FR2487514A1

FR2487514A1 - Gamma ray thermometer contg. row of thermocouples - used to measure local power in fuel rod assemblies in core of nuclear reactor e.g. pressurised water reactor

Info

Publication number: FR2487514A1
Application number: FR8008769A
Authority: FR
Inventors: Michel Jean-Pierre Henr Barbet; Claude Sauveur Cohen; Michel Gaston Robillard
Original assignee: Electricite de France SA
Current assignee: Electricite de France SA
Priority date: 1980-04-18
Filing date: 1980-04-18
Publication date: 1982-01-29
Also published as: FR2487514B1

Abstract

The thermometer has a central tube with zones (a) of major dia. sepd. from each other by zones (b) of minor dia. and zones (b) are surrounded by ring chambers (c). Thermocouples are located in the bore of the central tube. Chambers (c) are filled with inert gas by heating the thermometer at 250-600 deg.C for min. 12 hours., and a pump used to apply a vacuum of min. 0.01 torr to desorb the walls of chambers (c). A high purity inert gas or a mixt. of inert gases is then fed to into chambers (c) at 1-10 bars. The pref. gas is argon of 99.999% purity. The tube in which the central tube is placed to form the outer walls of chambers (c) is pref. made of stainless steel or a Zr alloy and polished in its bore.

Description

La présente invention concerne un procédé de fabrication de thermomètres gamma. The present invention relates to a method for manufacturing gamma thermometers.

Plus précisément, l'invention concerne le conditionnement du gaz inerte dans les chambres de mesure des thermomètres gamma décrits et revendiques dans la demande de brevet nO EN 77 08657 déposée le 23 mars 1977 au nom du demandeur pour "Dispositif de mesure de la puissance locale dans un assemblage combustible de réacteur nucléaire
Pour mieux comprendre ce qu'est un thermomètre gamma et quelle est sa structure, on se reportera avantageusement à la demande de brevet citée ci-dessus. On va cependant rappeler brièvement ce qu'est un thermomètre gamma, en particulier dans son application à la mesure de la puissance locale dégagée par le coeur d'un réacteur nucléaire.More specifically, the invention relates to the conditioning of inert gas in the measurement chambers of gamma thermometers described and claimed in patent application No. EN 77 08657 filed on March 23, 1977 in the name of the applicant for "Device for measuring local power in a nuclear reactor fuel assembly
To better understand what a gamma thermometer is and what its structure is, advantageously refer to the patent application cited above. We will however briefly recall what a gamma thermometer is, in particular in its application to the measurement of the local power released by the core of a nuclear reactor.

L'élévation de la température mesurée est due à l'exposition au rayonnement électromagnétique des rayons gamma dans une proportion pouvant atteindre 95%, 70% environ étant dûs aux fissions produites à l'instant de la mesure et 25 à d'autres fissions intervenues pendant un laps de temps précédent cette mesure de l'ordre de 5 mn. Dans de tels thermomètres à rayons gamma, la valeur de l'élévation de la température dans un corps absorbant les rayons peut en effet être mesurée sur un parcours contrôlé et constant prévu pour l'évacuation de la chaleur produite.Les lois de la conduction montrent alors que la différence de température, mesurée sur un trajet donné à travers le corps de conductance constante, est proportionnelle à la production de cnaleur et, par suite, à la puissance dégagée par le combustible nucléaire situé dans son environnement immédiat du fait des fissions dans ce combustible. The rise in the measured temperature is due to exposure to electromagnetic radiation from gamma rays in a proportion of up to 95%, around 70% being due to the fissions produced at the time of the measurement and 25 to other fissions that have occurred. for a period preceding this measurement of the order of 5 min. In such gamma ray thermometers, the value of the rise in temperature in a ray absorbing body can indeed be measured over a controlled and constant path intended for the evacuation of the heat produced. The laws of conduction show whereas the temperature difference, measured on a given path through the body of constant conductance, is proportional to the production of heat and, consequently, to the power released by the nuclear fuel located in its immediate environment due to the fissions in this fuel.

