reactor), THTR (Thorium High Température Reactor), GT-MHR (Gas Turbine Modular Hélium Reactor), MHTGR (Modular High Température Gas Reactor), HTGR (High Température Gas cooled Reactor) et PBMR (Pebble Bed Modular Reactor). Ils sont également adaptés au contrôle de tous types de particules sphériques comprenant une couche de matière électriquement conductrice.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de détection d'au moins une anomalie structurelle dans une particule sphérique (1 ; 33), le procédé comprenant au moins les étapes suivantes de : - passage de la particule (1 ; 33) dans au moins une bobine d'induction
05) ;
- excitation de la bobine d'induction (15) en vue d'induire des courants de Foucault dans la particule (1 ; 33) ;
- recueil d'un signal de sortie aux bornes de la bobine d'induction (15) ; et - analyse du signal pour déterminer si la particule (1 ; 33) comporte ou non une anomalie structurelle ; caractérisé en ce qu'on recueille plusieurs signaux de sortie en faisant passer la particule (1 ; 33) successivement dans une ou plusieurs bobines d'induction (15) avec des positions différentes de la particule (1 ; 33) par rapport aux bobines, la ou chaque bobine d'induction (15) étant excitée au moins à chaque passage de la particule (1 ; 33) en vue d'induire des courants de Foucault dans la particule (1 ; 33), la présence d'une anomalie structurelle dans la particule étant déterminée à partir des signaux recueillis.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'étape d'analyse est réalisée en fonction d'une grandeur représentative de la dispersion les uns par rapport aux autres de valeurs d'un paramètre déterminées à partir des signaux de sortie.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le paramètre est le module d'impédance de la bobine d'induction (15) excitée quand la particule (1 ; 33) est à l'intérieur de ladite bobine d'induction (15).
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la grandeur représentative de la dispersion est égale à la différence entre la plus grande et la plus petite des valeurs de modules d'impédance déterminées.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'étape d'analyse est réalisée en comparant la grandeur représentative de la dispersion à un seuil prédéterminé.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la ou chaque bobine d'induction (15) est excitée par un courant électrique de fréquence comprise entre 30 et 50 MHz.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la ou chaque bobine (15) est excitée par un courant électrique de fréquence correspondant à une fréquence de résonance de ladite bobine (15).
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la particule (1 ; 33) est animée d'un mouvement de rotation pendant qu'elle passe successivement à travers la ou les bobines d'induction (15).
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la particule (1 ; 33) passe successivement à travers au moins quatre bobines d'induction (15) différentes.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la particule (1 ; 33) est une particule de combustible nucléaire.
11. Dispositif (13) de mise en œuvre du procédé de détection d'au moins une anomalie structurelle dans une particule sphérique (1 ; 33) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, le dispositif comprenant :
- une pluralité de bobines d'induction (15) ;
- des moyens (17) pour faire passer la particule (1 ; 33) successivement dans les bobines d'induction (15) avec des positions différentes de la particule (1 ;
33) ;
- des moyens (19) pour exciter les bobines d'induction (15) en vue d'induire des courants de Foucault dans la particule (1 ; 33) ;
- des moyens (21) pour recueillir un signal de sortie aux bornes de chaque bobine d'induction (15) ;
- des moyens (23) pour analyser les signaux de sortie et déterminer si la particule (1 ; 33) comporte ou non une anomalie structurelle.
12. Dispositif selon la revendication 11 , caractérisé en ce que les bobines d'induction (15) sont disposées verticalement les unes au dessus des autres.
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (25 ; 27) pour faire tomber la particule (1 ; 33) par gravité à travers les bobines d'induction (15) superposées.
14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens (25 ; 27) pour faire tomber la particule (1 ; 33) par gravité à travers les bobines d'induction (15) superposées comprennent une rampe inclinée (25) apte à faire rouler la particule (1 ; 33) sensiblement jusqu'à l'aplomb des bobines (15).
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