FR2798463A1 - Procede et dispositif de controle de la densite d'elements en un materiau compacte, tel que des pastilles de combustible nucleaire - Google Patents

Abstract

On introduit les éléments (2) l'un à la suite de l'autre dans une cavité d'un résonateur (1), on soumet le résonateur (1) à un signal à haute fréquence dont on fait varier la fréquence dans un intervalle prédéterminé, on détecte un signal électrique de sortie du résonateur (1), on détermine la fréquence de résonance du résonateur (1) en présence de l'élément (2) dans sa cavité, à partir des variations du signal de sortie et on détermine, à partir de la fréquence de résonance du résonateur en présence de l'élément (2), la valeur ou la conformité par rapport à une valeur de référence de la densité du matériau de l'élément (2). On peut déterminer, à partir de la fréquence de résonance du résonateur (1) en présence de l'élément (2) la constante diélectrique relative (epsilonr ) du matériau de l'élément (2) et la densité du matériau par rapport à une densité théorique.

Description

L'invention concerne un procédé de contrôle de la densité d'éléments en un matériau compacté, tel que des pastilles de combustible nucléaire.

Les assemblages de combustible utilisés pour constituer le cceur d'un reacteur nucléaire, par exemple le coeur d'un réacteur nucleaire refroidi par l'eau sous pression, sont généralement constitués des éléments combustibles appelés crayons, assemblés entre eux sous forme d'un fais ceau dans lequel les crayons de combustible de forme cylindrique allongée sont parallèles entre eux.

Chacun des crayons est constitué par un tube de gainage dans lequel sont empilés des pastilles de combustible de forme cylindrique.

Les pastilles de combustible sont obtenues par compactage et frittage d'une poudre constituée par exemple par de l'oxyde d'uranium U02.

Le contrôle de la masse spécifique des pastilles de combustible nu cléaire est un contrôle extrêmement important, du fait de l'influence majeure ce paramètre sur le comportement du combustible dans le réacteur nu- cleaire. En effet, des variations de la masse spécifique des pastilles (ou de la densité de ces pastilles par rapport à la densité théorique du matériau combustible) induisent des variations de flux thermique dans le réacteur.

II est donc nécessaire de contrôler la masse spécifique ou la densité des pastilles de combustible, à l'issue de la fabrication. Dans les usines de fabrication de pastilles de combustible, on effectue généralement un con trôle par échantillonnage, sur des pastilles qui ont été prélevées sur la fabri cation. On effectue sur les pastilles constituant les échantillons prélevés, des mesures de densité par une méthode telle que la pycnométrie au mercure ou au gaz, la mesure de la densité à partir de la poussée d'Archimède lors l'immersion des pastilles ou encore la mesure géométrique des pastilles. Toutes ces techniques présentent des inconvénients - la pycnométrie au mercure ou au gaz, qui doit s'effectuer sous vide sous pression, est une méthode peu pratique, longue et destructrice ; - la mesure par poussée d'Archimède nécessite de multiples manipu lations successives et altère le produit qui doit être soigneusement séché, si veut l'utiliser pour le chargement d'un crayon de combustible. De plus, équipements de pesée, qui doivent être extrêmement précis, sont sensi- bles aux variations ambiantes, par exemple de température et doivent être localisés dans une enceinte climatisée. II faut également effectuer la mesure à l'aide produit mouillant. Les pesées successives dans l'eau et dans l'air sont donc longues ; - enfin, la mesure géométrique ne permet qu'une détermination ap prochée elle ne tient pas compte des aspérités de surface des pastilles (par exemple porosité ouverte des pastilles).

De manière générale, toutes les mesures globales effectuées sur pastilles, par exemple des mesures de volume, sont des mesures qui vent faire intervenir des paramètres entraînant des erreurs sur la mesure la masse spécifique, par exemple des défauts de surface ou des éclats sur les pastilles.

Dans le cas de mesures effectuées par immersion, on a proposé, dans le -0.612.995, d'utiliser des robots de manipulation qui permettent d'accroître rapidité et la productivité du procédé de contrôle.

Toutefois, il subsiste des défauts inhérents aux procédés de mesure par immersion qui ont été rappelés plus haut.