Sur la figure annexée, on a representé un dispositif de mesure d'un thermomètre gamma auquel s'applique le procédé objet de l'invention. I1 faut comprendre que le thermomètre gamma complet comporte une succession de dispositifs de mesure portés par une même tige métallique. Dans le cas des réacteurs nucleaires du type PéJR, r ces thermomètres gamma sont introduits dans des tubes creux des structures des assemblages combustibles constituant le coeur du réacteur. The appended figure shows a device for measuring a gamma thermometer to which the method of the invention applies. It should be understood that the complete gamma thermometer comprises a succession of measuring devices carried by the same metal rod. In the case of nuclear reactors of the PEJR type, these gamma thermometers are introduced into hollow tubes of the structures of the fuel assemblies constituting the core of the reactor.

Cette structure est décrite en détail dans la demande de brevet français nO EN 77 08657.This structure is described in detail in French patent application nO EN 77 08657.

Sur la figure le dispositif de mesure 5 ou thermomètre à rayons gamma considéré comporte principalement une tige cylindrique 7 de faible diamètre et de grande longueur, en un matériau bon conducteur de la chaleur et de l'électricité, de préférence réalisé en un métal par exemple en acier inoxydable, ou en un alliage ou une céramique conductrice approprie
Cette tige allongée 7, susceptible ainsi de s'étendre sur toute la hauteur du coeur du réacteur présente des parties de section réduites 9 entourees par des évidements annulaires 10, délimités entre ces parties 9. La tige 7 est introduite à l'intérieur du tube 7a avec un jeu 11, permettant son coulissement à l'intérieur de celui-ci pour sa mise en place. Ce jeu est ensuite éliminé par le retreint du tube 7a sur la tige allongee 7.Le tube externe 7b est le tube guide élément fixe de llassemblage combustible.In the figure, the measuring device 5 or gamma ray thermometer under consideration mainly comprises a cylindrical rod 7 of small diameter and great length, made of a material which is good conductor of heat and electricity, preferably made of a metal for example. stainless steel, or a suitable conductive alloy or ceramic
This elongated rod 7, thus capable of extending over the entire height of the reactor core has parts of reduced section 9 surrounded by annular recesses 10, delimited between these parts 9. The rod 7 is introduced inside the tube 7a with a clearance 11, allowing it to slide inside of it for its installation. This play is then eliminated by the constriction of the tube 7a on the elongated rod 7. The outer tube 7b is the fixed element guide tube of the fuel assembly.

Selon l'invention également, la tige cylindrique 7 comporte un canal axial longitudinal 12, s'étendant sur toute la hauteur de cette tige et dans lequel est disposé un ensemble de thermocouples tels que 13, chacun de ces thermocou ples étant associé à un dispositif de mesure, de telle sorte qu'une jonction chaude 14 de thermocouple soit sensiblement disposée au milieu de la hauteur de chaque partie 9 de section réduite et une jonction roide 15 au-delà de l'extré- mite de la chambre 10 correspondante, dans la partie 8 de la tige 7 de section nominale. According to the invention also, the cylindrical rod 7 has a longitudinal axial channel 12, extending over the entire height of this rod and in which is disposed a set of thermocouples such as 13, each of these thermocou ples being associated with a device measurement, so that a hot thermocouple junction 14 is substantially arranged in the middle of the height of each part 9 of reduced section and a stiff junction 15 beyond the end of the corresponding chamber 10, in the part 8 of the rod 7 of nominal section.

