FR2733050A1 - Procede et dispositif de mesure de la concentration de gaz dans un melange gazeux a l'interieur d'un batiment reacteur d'une centrale nucleaire et utilisation - Google Patents

Abstract

On émet au moins un faisceau lumineux à partir d'une source laser (5) disposée à l'extérieur du bâtiment réacteur (1), on transmet le faisceau lumineux à au moins une cellule de mesure (3a, ..., 3n) située dans le bâtiment réacteur (1) dans laquelle circule un courant du mélange gazeux, de manière que le faisceau lumineux soit diffusé dans le courant du mélange gazeux et assure l'excitation optique du mélange gazeux par diffusion, on transmet un signal lumineux diffusé provenant du courant de mélange gazeux excité par le faisceau lumineux à une unité de traitement (10) située à l'extérieur du bâtiment réacteur et on analyse le signal lumineux dans l'unité de traitement par spectrométrie RAMAN pour déterminer la nature et la concentration des gaz contenus dans le mélange gazeux. Le dispositif comporte une source laser (5), un ou deux commutateurs optiques (6a, 6b), un ensemble de cellules de mesure (3a, ..., 3n) et une unité de traitement (10) reliée à un dispositif d'exploitation (13) des mesures effectuées.

Description

L'invention concerne un procédé et un dispositif de mesure de la concentration de gaz dans un mélange gazeux à l'intérieur d'un bâtiment réacteur d'une centrale nucléaire.

Les centrales nucléaires utilisées pour la production d'énergie électrique comportent, à l'intérieur d'un bâtiment réacteur, une cuve renfermant le coeur du réacteur nucléaire qui peut être refroidi, à l'intérieur de la cuve, par de l'eau légère pressurisée ou bouillante ou encore par de l'eau lourde.

Dans le cas d'un accident se traduisant par une perte de la fonction de refroidissement du coeur, par exemple dans le cas d'une rupture d'une canalisation amenant le fluide de refroidissement dans la cuve du réacteur, il se produit une élévation de la température des composants du coeur et en particulier du combustible nucléaire. Un tel accident peut se produire pendant le fonctionnement en puissance du réacteur ou pendant une phase d'arrêt au cours de laquelle le coeur dégage toujours une certaine puissance résiduelle. L'élévation de la température du coeur peut entraîner une fusion des composants internes du réacteur nucléaire.

A haute température, les métaux deviennent très réactifs et s'oxydent au contact de la vapeur d'eau présente dans la cuve du réacteur contenant le coeur. Les gaines des assemblages combustibles qui sont constituées par un alliage de zirconium sont des éléments qui sont soumis en premier à ces réactions d'oxydation. Le zirconium est oxydé par la vapeur d'eau suivant la réaction
Zr + H20 - ZrO2 + 2H2.

Il se produit donc un dégagement très rapide d'une quantité importante d'hydrogène. Par exemple, dans le cas d'un réacteur refroidi par de l'eau sous pression ayant une puissance électrique de 1000 MW, la quantité d'hydrogène dégagée peut être d'environ 900 à 1000 kg d'hydrogène, dans un temps de l'ordre d'une demi-heure à une heure à la suite de l'apparition de l'accident sur le réacteur nucléaire.

Les particules fondues du coeur constituant le corium provoquent des réactions thermiques sur le béton du bâtiment réacteur qui peuvent également provoquer la formation d'hydrogène, de monoxyde de carbone CO et de dioxyde de carbone C02.

Dans le cas d'un accident moins grave n'entraînant pas la fusion du coeur, par exemple dans le cas d'une rupture de branche du circuit primaire sans fusion du coeur, de l'hydrogène est susceptible de se former par radialyse de l'eau et du fait de la corrosion des matériaux présents dans le bâtiment réacteur. Dans ce type d'accident, la production d'hydrogène est relativement lente par rapport à l'accident majeur se traduisant par une fusion du coeur.

Dans tous les cas cependant, un mélange d'hydrogène et d'oxygène se trouve présent dans la cuve, ce qui entraîne des risques graves d'explosion. De ce fait, il est extrêmement important de pouvoir mesurer la concentration des gaz présents dans le bâtiment du réacteur, après l'apparition d'un fonctionnement accidentel du réacteur.