En outre, tous les procédés de mesure qui ont été mis en ceuvre qu'ici ne permettent d'effectuer des déterminations de la densité des tilles d'une fabrication que par échantillonnage.

Pour effectuer un contrôle efficace d'une fabrication, d'une manière telle qu'on puisse garantir les propriétés de tous les éléments combustibles fabriqués à partir des pastilles de la fabrication, il est souhaitable et même nécessaire d'effectuer un contrôle de la masse spécifique ou de la densité de chacune des pastilles de la fabrication, de manière continue, par un cédé rapide, précis et fiable et qui n'altère pas le produit.

sait qu'il existe une relation linéaire entre la constante diélectrique d'un matériau compacté et/ou fritté tel que l'oxyde d'uranium U02 et le pour centage porosités dans le matériau. En d'autres termes, il existe re lation quasi linéaire entre la constante diélectrique d'un tel matériau pacté et la densité du matériau, exprimée en pourcentage de la densité théorique du matériau. Cependant, on n'a jamais proposé d'utiliser telle propriété pour effectuer le contrôle de densité à 100 % et en continu d'une fabrication de pastilles compactées et frittées, telles que des pastilles de combustible nu cléaire.

Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de contrôle de la densité d'éléments de forme et de dimensions sensiblement constantes en un matériau compacté, tel que des pastilles de combustible de forme cy lindrique, ce procédé permettant d'effectuer de maniere, précise, rapide et fiable le contrôle en continu et à 100 % des éléments sortie de fabrication industrielle.

Dans ce but, on introduit les éléments en continu, à la suite l'un de l'autre, dans une cavité d'un résonateur ayant une forme et une dimension déterminant sa fréquence propre de résonance à vide adaptées à la forme et à la dimension des éléments, on soumet le résonateur à un signal à haute fréquence dont on fait varier la fréquence dans un intervalle prédéterminé, on détecte un signal électrique de sortie du résonateur, on détermine la fré quence de résonance du résonateur en présence de l'élément à partir des variations du signal de sortie, et on détermine, à partir de la fréquence de résonance du résonateur en présence de l'élément qui est dépendante de la constante diélectrique relative du matériau et de la fréquence propre du ré sonateur à vide, la valeur ou la conformité par rapport à une valeur de réfé rence de la densité du matériau des éléments qui liée à la constante di électrique par une loi de corrélation.

L'invention est également relative à un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé de contrôle suivant l'invention.

Afin de bien faire comprendre l'invention, on décrire à titre d'exem ple en se référant aux figures jointes en annexe, un dispositif permettant la mise en oeuvre d'un procédé de contrôle suivant l'invention utilisé pour ef fectuer le contrôle en continu à 100 % de la densité pastilles de combus tible nucléaire provenant d'une fabrication industrielle.

La figure 1 est une vue schématique du dispositif utilisé pour mettre en oeuvre le procédé de contrôle de densité. La figure 2 est une vue en perspective éclatée du résonateur du dis positif représenté sur la figure 1.

Les figures 3A à 3F sont des diagrammes donnant différents para mètres, en fonction de la densité, des pastilles de matériau combustible. procédé selon l'invention est mis en oeuvre pour contrôler en con tinu et 100 % la densité de pastilles frittées en un matériau combustible nucléaire tel que l'oxyde d'uranium U02, en sortie d'une ligne de fabrication industrielle.

procédé suivant l'invention peut être mis en oeuvre pour détermi ner la densité ou la masse spécifique de chacune des pastilles la fabrica tion ou encore pour déterminer si la masse spécifique ou densité est con forme à des exigences de fabrication déterminées.

Le procédé suivant l'invention permet également de déterminer en continu la masse linéique des pastilles, c'est-à-dire la masse pastilles par unité de longueur, en effectuant une mesure de diamètre chacune des pastilles, par exemple en sortie d'une unité de rectification pastilles. La longueur des pastilles, qui sont amenées à défiler en contact bout à bout peut être mesurée en utilisant des palpeurs ou un laser.

Chacune des pastilles de la fabrication présente par exemple une forme cylindrique, une longueur qui peut être comprise entre 1 et 15 mm et un diamètre de l'ordre de 8 à 9 mm.