En fonctionnement, le rayonnement gamma produit par le combustible nucleaire des éléments combustibles entourant la tige de mesure 7 est absorbé par la masse de cette dernière et produit une élévation de température. Les calories ainsi absorbées s'écoulent normalement radialement à travers cnacune des parties de la tige 7, sauf dans les régions de plus faible section 9 où, par suite de la présence des chambres 10 annulaires et isolantes, l'écoulement s'effectue axialement.Dans ces conditions, il est possible de relever entre la jonction chaude 14 et la jonction froide 15 de chacun des thermocouples 13, une différence de température bt qui, lorsqu'on connait les dimensions de la partie 9 et la conductibilité calorifique du matériau constituant la tige 7, permet d'en déduire selon la formule (1) ci-dessous, la quantité de chaleur g produite et absorbée par cette tige 7. In operation, the gamma radiation produced by the nuclear fuel of the fuel elements surrounding the measuring rod 7 is absorbed by the mass of the latter and produces a rise in temperature. The calories thus absorbed normally flow radially through each of the parts of the rod 7, except in the regions of smaller section 9 where, owing to the presence of the annular and insulating chambers 10, the flow takes place axially. Under these conditions, it is possible to detect between the hot junction 14 and the cold junction 15 of each of the thermocouples 13, a temperature difference bt which, when we know the dimensions of the part 9 and the heat conductivity of the material constituting the rod 7, makes it possible to deduce therefrom according to formula (1) below, the quantity of heat g produced and absorbed by this rod 7.

4K . #t (1)
g = L où L représente la moitié de la longueur de la partie 9 et K la conductibilité calorifique de la tige 7.
4K. #t (1)
g = L where L represents half the length of the part 9 and K represents the heat conductivity of the rod 7.

Selon le mode de réalisation considéré, les chambres 10 sont remplies d'un gaz inerte tel que de l'argon et ce remplissage d'argon régit la transmission calorifique au niveau des chambres et donc la fiabilité de la mesure. According to the embodiment considered, the chambers 10 are filled with an inert gas such as argon and this filling of argon governs the heat transmission at the chambers and therefore the reliability of the measurement.

Or, il est apparu que si l'on ne prend pas de précautions particulières pour effectuer le remplissage en gaz inerte, la stabilité de ce gaz n'est pas assurée et la sensibilité et la fiabilité du thermomètre gamma ne sont pas acceptables. However, it has become apparent that if special precautions are not taken to fill with inert gas, the stability of this gas is not ensured and the sensitivity and reliability of the gamma thermometer are not acceptable.

C'est pourquoi, l'invention concerne dans le procédé de fabrication des thermometres gamma décrits prêcédemment l'étape ou les étapes qui se rapportent au remplissage en argon des chambres de mesure afin d'obtenir une bonne stabilité de l'argon ou plus généralement du gaz inerte et en conséquence une bonne fiabilité et stabilité du dispositif de mesure. This is why, the invention relates, in the process for manufacturing gamma thermometers described above, to the step or steps which relate to the filling of argon with the measuring chambers in order to obtain good stability of argon or more generally inert gas and therefore good reliability and stability of the measuring device.

L'invention concerne dans le procédé de fabrication du thermomètre gamma l'étape relative au remplissage en gaz Elle intervient donc après qu'on ait placé les thermocouples dans la tige metallique et après qu'on ait introduit cette tige dans le tube en forme de doigt de gant. The invention relates to the gas filling step in the process of manufacturing the gamma thermometer. It therefore occurs after the thermocouples have been placed in the metal rod and after this rod has been introduced into the tube in the form of glove finger.

Cette étape du procédé de fabrication consiste à réaliser une désorption de la paroi interne du tube dans des conditions particulières et à effectuer ensuite un remplissage des chambres avec un gaz ou un mélange de gaz nrésentant une pureté donnée, le remplissage s'effectuant sous une pression donnée. This stage of the manufacturing process consists in carrying out a desorption of the internal wall of the tube under special conditions and then in filling the chambers with a gas or a mixture of gases having a given purity, the filling being carried out under pressure given.

De préférence, l'étape de désorption est précédée d'une retape de polissage de la face interne du tube pour supprimer les macroporosités sur la face interne de ce tube susceptibles de retenir des molécules de gaz. Preferably, the desorption step is preceded by a polishing step on the internal face of the tube to remove macroporosities on the internal face of this tube capable of retaining gas molecules.