En particulier, la présence de gaz tel que l'hy- drogène, l'oxygène et le monoxyde de carbone qui peuvent conduire à des mélanges explosifs et très dangereux quant à la tenue du bâtiment du réacteur, nécessite la mise en oeuvre de moyens de contrôle permettant de connaître la nature et la proportion des principaux gaz qui sont relâchés dans l'enceinte du bâtiment réacteur, afin d'évaluer le risque d'explosion et d'engager les actions préventives qui s'imposent.

Le mélange gazeux contenu dans le réacteur nucléaire n'ayant pas une composition homogène, il est nécessaire d'effectuer des contrôles du mélange gazeux en de nombreux points à l'intérieur du bâtiment réacteur.

Le brevet US-A-4.226.675 décrit un dispositif de mesure de la quantité de gaz dans un mélange et plus particulièrement et la quantité d'hydrogène ou d'oxygène dans l'enceinte de confinement d'un réacteur nucléaire.

On utilise des cellules de mesure à conductivité thermique dans lesquelles on fait passer le mélange gazeux, de manière à déterminer par des mesures électriques la proportion d'un gaz dans ce mélange. A l'intérieur d'une cellule, on ne peut effectuer le dosage que d'un seul gaz, si bien que dans le cas où plusieurs gaz doivent être dosés, il faut utiliser un ensemble de cellules qui sont généralement disposées à l'extérieur du bâtiment réacteur. Il est donc nécessaire d'effectuer des prélèvements d'échantillons de mélange gazeux à l'intérieur du bâtiment du réacteur et de faire passer ces échantillons gazeux dans les différentes cellules d'analyse.Il est nécessaire de maintenir les échantillons à température constante, de sorte que les tuyauteries de prélèvement d'échantillons de mélange de gaz dans le bâtiment réacteur doivent être calorifugés et que la cellule d'analyse doit être elle-même thermostatée. La réalisation et l'exploitation de l'installation de contrôle s'accompagnent donc de coûts importants. En outre, les lignes de prélèvement d'échantillons peuvent présenter l'inconvénient de modifier dans certains cas, la composition du mélange par ségrégation de ce mélange à l'intérieur de la ligne de prélèvement. Du fait, des différences de densité des gaz, certains gaz légers tels que l'hydrogène peuvent se concentrer dans les points hauts du circuit.De plus, en raison des temps de transfert entre le point de prélèvement et la cellule de mesure à l'extérieur de l'enceinte de sécurité du réacteur, le temps de réponse de l'ensem- ble de mesure est relativement long, de l'ordre de plu sieurs minutes. L'appareillage est également limité à la mesure de la teneur en hydrogène et en oxygène dans le mélange gazeux.

On connaît également des dispositifs qui utilisent des détecteurs électrochimiques dans lesquels le gaz à doser subit une réaction d'ionisation sur une électrode sensible après diffusion à travers une membrane. Ce dispositif comporte une cellule de mesure associée à chacune des prises d'échantillon. Le temps de réponse est de l'ordre de 2 à 3 minutes et le temps de scrutation pour la mesure en cinq points différents est de l'ordre de 15 minutes.

Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de mesure de la concentration de gaz dans un mélange gazeux en au moins un point de mesure du bâtiment réacteur d'une centrale nucléaire qui permette d'effectuer les mesures aux points de mesure, sans avoir à effectuer de prélèvement de gaz, de réduire les temps d'acquisition des informations relatives à un ensemble de points de mesure et à permettre l'analyse simultanée d'au moins deux gaz différents dans le mélange gazeux.

Dans ce but
- on émet au moins un faisceau lumineux centré sur une longueur d'onde déterminée, à partir d'une source laser disposée à l'extérieur du bâtiment réacteur,
- on transmet le faisceau lumineux, par une première fibre optique à une cellule de mesure située dans le bâtiment réacteur dans laquelle circule un courant du mélange gazeux, de manière que le faisceau lumineux soit diffusé dans le courant du mélange gazeux et assure l'excitation optique du mélange gazeux par diffusion,
- on transmet un signal lumineux diffusé provenant du courant de mélange gazeux excité par le faisceau lumineux à une unité de traitement située à l'extérieur du bâtiment réacteur, par une seconde fibre optique, et
- on analyse le signal lumineux dans l'unité de traitement par spectrométrie RAMAN pour déterminer la nature et la concentration de gaz contenus dans le mélange gazeux.

