FR2458877A1 - Installation thermometrique a rayons gamma pour reacteurs nucleaires - Google Patents

Abstract

INSTALLATION THERMOMETRIQUE A RAYONS GAMMA POUR REACTEURS NUCLEAIRES. ELLE COMPREND UN ALESAGE 22 PERCE DANS LE COEUR DU REACTEUR NUCLEAIRE, UN THERMOMETRE GAMMA 21 INTRODUIT DANS CET ALESAGE ET ECHAUFFE PAR LES RAYONS GAMMA AMBIANTS PROVENANT DE CE COEUR ET UN PONT THERMIQUE SERVANT A RELIER THERMIQUEMENT UNE PARTIE DE CE THERMOMETRE GAMMA AUDIT ALESAGE. APPLICATION A LA MESURE DU DEBIT THERMIQUE DES REACTEURS NUCLEAIRES.

Description

La présente invention a pour objet un thermomètre à rayons gamma pour

réacteurs nucléaires, muni d'un pont

thermique servant d'élément de centrage.

Le fonctionnement des thermomètres à rayons gamma, ou plus simplement thermomètres gamma, comme ceux qui sont utilisés pour mesurer le débit thermique de réacteurs nucléaires, repose sur l'échauffement d'une masse de métal calorifugée à l'aide, d'une part, de rayons gamma (dans la proportion d'environ 90%) et, d'autre part, de neutrons de grande énergie (dans la proportion d'environ %). La chaleur ainsi dégagée est proportionnelle à la

puissance spécifique des barres combustibles voisines.

La chaleur dégagée dans cette masse de métal ne peut s'échapper vers un puits de chaleur que suivant un trajet réglé, de dimensions bien définies. La chute de température le long de ce trajet est directement proportionnelle au débit calorifique (en watts/g) dans l'élément chauffant, et, par suite, proportionnelle à la puissance (et non pas

au flux de neutrons) dans les barres combustibles voisines.

Un ou plusieurs couples thermoélectriques, prévus pour repérer la chute de température le long de ce trajet réglé, fournissent un signal qui est proportionnel à cette puissance. Cette chute de température et ce signal ne subissent que faiblement l'influence de la température du puits de chaleur. Mais, lorsque la température du puits de chaleur subit une variation considérable, par exemple C, il se produit alors une variation correspondante du second ordre, de valeur appréciable, de la conductivité thermique du trajet de chaleur réglé, variation qui se traduit par une modification de la chute de température et par une erreur dans la valeur du signal émis, même si le

flux de rayons gamma est constant.

Le thermomètre gamma des demandes de brevets français n0 77/08657 et 79/05739 (Polstad) fournit des indications très précises lorsque l'alésage, ou trou, dans lequel on l'introduit est celui d'un tube de guidage vide de combustible d'un réacteur nucléaire. Etant donné que le fluide de refroidissement, ou caloporteur, du réacteur circule rapidement dans un tel tube à combustible, la gaine extérieure des demandes de brevets précitées est à une température assez bien définie. Les indications fournies par Xe thermomètre gamma sont donc suffisamment précises ou peuvent être corrigées avec précision pour tenir compte de la variation de second ordre de la conductivité thermique signalée plus haut du trajet suivi par la chaleur, pour des variations de la température de la gaine extérieure du thermomètre gamma, gaine

extérieure qui joue le rôle de puits de chaleur.

Mais, lorsque le thermomètre gamma desdites demandes de brevets précitées est introduit dans un alésage sec du coeur d'un réacteur nucléaire, la gaine extérieure de ce réacteur risque de ne pas être à une température uniforme, sa température variant suivant que la partie considérée touche ou non l'alésage. Les parties de cette gaine extérieure qui touche l'alésage demeurent à une température assez basse en raison du contact tandis que les parties qui ne touchent pas cet

alésage s'échauffent sous l'effet du flux de rayons gamma.