Dans le cas où le tube externe est réalisé avec l'acier du type 316 qui est conforme aux normes françaises en la matière,la désorption se fait de la manière suivante
- température de pompage comprise entre 250 et 6000C, - vide supérieur à 10 2 torr. In the case where the external tube is made with steel of type 316 which conforms to French standards in the matter, desorption is carried out as follows
- pumping temperature between 250 and 6000C, - vacuum greater than 10 2 torr.

- temps de pompage supérieur à 12 heures et
- pression de remplissage de 1 à 10 bars.- pumping time greater than 12 hours and
- filling pressure from 1 to 10 bars.

De préférence, le gaz inerte est constitué par de l'argon pur à 99,999%. Preferably, the inert gas consists of pure argon at 99.999%.

De préférence encore, le polissage de la paroi interne correspond à une épaisseur de polissage supérieure à 4 microns. More preferably, the polishing of the internal wall corresponds to a polishing thickness greater than 4 microns.

On va maintenant décrire plus en détail le procédé objet de l'invention en se référant au thermomètre gamma représenté sur la figure unique, figure qui a déjà été décrite. The process which is the subject of the invention will now be described in more detail with reference to the gamma thermometer shown in the single figure, a figure which has already been described.

Les essais faits sur des thermomètres gamma du type décrit précédemment ont montré que la seule régénération du remplissage en gaz des chambres ne donnait pas une stabilité satisfaisante du thermomètre puisque, même après remplissage avec un nouveau volume de gaz, on observait à nouveau des fluctuations dans la sensibilité du thermomètre. Tests on gamma thermometers of the type described above have shown that the mere regeneration of the gas filling of the chambers did not give satisfactory stability of the thermometer since, even after filling with a new volume of gas, fluctuations were again observed in the sensitivity of the thermometer.

C'est pourquoi r comme on l'a indiqué précédemment, les inventeurs ont mis au point un procédé de remplissage qui permet d'obtenir ultérieurement une grande stabilité de fonctionnement. This is why, as indicated above, the inventors have developed a filling process which makes it possible to obtain high operating stability subsequently.

Le procédé consiste essentiellement à réaliser une désorption des parois de la chambre de mesure, c'est-à-dire de la paroi interne du tube 7a et de la paroi externe de la tige 7. The method essentially consists in carrying out a desorption of the walls of the measurement chamber, that is to say of the internal wall of the tube 7a and of the external wall of the rod 7.

Avant de décrire cette étape de désorption, il est utile de rappeler les processus selon lesquels peut se réaliser cette désorption
- diffusion à partir de l'intérieur de l'acier inoxydable formant le tube sans intéraction avec la surface interne de ce tube
- diffusion à partir de l'intérieur de l'acier inoxydable avec intéraction avec la surface du tube (desorption physico-chimique ou recombinaison)
- désorption à partir de la surface du tube de particules gazeuses absorbées physiquement par cette surface et
- désorption à partir de la surface du tube de particules absorbées chimiquement par le matériau constituant la surface.Before describing this desorption step, it is useful to recall the processes by which this desorption can be carried out.
- diffusion from inside the stainless steel forming the tube without interaction with the internal surface of this tube
- diffusion from inside the stainless steel with interaction with the surface of the tube (physico-chemical desorption or recombination)
- desorption from the surface of the tube of gaseous particles physically absorbed by this surface and
- desorption from the surface of the tube of particles chemically absorbed by the material constituting the surface.

Le procédé objet de l'invention permet de s'affranchir de tous ces problèmes. The process which is the subject of the invention overcomes all of these problems.

On va exposer maintenant la mise en oeuvre du procédé en décrivant toutes ses étapes. We will now describe the implementation of the method by describing all of its steps.