De préférence, on effectue la mesure en une pluralité de points du bâtiment réacteur en chacun desquels est disposée une cellule de mesure dans laquelle circule un mélange gazeux ; dans ce cas, pour chacune des cellules, de manière successive, on transmet à la cellule de mesure le faisceau lumineux centré sur une longueur d'onde déterminée et on transmet le signal lumineux excité provenant de la cellule à l'unité de traitement.

De préférence, pour effectuer la transmission successive des faisceaux lumineux aux différentes cellules et la transmission des signaux lumineux excités provenant successivement de chacune des cellules à l'unité de traitement, on utilise des moyens de commutation optique.

Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation d'une installation de mesure suivant l'invention et son utilisation pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention, et deux modes de réalisation d'une cellule de dosage à réflexion multiple utilisée dans le cadre de la mise en oeuvre du procédé de mesure suivant l'invention.

La figure 1 est une vue schématique d'une installation permettant de mettre en oeuvre le procédé de mesure suivant l'invention en une pluralité de points du bâtiment d'un réacteur nucléaire.

La figure 2 est un diagramme montrant le spectre d'émission d'une cellule de dosage excitée par un faisceau lumineux.

La figure 3 est une vue en coupe schématique d'une cellule de dosage suivant l'invention et suivant un premier mode de réalisation.

La figure 4 est une vue en coupe transversale d'une cellule de dosage suivant l'invention et suivant un second mode de réalisation.

Sur la figure 1, on a représenté, de manière uniquement symbolique, par une ligne pointillée verticale 1, une paroi d'un bâtiment réacteur d'une centrale nucléaire séparant l'espace en une zone I située à l'extérieur du bâtiment réacteur et une zone II située à l'intérieur du bâtiment réacteur.

L'installation de mesure de la concentration de gaz à l'intérieur du bâtiment du réacteur (zone II) comporte une partie disposée à l'intérieur de la zone II et une partie dans la zone I.

L'ensemble désigné par le repère 2 et représenté sous la forme d'un rectangle en pointillés constitue la centrale d'excitation et d'acquisition des données située à l'extérieur du bâtiment du réacteur alors que les cellules de mesure 3a, ..., 3n sont disposées à l'intérieur du bâtiment du réacteur où elles sont réparties en différents points de mesure.

Les cellules 3a, ..., 3n sont toutes placées de manière à être traversées par un courant de mélange gazeux contenu dans le bâtiment réacteur par circulation naturelle.

Sur la figure 1, on a représenté par des flèches ondulées, le courant gazeux 4a traversant la cellule 3a et le courant gazeux 4n traversant la cellule 3n.

La centrale d'excitation et d'acquisition 2 comporte une source 5 permettant d'émettre un faisceau lumineux centré sur une longueur d'onde k0 parfaitement définie, par exemple sur une longueur d'onde de 535 nanomètres. La source optique 5 est constituée par un laser dont l'émission lumineuse est centrée sur la longueur d'onde hO.

L'ensemble d'excitation et de commutation 2 comporte de plus un commutateur optique 6a ayant une voie d'entrée reliée par l'intermédiaire d'une fibre optique 7 à la source 5. Le faisceau lumineux émis par la source 5 est donc transmis à la voie d'entrée du commutateur optique 6a par l'intermédiaire de la fibre optique 7.

Le commutateur optique 6a comporte n voies de sortie 8a, ..., 8n qui sont reliées chacune à l'entrée optique d'une cellule de mesure de l'ensemble 3a, 3n.

Le commutateur optique 6a permet de transmettre successivement le faisceau lumineux reçu sur sa voie d'entrée et centré sur la longueur d'onde AO à chacune des sorties reliées par une fibre optique de l'ensemble 8a ..., 8n, à l'entrée d'une cellule de mesure 3a, 3n.

L'ensemble des fibres optiques 8a, ..., 8n traverse la paroi 1 du bâtiment du réacteur constituant l'enceinte de sécurité par l'intermédiaire d'une traversée étanche.