Le contrôle (ou la mesure de la densité, de la masse spécifique ou de la masse linéique des pastilles) est effectué en mesurant la variation de la fréquence de résonance d'un résonateur excité par un courant haute fré quence, due à la présence d'une pastille de combustible dans le résonateur.

Comme il sera expliqué plus loin, pour le contrôle de pastilles cylindri ques, on utilise un résonateur ayant une cavité cylindrique.

exploite le résonateur en mode TM010, c'est-à-dire en mode transversal magnétique, de telle sorte que la fréquence de résonance dé pende seulement du diamètre du résonateur. La fréquence de résonance du résonateur à vide peut être donnée par la formule

avec : fréquence de résonance du résonateur à vide, vitesse de la lumière, D : diamètre du résonateur.

Lorsqu'on charge le résonateur par introduction d'une pastille oxyde d'uranium U02 fritté au centre de la cavité, la fréquence de résonance du résonateur est modifiée, de sorte que cette fréquence prenne une valeur fi.

La mesure de la fréquence de résonance fi en présence d'une pastille et la détermination de la différence of = fo - fi entre la fréquence de réso nance à vide et la fréquence de résonance à l'état chargé du résonateur permet de calculer la constante diélectrique relative du matériau de la pas tille par la relation

dans laquelle D est le diamètre du résonateur, d est le diamètre de la pastille, fo est la fréquence de résonance du résonateur à vide, 4f est la variation de fréquence du résonateur entre les états à vide et turbé, et sr est la constante diélectrique relative du matériau de la pastille.

Pour obtenir une mesure précise, il est nécessaire que le diamètre l'élément perturbant, c'est-à-dire de la pastille soit très inférieur au diamètre du résonateur.

Sur la figure 1, on a représenté de manière schématique une installa tion permettant d'effectuer le contrôle de pastilles de combustible par le pro cédé suivant l'invention.

Le dispositif représenté sur la figure 1 comporte un résonateur ayant une cavité cylindrique dans laquelle on introduit les unes à la suite des autres des pastilles de combustible 2, suivant la direction verticale axiale 3 du résonateur, de manière que les pastilles soient introduites en continu dans le résonateur et constituent pratiquement un train de pastilles continu en défilement dans la cavité du résonateur.

Comme représenté sur la figure 2, le résonateur 1 peut être constitué à partir d'éléments en forme de disques 4a, 4b et 5 qui sont rapportés l'un sur l'autre et fixés entre eux par des ensembles à vis et écrous 6, 6', les vis étant engagées dans des ouvertures périphériques alignées des disques 4a, 4bet5.

Le disque 5, de forme annulaire, qui est intercalé entre les disques 4a et 4b dans position de montage du résonateur, comporte une ouverture interne circulaire dont les disques d'extrémité 4a et 4b assurent la fermeture dans la position de montage du résonateur. L'ouverture interne du disque annulaire 5 fermée par les disques d'extrémité 4a et 4b constitue la cavité du résonateur diamètre D et de hauteur h.

Le diamètre D est très supérieur au diamètre des pastilles maté riau combustible nucléaire. La hauteur h de la cavité du résonateur est en revanche inferieure à la longueur des pastilles 2 en matériau combustible. Par exemple pour une géométrie particulière de pastilles, le diamètre de la cavité peut être de 50 à 100 mm pour des diamètres de pastilles 8 à 9 mm et la hauteur h peut être de l'ordre de 8 à 10 mm. On peut ainsi effectuer des mesures individuelles sur chacune des pastilles en défilement dans la partie centrale de la cavité du résonateur 1.

Les disques d'extrémité 4a et 4b de fermeture de la cavité réso nateur comportent, dans leur partie centrale, un tube de guidage respectif 7a et 7b, les tubes 7a et 7b étant placés avec leurs axes alignés et coaxiale- ment par rapport à la cavité du résonateur 1. Les tubes 7a et 7b permettent de guider les pastilles de combustible, de manière à leur faire traverser la cavité du résonateur, dans une disposition coaxiale par rapport à cette cavi té.

Les disques constituant le résonateur sont généralement réalisés en cuivre et parfaitement polis et les tubes de guidage 7a et 7b des pastilles de combustible peuvent être revêtus intérieurement de téflon qui ne présente aucun risque de nocivité vis à vis des pastilles, pour permettre un meilleur glissement des pastilles de combustible pour éviter toute détérioration de ces pastilles, lors de leur passage dans le résonateur.