Conformément à l'invention, un moyen élastique

occupe tout l'espace annulaire compris entre le thermo-

mètre gamma et l'alésage dans lequel on a introduit ce thermomètre. Ce moyen élastique a le double rôle d'assurer un pont thermique à l'endroit du thermomètre gamma qui convient-comme puits de chaleur, et de constituer un élément de centrage du thermomètre dans l'alésage o

on l'a introduit.

D'autres caractéristiques et avantages de

l'invention ressortiront de la description qui va

suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif mais nullement limitatif, plusieurs formes de réalisation. Sur ces dessins, - la figure 1A est une coupe longitudinale d'un thermomètre gamma fixe de la technique antérieure dont il est caractéristique; - la figure 1B représente des courbes de répartition de la température le long d'un tel thermomètre gamma fixe, d'une part, dans le cas de la répartition symétrique normale désirée et, d'autre part, dans le cas d'une répartition fâcheusement dissymétrique, qui se produit lorsque le refroidissement est lui-même dissvInétrique J sur cette figure on a porté en abscisses la position des divers points du thermomètre gamma dans le sens de sa longueur et, en ordonnées, la température de l'alésage; -la figure 2 est une coupe longitudinale d'un thermomètre gamma.logé dans un alésage, caractérisé par l'utilisation d'un pont thermique, jouant également le rôle de moyen de centrage, du type à bague et à ressort racleur - la figure 2A est une vue en perspective de ce pont thermique centreur tout seul; - la figure 3 est une coupe longitudinale d'un thermomètre gamma logé dans un alésage, caractérisé par l'utilisation d'un pont thermique centreur du type à

ressort à ruban ondulé; -

- la figure 3A est une vue en perspective de ce pont thermique tout seul; - la figure 4 est une coupe longitudinale d'un thermomètre gamma logé dans un tube à instruments, caractérisé par le fait que le pont thermique centreur

est en un matériau déshumidificateur.

-les figures 5A et 5B sont des coupes longitu-

dinales, faisant entre elles un angle d'environ 30 , de deux parties d'un même thermomètre gamma situées dans la direction longitudinale, à une certaine distance l'une de l'autre, ce thermomètre qui est logé dans un tube à instruments étant caractérisé par le fait que la gaine a une section transversale de forme elliptique et joue à la fois le rôle de pont thermique et de-moyen de centrage. Les deux coupes longitudinales sont désignées respectivement par les références 5A et 5B sur la figure C; et -la figure 5C est une coupe transversale de ces deux parties désignées par la référence 5C sur

les figures 5A et 5B.

Le thermomètre gamma de type connu, tel que représenté sur la figure lA, est du type décrit dans

les demandes de brevets précitées.

Dans la gaine extérieure 11 est logée une petite masse de métal (12), consistant en un tube à paroi mince, raccordée à ses deux extrémités à deux masses plus grosses, 14 et 15, consistant en des tubes

à paroi épaisse.

Sous l'effet du flux ambiant de rayon gamma, les masses de métal 12, 14 et 15 s'échauffent. La chaleur qui se dégage dans les masses 14 et 15 peut s'échapper radialement vers l'extérieur en direction de la gaine 11, puis dans ce qui entoure cette dernière, comme par exemple le fluide de refroidissement en circulation ou caloporteur, ou l'alésage sec d'un tube à instruments. En revanche, la chaleur dégagée dans la masse métallique 12 ne peut pas s'échapper radialement vers l'extérieur, du fait que l'espace vide 16 joue le rôle d'éléments de calorifugeage et cette chaleur doit donc s'échapper en circulant longitudinalement dans la masse 12 puis en traversant radialement les masses 14 et 15. Il en résulte que la masse 12 prend

une température supérieure à celle des masses 14 et 15.

La variation de température, prise le long de l'axe de l'alésage 17 est représentée dans le cas o la température de la gaine 16 est abaissée uniformément

à une valeur constante, par la courbe 18 de la figure 1B.

La température du point chaud et la température des

points froids sont détectées par un thermocouple diffé-

rentiel comportant une soudure chaude 19 et une soudure froide 20, et le courant émis, qui est directement fonction du gradient thermique, donne une mesure du

flux de rayons gamma.