A l'intérieur de chacune des cellules telles que 3a, la lumière du faisceau lumineux parvenant à l'entrée de la cellule est diffusée dans le courant gazeux réalisant ainsi l'excitation optique du courant gazeux. La lumière diffusée émise par le courant gazeux est récupérée sur la sortie optique de la cellule, par une fibre optique telle que 9a. Chacune des cellules 3a, ..., 3n comporte une sortie optique à laquelle est reliée une fibre 9a ..., 9n.

Les fibres optiques 9a ..., 9n traversent la paroi de l'enceinte de sécurité du réacteur par l'intermédiaire d'un passage étanche pour être reliée chacune, dans la centrale d'excitation et d'acquisition de données 2, à une voie d'entrée d'un commutateur optique 6b comportant une pluralié de voies d'entrée reliées chacune à la sortie optique d'une cellule. Le commutateur optique 6b comporte une voie de sortie qui est reliée par l'intermédiaire d'une fibre optique 11 à une unité de traitement 10 dans laquelle on effectue le traitement des signaux lumineux provenant des cellules par l'intermédiaire du commutateur optique 6b, de manière à déterminer la nature et la concentration des différents gaz contenus dans le mélange gazeux traversant chacune des cellules 3a ..., 3n.Les données relatives à la nature et à la concentration des gaz des mélanges gazeux sont mises sous forme numérique et transformées en signaux électriques qui sont transmis par l'intermédiaire d'un conducteur électrique 12 à un boîtier de commande et de surveillance 13 installé dans la salle de commande de la centrale nucléaire.

L'unité de traitement 10 assure non seulement le traitement des signaux optiques de mesure pour déterminer la nature et la concentration des gaz du mélange gazeux mais également le pilotage de la source lumineuse 5 par l'intermédiaire d'une ligne de commande électrique 14 et la commande des commutateurs optiques 6a et 6b par l'intermédiaire d'une ligne de commande électrique 15, c'està-dire la commutation séquentielle des voies d'entrée et de sortie.

La commande des commutateurs 6a et 6b est réalisée de manière que, pour chacune des cellules de mesure 3a ..., 3n, de manière successive, on réalise la transmission du faisceau lumineux d'excitation à l'entrée optique de la cellule, la récupération du signal lumineux excité à la sortie optique de la cellule et la transmission de ce signal lumineux à l'unité de traitement 10.

L'unité de traitement 10 comporte des moyens d'analyse par spectrométrie RAMAN assurant l'identifica- tion et la mesure des raies caractéristiques des éléments du mélange gazeux circulant dans la cellule dont on assure le dosage.

Pour chacun des dosages effectués à l'intérieur d'une cellule de dosage, on repère la cellule concernée par le numéro d'ordre de la voie du commutateur optique par laquelle on a transmis le faisceau lumineux d'excitation.

Sur la figure 2, on a représenté un spectre RAMAN caractéristique émis par un mélange renfermant de l'oxygène, de l'hydrogène, du monoxyde et du dioxyde de carbone, lorsqu'il est excité par un faisceau lumineux centré sur une longueur d'onde X0 à 535 nm.

Le spectre comporte deux parties de part et d'autre de la longueur d'onde k0 correspondant aux raies de Stokes, à des longueurs d'onde supérieure à k0 et à des raies anti-Stokes pour les mêmes éléments à des fréquences inférieures à X0.

La partie du spectre correspondant aux raies anti
Stokes est sensiblement centrée sur la fréquence de 400 nm alors que les raies de Stokes pour l'ensemble des éléments du mélange gazeux sont situées entre 600 et 700 nm. Il est à remarquer que certaines raies, par exemple les raies de spectre relatives à l'hydrogène sont doublées.

Pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, on effectue une analyse de la partie du spectre située entre 600 et 700 nm, ce qui permet d'identifier les raies caractéristiques des différents éléments et de doser ces éléments à partir de l'amplitude de la raie correspondante, après avoir effectué un étalonnage préalable pouvant utiliser un mélange type de composition connue.

Il est à remarquer que l'analyse effectuée en utilisant la spectrométrie RAMAN permet de déterminer en une seule opération les concentrations de l'ensemble des éléments du mélange gazeux. Il n'est donc pas nécessaire d'effectuer plusieurs mesures successives relatives à chacun des éléments. En particulier, il est possible de doser simultanément l'hydrogène et l'oxygène dans le mélange gazeux, ce qui permet d'éviter des risques d'explosion en un point quelconque du bâtiment du réacteur nucléaire dans une situation post-accidentelle.