On part d'un thermomètre gamma déjà monté et on prévoit simplement à la partie inférieure du tube 7a une buse pour communiquer avec l'intérieur des chambres. We start from a gamma thermometer already mounted and there is simply provided at the lower part of the tube 7a a nozzle for communicating with the interior of the chambers.

Cependant, il peut être utile, avant le montaye du thermomètre, d'effectuer un polissage mécanique et chimique de la paroi interne du tube 7a. On réduit ainsi les inégalités macroscopiques de cette paroi. On évite ainsi le piégeage des molécules gazeuses dans les macrofissures de la paroi. However, it may be useful, before mounting the thermometer, to perform mechanical and chemical polishing of the internal wall of the tube 7a. This reduces the macroscopic inequalities of this wall. This avoids the trapping of gaseous molecules in the macrocracks in the wall.

De préférence, l'épaisseur de ce polissage est supérieure à 4 microns.Preferably, the thickness of this polishing is greater than 4 microns.

Ensuite, on effectue la désorption proprement dite. Then, the desorption itself is carried out.

Cette désorption est réalisée par pompage à chaud dans les chambres. Plus précisément, ce pompage est effectué à une température comprise entre 2500C et 6000C. Le vide doit de préférence être supérieur à 12 heures.This desorption is carried out by hot pumping in the rooms. More specifically, this pumping is carried out at a temperature between 2500C and 6000C. The vacuum should preferably be greater than 12 hours.

Après cette désorption des parois, on réalise un remplies sage des chambres avec un gaz inerte (de préférence de l'argon) sous pression et à la teppérature de pompage. Pour ce remplissage, on utilise de préférence de l'argon présentant une puretée de 99,9992 et la pression de remplissage est comprise entre 1 et 10 bars. After this desorption of the walls, a wise filling of the chambers is carried out with an inert gas (preferably argon) under pressure and at the pumping temperature. For this filling, preferably using argon having a purity of 99.9992 and the filling pressure is between 1 and 10 bars.

Cette pression de remplissage permet d'éviter l'absorption de gaz chimiquement actifs par les parois. En effet, on maintient ainsi au contact des parois désorbées une pression convenable. This filling pressure prevents the absorption of chemically active gases by the walls. In fact, a suitable pressure is thus maintained in contact with the desorbed walls.

En outre, l'utilisation d'un gaz de remplissage dont on maitrise parfaitement la pureté permet d'assurer le contr8le des effets de paroi et surtout d'obtenir une stabilisation du thermomètre gamma en fonction de la température In addition, the use of a filling gas whose purity is perfectly controlled makes it possible to ensure the control of the wall effects and above all to obtain stabilization of the gamma thermometer as a function of the temperature.

Claims

1. A method of manufacturing a gamma thermometer of the type comprising a central rod (7) comprising portions of reduced diameter and portions of larger diameter, said rod being provided with thermocouples (13) at right angles to the portions of reduced diameter and a tube (7a) surrounding said rod (7) and defining at right angles portions of reduced diameter of the chambers (10) intended to be filled with an inert gas, said method comprising the steps of producing said rod (7) with its thermocouples (13) and for producing said tube ga), said method being characterized in that the chambers (10) are filled with inert gas, by carrying out the following steps

- Is carried out hot, by carrying the gamma thermometer at a temperature preferably between 2500C and 6000C and for a time at least equal to 12 hours, pumping under a vacuum of at least 10 2 torr in said chambers (10) to obtain a desorption of the walls defining said chambers,

- Filling said chambers with an inert gas or a mixture of inert gases having a high purity under a pressure of 1 to 10 bars and at temperature.

2. Method according to claim 1, characterized in that said inert gas or gas mixture has a purity of 99.999%.

3. Method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that said inert gas is argon.

4. Method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that said tube is made of stainless steel or zircaloy.

5. Method according to claim 4, characterized in that the pumping step is preceded by a step of polishing the internal wall of the tube to a thickness at least equal to 4 microns.