La température deJa gaine il serait abaissée de façon uniforme à une valeur connue, si un fluide caloporteur entourait cette gaine de toute part, mais si le thermomètre gamma est introduit dans un tube sec pour instruments, certaines parties de la gaine ont un mauvais contact thermique avec le tube à instruments.

Si la partie de la gaine il située par dessus -

la masse 14 a un mauvais contact thermique avec le tube, la variation de la température, prise le long de l'axe géométrique du thermomètre gamma de la figure A, pour un même flux de rayons gamma que dans le cas précédent est représentée par la courbe 21 en trait interrompu de la figure 1B. On peut constater que cette courbe n'est pas symétrique, que la différence de température indiquée n'est pas correcte et que le point chaud ne se trouve plus à la soudure 19 du couple

thermoélectrique.

Conformément à l'invention, il est prévu des moyens, situés au voisinage de la soudure froide du couple thermoélectrique, destinés à empêcher un mauvais

contact thermique entre la gaine et le tube à instruments.

La figure 2 représente un thermomètre gamma du type Rolstad, muni de moyens destinés à assurer un bon contact thermique avec l'alésage 22 dans lequel est logé ce thermomètre 21. Ce dernier comporte une grosse masse de métal 23 et des masses de métal 24 et plus petites. Une gaine 26, appliquée par étampage, a un bon contact avec la grosse masse de métal 23, mais elle demeure à une certaine distance des petites masses 24 et 25 laissant ainsi les espaces vides 27 et

28 servant à calorifuger ces petites masses 24 et 25.

De la sorte, sous l'effet du flux ambiant de rayons gamma, ces petites masses 24 et 25 s'échauffent plus que la

grosse masse 23.

Afin que la température de cette grosse masse 23 demeure voisine de celle de l'alésage 22,-il est prévu des bagues 29 à section en D et un ressort 30, dont la

structure est représentée en perspective sur la figure 2A.

Du fait que ces deux bagues 29 peuvent se séparer l'une de l'autre permet de les appliquer fermement l'une contre

l'autre dans les rainures usinées 31 de la figure 2.

Le ressort 30, qui constitue une hélice dont les deux extrémités sont accrochées l'une à l'autre, est alors étiré et appliqué dans la rainure périphérique située sur le bord extérieur des bagues à section en D. Sous l'effet de la sollicitation naturelle du ressort 30, ces deux bagues demeurent fixes. L'élasticité des diverses spires du ressort 30 leur permet d'épouser la forme de l'alésage 22, même si le diamètre de cet alésage subit

des variations inattendues.

Etant donné que la rainure 31 a une grande surface et que les spires du ressort 30 sont appliquées fermement contre les bagues 29 à section en D et contre l'alésage 22, la résistance thermique entre la gaine 26 et cet alésage est bien inférieure à la résistance thermique entre un alésage et une gaine qui serait logée

de façon lâche dans cet alésage.

De plus, si l'alésage est un alésage humide, le débit du caloporteur qui y circule n'est pas gêné de façon sensible, étant donné que ce fluide caloporteur peut circuler dans cet alésage en passant entre les spires successives du ressort en hélice 30. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 3, un ressort à ruban 35, mieux visible sur la figure 3A, qui sert de pont thermique, est introduit par effet élastique dans la rainure 36. Ce ressort 35 présente une fente 37, ce qui permet de 1 tétaler sur

le pourtour de plus grande diamètre de la gaine 38.

A tous autres égards, le thermomètre gamma de la figure 3

est identique à celui de la figure 2.

La résistance thermique du pont thermique représentée sur la figure 3 est un peu plus grande que celle du pont de la figure 2A, mais elle convient à de nombreuses applications et elle est d'une construction plus simple. Le ressort à ruban 35 ne gêne pas l'écoulement

du fluide de refroidissement ou caloporteur.

Dans le cas de la forme de réalisation représentée sur la figure 4, le pont thermique est constitué par

une masse élastique 41 formée par un tissu de fils métal-

liques en acier inoxydable disposés suivant la forme d'un tube. Ce dernier s'écrase jusqu'à une densité de 30% et il constitue alors un manchon analogue à une éponge, semblable à ceux qui sont utilisés pour la déshumidification des gaz comprimés. On fait glisser ce manchon par dessus

la gaine 32 du thermomètre gamma et on le fixe par soudage.