Sur la figure 3, on a représenté de manière schématique, une cellule de dosage 16 qui comporte une ouverture d'entrée de gaz 17 à l'une de ses extrémités longitudinales et une ouverture de sortie de gaz 18 à son extrémité longitudinale opposée.

La cellule 16 est disposée dans le réacteur nucléaire à l'intérieur d'un courant de circulation de gaz permettant une circulation naturelle du mélange gazeux contenu dans l'enceinte du réacteur, entre l'ouverture d'entrée 17 et l'ouverture de sortie 18 de la cellule, comme indiqué par les flèches 19.

La cellule de dosage 16 comporte également une entrée optique au niveau de laquelle est disposée l'ex- trémité de sortie d'une fibre optique 8 qui permet de faire parvenir un faisceau lumineux centré sur une longueur d'onde k0, à l'intérieur du passage de la cellule de dosage dans lequel circule le mélange gazeux à doser.

La cellule comporte également une sortie optique à l'une de ses extrémités longitudinales au niveau de laquelle est fixée une fibre optique 9 par l'intermédiaire de laquelle le signal lumineux émis par le gaz excité à l'intérieur de la cellule 16 est transmis à une unité de traitement de spectrométrie RAMAN.

La cellule comporte dans des dispositions latérales deux miroirs 20a et 20b sensiblement parallèles dont les faces réfléchissantes sont dirigées vers l'intérieur de la cellule et situées en vis-à-vis.

Le faisceau lumineux d'excitation 21 qui est introduit dans la cellule par l'extrémité de la fibre 8 et réfléchi par le miroir 20b en vis-à-vis est renvoyé vers le miroir 20a puis vers le miroir 20b, de sorte qu'un balayage du volume interne de la cellule et une diffusion de la lumière d'excitation dans toute la masse du gaz en circulation dans la cellule 16 sont réalisés par les réflexions successives du faisceau 21 sur les surfaces réfléchissantes des miroirs 20a et 20b.

On obtient ainsi des conditions d'excitation optimales du gaz en circulation dans la cellule 16.

Sur la figure 4, on a représenté une variante de réalisation d'une cellule de dosage 22 permettant de mettre en oeuvre le procédé suivant l'invention.

La cellule 22 comporte un boîtier 23 de forme sensiblement parallélépipédique et présentant des ouvertures d'entrée et de sortie de gaz telles que l'ouverture 24 à chacune de ses extrémités longitudinales. Les ouvertures d'entrée et de sortie peuvent être de forme carrée ou de forme circulaire. La cellule 22 est disposée dans un courant de gaz en circulation dans le bâtiment du réacteur, de manière que le gaz traverse la cellule dans la direction axiale, entre son ouverture d'entrée et son ouverture de sortie.

Le courant de gaz peut être obtenu par convection naturelle ou forcée.

Les faces latérales du boîtier parallèles à la direction axiale sont percées par des ouvertures disposées deux à deux en vis-à-vis et constituant une première et une seconde paires d'ouvertures en vis-à-vis. A l'intérieur d'une ouverture de la première paire d'ouvertures est fixé un tronçon d'une première fibre optique 25 dont la surface d'extrémité 25a qui est affleurante sur la surface interne du boîtier 23 a subi un traitement de métallisation de manière à constituer une surface réfléchissante.

En vis-à-vis du tronçon de la première fibre 25, dans la seconde ouverture de la première paire d'ouvertures, est disposé un miroir 26 de sorte qu'un faisceau lumineux 27 en provenance du tronçon de fibre 25 se trouve réfléchi par le miroir 26 puis par la surface réfléchissante 25a du tronçon de fibre 25 et à nouveau par le miroir 26, les réflexions successives produisant une concentration du faisceau lumineux 27 dans la zone de circulation des gaz à l'intérieur de la cellule dont la section peut être représentée par l'ouverture 24 sur la figure 4.

Dans une face latérale du boîtier adjacente à la face dans laquelle est fixé le tronçon d'extrémité de la première fibre 25, est monté un tronçon d'extrémité d'une seconde fibre 28 communiquant avec l'intérieur du boîtier 23, par l'intermédiaire d'un filtre optique 29. Le tron çon d'extrémité de la seconde fibre 28 est monté dans une ouverture de la seconde paire d'ouvertures en vis-à-vis.

Dans la seconde ouverture de la seconde paire d'ouvertures, est monté un miroir optique 30, de sorte que le signal lumineux produit par l'excitation du gaz en circulation dans la cellule par le faisceau d'excitation 17 soit envoyé dans le tronçon d'extrémité de la seconde fibre 28 par l'intermédiaire du filtre 29.

Le boîtier 23 de la cellule ou boîtier interne est disposé à l'intérieur d'un boîtier de protection 32.

Le boîtier de protection 32 comporte des ouvertures permettant le passage d'une fibre optique d'excitation provenant d'une source laser reliée à la portion d'extrémité de la première fibre optique 25 et une fibre de récupération de signaux lumineux de mesure reliée à la portion d'extrémité de la seconde fibre optique 28.

La fibre optique d'excitation et la fibre de récupération de signal de mesure pénètrent par les ouvertures du boîtier 32 de manière étanche grâce à des presse-étoupes tels que 33.

Les fibres d'excitation et de récupération du signal de mesure sont reliées respectivement à la portion d'extrémité de la première fibre optique 25 et à la portion d'extrémité de la seconde fibre optique 28, par l'intermédiaire d'une soudure 31 ou encore par l'intermédiaire d'un connecteur optique.

L'utilisation de cellules de dosage telles que représentées sur la figure 3 ou sur la figure 4 permet d'améliorer les conditions d'excitation du gaz dont on réalise le dosage et donc d'accroître la sensibilité des mesures de concentration dans le mélange dosé.

De préférence, le boîtier 23 est réalisé en un matériau à faible coefficient de dilatation tel que l'alliage de nickel INVAR. On évite ainsi une déformation des parties d'extrémité des fibres ou des miroirs lors de variations de température du boîtier placé à l'intérieur de l'enceinte de sécurité du réacteur. Une telle déformation d'origine thermique entraînerait un déplacement des surfaces réfléchissantes des miroirs.

Le filtre optique 29 situé à l'extrémité de la portion d'extrémité de la seconde fibre optique 28 par laquelle le signal lumineux de mesure est récupéré permet de filtrer le signal de manière à ne laisser entrer dans la fibre optique que les fréquences lumineuses voisines des fréquences des raies à analyser qui sont elles-mêmes voisines de la fréquence d'excitation.

Le procédé et le dispositif suivant l'invention permettent de réaliser en une seule opération, un dosage précis d'au moins deux gaz et généralement de trois ou quatre gaz dans un courant en circulation dans une partie quelconque du bâtiment d'un réacteur nucléaire.

De plus, les mesures et dosages sont effectués à l'intérieur même du bâtiment réacteur, c'est-à-dire de manière que le dosage soit effectué à la température réelle des gaz et sans modification de leur composition.

En outre, la commutation optique permet de réaliser successivement et en une très faible durée de temps, le dosage sur un ensemble de cellules disposées en des points répartis dans tout le volume du bâtiment réacteur.

L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été décrits.

C'est ainsi qu'on peut utiliser, pour la répartition des faisceaux lumineux d'excitation sur les cellules et pour la récupération des signaux lumineux de mesure, un seul commutateur optique au lieu de deux commutateurs.

Le ou les commutateurs optiques peuvent être placés aussi bien à l'intérieur qu'à l'extérieur du bâtiment du réacteur. Lorsque les commutateurs optiques sont disposés à l'intérieur du bâtiment réacteur, la paroi du bâtiment réacteur n'est traversée que par une fibre optique d'excitation et par une fibre optique de récupération des signaux.

Les cellules de mesure peuvent présenter toute forme nécessitée par les conditions de circulation des mélanges gazeux dans le bâtiment du réacteur et par la forme des espaces dans lesquels ces cellules doivent être montées. Les cellules peuvent comporter tout moyen optique de concentration du faisceau lumineux dans l'écoulement de gaz en circulation dans la cellule et tout moyen optique permettant de capter le signal lumineux de mesure dans les meilleures conditions possible.

Le faisceau lumineux d'excitation peut être centré sur une longueur d'onde comprise entre 500 et l000nm, différente de la longueur d'onde donnée ci-dessus à titre d'exemple. L'analyse du spectre RAMAN peut être effectuée d'une manière différente de celle qui a été indiquée, en utilisant l'une ou l'autre des parties du spectre située de part et d'autre de la fréquence médiane d'excitation.