En vue de faciliter la soudure par résistance de cette éponge métallique sur la gaine, il est préférable de faire, sur cette dernière, des stries à arêtes vives avec les cylindres au cours de l'opération d'étampage, étant donné qu'il est plus facile de souder cette éponge

sur un bord en saillie que sur une surface plate.

La masse élastique 41 diminue la résistance thermique entre la gaine 42 et l'alésage 43, tout en permettant au caloporteur de couler dans la direction longitudinale. La forme de réalisation représentée sur la figure 4 présente cet avantage évident d'un pont thermique

fixé sur un thermomètre gamma.

La forme de réalisation telle que représentée sur la figure 5A assure un bon contact thermique entre la gaine 51 et l'alésage 52 et permet un bon centrage de cette gaine dans cet alésage, tout en assurant une

circulation libre du caloporteur du réacteur.

Comme dans le cas des autres formes de réalisation, la gaine 51 est appliquée fermement par étampage contre la grosse masse 53.-Etant donné que la gaine 51 assure le refroidissement, cette grosse masse 53 ne s'échauffe pas

autant que les petites masses 54 et 55.

Dans sa partie située en regard des petites masses 54 et 55, la gaine 51 a été étampée de manière que la section transversale du cylindre qu'elle constitue passe de la forme circulaire à la forme d'une ellipse, les génératrices correspondant aux extrémités du grand axe de cette hélice étant logées à ajustage doux dans l'alésage 52, tandis que le restant de la surface latérale du cylindre est à une certaine distance du pourtour des

petites masses 54 et 55.

De façon plus précise, au cours de l'opération d'étampage, la gaine 51, qui avait la forme d'un cylindre à base circulaire est écrasée par les blocs d'étampage tandis qu('un diamètre de la section transversale du cylindre diminue, la gaine 51 se renfle suivant le diamètre perpendiculaire qui devient le grand axe de la section transversale elliptique, l'opération étant réglée de manière que l'on obtienne le degré convenable de déformation pour assurer un ajustage doux de cette gaine dans l'alésage

52. Il convient de signaler que dans la direction longi-

tudinale de la gaine, le plan d'étampage peut conserver une orientation constante ou bien subir une rotation progressive à mesure que l'on se déplace parallèlement à

l'axe de la gaine.

En raison du montage à ajustage doux, on obtient un bon contact thermique entre la gaine 51 et l'alésage 52. De plus, l'isolation thermique entre cette gaine et les petites masses 54, 55, assurée par les espaces vides 56 et 57, n'est pas détruite. Le bon contact est indiqué par les flèches 58 de la

figure 5, tandis que le jeu est indiqué par la référence 59.

On comprend aisément que le pont thermique obtenu par une telle forme de réalisation est très

robuste.

Les éléments jouant à la fois le rôle de pont thermique et de moyens de centrage décrits ci-dessus peuvent avantageusement être utilisés avec les thermomètres gamma du type Rolstad qui sont en général à poste fixe, mais on peut tout aussi bien les utiliser avec les thermomètres gamma mobiles du type Smith, qui sont normalement utilisés pour des opérations de balayage

ou d'exploration.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1. Installation thermométrique à rayons gamma pour réacteurs nucléaires, caractérisée par le fait qu'elle comprend un alésage (22) perce dans le coeur du réacteur nucléaire, un thermomètre gamma (21) introduit dans cet alésage et échauffé par les rayons gamma ambiants provenant de ce coeur et un pont thermique servant à relier thermiquement une partie de ce thermomètre gamma audit alésage, le montage étant tel que ladite partie de ce thermomètre gamma (21) peut jouer le rôle de puits de chaleur pour ce dernier, en chassant la chaleur,par conduction thermique, dans ledit alésage par

l'intermédiaire de ce pont thermique.

2. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit thermomètre gamma (21) présente un axe longitudinal et une surface extérieure ayant en gros la forme d'un cylindre ayant pour axe ledit axe longitudinal, et par le fait que ledit pont thermique maintient ledit axe longitudinal équidistant de toutes les génératrices de cet alésage, de sorte que ledit axe longitudinal est confondu avec celui dudit alésage, le montage étant tel que le principal contact thermique entre le thermomètre gamma et l'alésage (12)

ait lieu par ledit pont thermique.

3. Installation selon la revendication 2, caractérisée par le fait que ledit pont thermique est

fixé audit thermomètre gamma (21).

4. Installation selon la revendication 3, caractérisée par le fait que ledit pont thermique est

conçu pour glisser le long dudit alésage (22).

5. Installation selon la revendication 4, caractérisée par le fait que ledit pont thermique est souple et a tendance à se dilater pour occuper l'espace

compris entre le thermomètre gamma (21) et l'alésage (22).

6. Installation selon la revendication 5, caractérisée par le fait que, sur sa surface extérieure, 1l ledit thermomètre gamma (21) comporte une rainure annulaire (36) dont l'axe est confondu avec ledit axe longitudinal, ledit pont thermique étant retenu dans

cette rainure annulaire.

7. Installation selon la revendication 6, caractérisée par le fait que ledit pont thermique se compose, d'une part, de deux moitiés d'une bague (29) qui s'adaptent dans ladite rainure annulaire, ladite bague (29) présentant, sur son pourtour, un évidement

de forme annulaire et, d'autre part, d'un ressort héli-

coldal sans fin (30) en forme d'anneau, sollicité de lui-même dans ledit évidement de manière à retenir lesdites moitiés dans cette rainure annulaire et à se trouver lui-même retenu par ledit évidement annulaire, ledit ressort, en raison de la dimension de toutes les

pièces décrites plus haut, étant logé avec contact coulis-

sant avec ledit alésage (22).

8. Installation selon la revendication 6, caractérisée par le fait que ledit pont thermique se - présente sous la forme d'un ressort à ruban (35) ondulé dont l'axe géométrique forme un cercle et dont les crêtes ont respectivement pour enveloppe, un grand cercle et un petit cercle, ce petit cercle correspondant exactement au pourtour de ladite rainure annulaire tandis que ce grand cercle correspond exactement au pourtour dudit alésage (22), le montage étant tel que ce ressort à ruban se trouve retenu dans ladite rainure annulaire

et peut coulisser dans ledit alésage (22).

9. Installation selon la revendication 6, caractérisée par le fait que ledit pont thermique consiste en une masse (41) de forme annulaire, constituée par des filaments élastiques comprimés bons conducteurs

de la chaleur.

10. Installation selon la revendication 9, caractérisée par le fait que le pourtour intérieur de ladite masse (41) de forme annulaire est soudé à la

surface extérieure dudit thermomètre gamma(21).

11. Installation selon la revendication 2, caractérisée par le fait que ledit pont thermique est constitué par des paires de protubérances portées par une partie de ladite surface extérieure du ther- momètre gamma (21), les éléments de chacune de ces paires de protubérances étant situés de part et d'autre dudit axe longitudinal, la distance de pic à pic entre

deux protubérances de la même paire correspondant exac-

tement au diamètre intérieur dudit alésage, lesdites paires de protubérances ayant également pour rôle de

centrer le thermomètre gamma (21) dans l'alésage (22).

12. Installation selon la revendication 11, caractérisée par le fait que les éléments de chaque

paire de protubérances sont symétriques entre eux.

13. Installation selon la revendication 2, caractérisée par le fait qu'une partie de ladite surface extérieure a une coupe transversale en forme d'ellipse (51), les génératrices passant par les sommets du grand axe de cette ellipse et étant appliquées à tolérance étroite contre ledit alésage (22) et par le fait que la partie de cette surface extérieure qui touche l'alésage

(22) constitue ledit pont thermique.

14. Installation selon la revendication 13, caractérisée par le fait que ladite surface extérieure

à section transversale en forme d'ellipse est élastique,.

de manière à assurer le contact coulissant avec ledit

alésage (22).