Enfin, le procédé et le dispositif suivant l'invention peuvent être utilisés pour effectuer des mesures de concentration de tout gaz dans tout bâtiment d'un réacteur nucléaire, que ce réacteur nucléaire soit refroidi par de l'eau bouillante, de l'eau sous pression ou par de l'eau lourde.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1.- Procédé de mesure de la concentration de gaz dans un mélange gazeux en au moins un point de mesure du bâtiment réacteur d'une centrale nucléaire, caractérisé par le fait

- qu'on émet au moins un faisceau lumineux centré sur une longueur d'onde déterminée, à partir d'une source laser (5) disposée à l'extérieur du bâtiment réacteur (1),

- qu'on transmet le faisceau lumineux, par une première fibre optique (7, 8) à une cellule de mesure (3a, ..., 3n) située dans le bâtiment réacteur (1) dans laquelle circule un courant du mélange gazeux, de manière que le faisceau lumineux soit diffusé dans le courant du mélange gazeux et assure l'excitation optique du mélange gazeux par diffusion,

- qu'on transmet un signal lumineux diffusé provenant du courant de mélange gazeux excité par le faisceau lumineux à une unité de traitement (10) située à l'extérieur du bâtiment réacteur, par une seconde fibre optique (9, 11), et

- qu'on analyse le signal lumineux dans l'unité de traitement (10) par spectrométrie RAMAN pour déterminer la nature et la concentration de gaz contenus dans le mélange gazeux.

2.- Procédé de mesure de la concentration de gaz selon la revendication 1, en une pluralité de points du bâtiment réacteur (1), en chacun desquels est disposée une cellule de mesure (3a, ..., 3n) dans laquelle circule un mélange gazeux, caractérisé par le fait que pour chacune des cellules (3a, ..., 3n), de manière successive

- on transmet à la cellule de mesure (3a, ....

- on transmet le signal lumineux excité provenant de la cellule (3a, ..., 3n) à l'unité de traitement (10).

3n) le faisceau lumineux centré sur une longueur d'onde déterminée, et

3.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé par le fait qu'on transmet le faisceau lumineux à la voie d'entrée d'un premier commutateur optique (6a), ayant une voie d'entrée et une pluralité de voies de sortie et successivement à chacune des sorties du premier commutateur optique (6a),

- qu'on transmet le faisceau lumineux obtenu successivement sur les voies de sortie du premier commutateur optique (6a) à chacune des cellules (3a, ..., 3n) successivement,

- qu'on transmet chacun des signaux lumineux excités de chacune des cellules (3a, ..., 3n), successivement, à une voie d'entrée reliée à la cellule d'un second commutateur optique (6b) ayant une pluralité de voies d'entrée et une voie de sortie, et

- qu'on transmet à partir de la voie de sortie du second commutateur optique (6b) chaque signal lumineux provenant d'une cellule de mesure, successivement à l'unité de traitement (10).

4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'on analyse une partie du signal lumineux correspondant aux raies de

Stokes ou anti-Stokes du spectre RAMAN du signal, pour déterminer la nature et la concentration de gaz contenus dans le mélange gazeux.

5.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'on élabore dans l'unité de traitement (10) des signaux électriques numériques correspondant aux concentrations des gaz du mélange gazeux et qu'on transmet les signaux numériques à un boîtier de commande et de surveillance (13) installé dans une salle de contrôle du réacteur nucléaire.

6.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'on émet le faisceau lumineux à partir d'une source laser centrée sur une longueur d'onde voisine de 535 nm.

7.- Dispositif de mesure de la concentration de gaz dans un mélange gazeux en une pluralité de points de mesure du bâtiment réacteur (1) d'une centrale nucléaire, caractérisé par le fait qu'il comporte une source d'émission laser (5) d'un faisceau lumineux, un premier commutateur optique (6a) ayant une voie d'entrée et une pluralité de voies de sortie dont la voie d'entrée est reliée à la source d'émission laser (5) par l'intermédiaire d'une fibre optique (7), un ensemble de cellules de mesure (3a, ..., 3n) disposées en chacun des points de la pluralité de points de mesure à l'intérieur du bâtiment réacteur (1) ayant chacune un passage d'écoulement du mélange gazeux, une voie d'entrée optique reliée par une fibre optique (8a, ..., 8n) à une voie de sortie du premier commutateur optique (6a) et une voie de sortie optique reliée par une fibre optique (9a, ..., 9n) à une voie d'entrée d'un second commutateur optique (6b) ayant une pluralité de voies d'entrée et une voie de sortie, une unité de traitement (10) recevant par une fibre optique (11) un signal lumineux de la voie de sortie du second commutateur optique (6b) et comportant des moyens de traitement et de mesure par spectrométrie RAMAN de la concentration des gaz dans les mélanges gazeux circulant dans chacune des cellules, ainsi qu'un moyen (13) d'exploitation des mesures de concentration fournies par l'unité de traitement (10).

8.- Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé par le fait que l'unité de traitement (10) est reliée par des lignes électriques de commande (14, 15) à la source d'émission laser (5) et à chacun des commutateurs optiques (6a, 6b), pour commander l'émission d'un faisceau lumineux et la commutation des voies d'entrée et de sortie des commutateurs optiques (6a, 6b).

9.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé par le fait que le moyen (13) d'exploitation des mesures de concentration fournies par l'unité de traitement (10) est un boîtier de commande et de surveillance disposé dans une salle de contrôle du réacteur nucléaire.

10.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 7, 8 et 9, caractérisé par le fait que les cellules de mesure (3a, ..., . . , 3n, 16) comportent des miroirs optiques (20a, 20b) de part et d'autre d'un passage du mélange gazeux à travers la cellule comportant des surfaces réfléchissantes en vis-à-vis de manière à répartir le faisceau lumineux par réflexions successives dans le volume du passage de mélange gazeux à travers la cellule (16).

11.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 7, 8 et 9, caractérisé par le fait que chacune des cellules de mesure (3a, ..., 3n, 22) comporte un boîtier (23) de forme sensiblement parallélépipédique ayant des faces d'extrémité traversées par des ouvertures (24) de passage du mélange gazeux dans une direction axiale du boîtier (23) et quatre faces latérales parallèles à la direction axiale du boîtier comportant quatre ouvertures disposées deux à deux en vis-à-vis et constituant une première et une seconde paires d'ouvertures, une portion d'extrémité d'une première fibre optique (25) comportant une surface de sortie (25a) réfléchissante et un premier miroir (26) étant disposés dans les ouvertures de la première paire d'ouvertures en vis-à-vis et une portion d'extrémité (28) d'une seconde fibre optique et un second miroir optique (30) étant fixés dans les ouvertures de la seconde paire d'ouvertures en vis-à-vis des parois du boîtier (23), de manière que les surfaces réfléchissantes (25a) de la portion d'extrémité de la première fibre optique (25) et le miroir (26) en vis-àvis assurent une concentration du faisceau lumineux dans l'écoulement de gaz traversant la cellule et que le second miroir (30) assure la réflexion du signal lumineux de mesure formé par excitation du mélange gazeux à l'intérieur de la cellule, dans la portion d'extrémité (28) de la seconde fibre optique disposée en vis-à-vis.

12.- Dispositif suivant la revendication 11, caractérisé par le fait qu'un filtre optique (29) est disposé à l'extrémité de la portion de la seconde fibre optique (28) dirigée vers l'intérieur du boîtier (23) de la cellule (22).

13.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 11 et 12, caractérisé par le fait que le boîtier (23) ou boîtier interne est disposé à l'intérieur d'un second boîtier de protection (32), la portion d'extrémité de la première fibre optique (25) et la portion d'extrémité de la seconde fibre optique (28) étant reliées à l'intérieur du boîtier de protection (32), à une fibre optique de transmission d'un courant d'excitation et à une fibre optique de récupération d'un courant de mesure, respectivement, la fibre optique d'excitation et la fibre optique de récupération traversant le boîtier de protection (32), par l'intermédiaire d'ouvertures dans lesquelles sont disposés des presses-étoupes (33).

14.- Utilisation d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, ou d'un dispositif suivant l'une quelconque des revendications 7 à 13, pour réaliser le dosage d'hydrogène, de monoxyde de carbone et d'oxygène en une pluralité de points à l'intérieur d'un bâtiment d'un réacteur nucléaire en situation accidentelle.