L'un des disques 4a d'extrémité du résonateur est traversé par des ouvertures dans lesquelles sont engagées une première antenne 8 permet tant d'appliquer un signal d'entrée haute fréquence au résonateur et une se conde antenne 10 constituant un détecteur.

Comme il est visible sur la figure 1, la première antenne 8 est reliée l'intermédiaire d'un isolateur 9 à un oscillateur de commande 11. L'os cillateur 11 permet de transmettre vers le résonateur signal haute fré quence d'excitation du résonateur.

L'oscillateur 11 qui constitue une source de signal haute fréquence commandé par une tension variable permettant de régler la fréquence du signal produit. Un tel oscillateur commandé par un courant de tension varia ble est généralement désigné par l'appellation VCO (Voltage Controlled Os- cillator).

Les antennes 8 et 10 sont des antennes couplées capacitives. L'an tenne 8 reçoit de l'oscillateur 11, un signal à très haute fréquence dont la fréquence peut être comprise entre 2 et 4 GHz, c'est-à dire un signal d'une fréquence située dans la régions des micro-ondes. Cette zone de fréquence a été choisie pour transmettre les signaux sans contact électrique, par l'in termédiaire des antennes capacitives.

L'oscillateur 11, qui est constitué par un dispositif électronique ampli ficateur comportant un transistor, est piloté par une tension de commande V représentée sur le graphique indiqué par la référence 3 sur la figure 1. La tension de commande V peut être réglée par pas entre 0 et 45 volts, de ma nière à régler la fréquence du signal produit par le VCO, successivement à plusieurs fréquences parfaitement définies et comprises dans l'intervalle de 2 à 4 GHz. La commande du VCO est réalisée à partir d'un micro-ordinateur auquel est associée une carte A/D 15 de conversion des signaux digitaux signaux analogiques ou, inversement, de conversion de signaux analogi ques en signaux digitaux.

Les signaux haute fréquence sont transmis à l'antenne capacitive 8, l'intermédiaire de l'isolateur 9 qui permet d'absorber l'énergie réfléchie par le résonateur (due à une mauvaise adaptation de l'impédance), de sorte que le fonctionnement du VCO ne soit pas influencé par les signaux réflé chis.

L'antenne 10 est reliée à un détecteur 12 constitué par une diode est sensible fréquences dans la région des micro-ondes et qui fournit une tension continue variable en fonction de l'amplitude du champ électro magnétique produit dans le résonateur. La tension continue variable fournie par la diode transmise par l'intermédiaire d'une carte de conversion 16 au micro-ordinateur 14.

Le signal de tension fourni par le détecteur 12 constitué par une diode est représenté par un graphique sous la référence 17 sur la figure 1.

Le principe de la mesure est le suivant.

On introduit l'une à la suite de l'autre, de manière continue, par dépla cement dans la direction de la flèche verticale 3, des pastilles de matériau combustible 2, dans la partie centrale axiale de la cavité du résonateur 1.

On a déterminé, préalablement, la fréquence de résonance à vide fo de la cavité résonateur 1.

Pour déterminer la fréquence f, du résonateur perturbé par la pré sence d'une pastille 2, on commande, à partir du micro-ordinateur 14, la ten sion de commande du VCO 11, de manière à obtenir un balayage en fré quence entre et 4 GHz, cette variation étant obtenue par augmentation par pas de la tension de commande entre 0 et 45 volts. La variation correspon dante de la fréquence est sensiblement linéaire dans une partie de l'inter valle de fréquences entre 2 et 4 GHz.

Le détecteur 12 relié à l'antenne de mesure 10 fournit une tension continue dont l'amplitude est proportionnelle à l'amplitude du champ magné tique dans la cavité du résonateur. Le micro-ordinateur 14 recevant le signal de tension continue de la diode 12 par l'intermédiaire de la carte A/D permet de déterminer la fréquence du signal d'excitation pour laquelle la tension de la diode passe par un maximum. Cette fréquence correspond à la fréquence de résonance f, du résonateur en présence de la pastille 2. Le calculateur permet de déterminer la fréquence of = fo - f, à partir de cette différence de fréquence, la constante diélectrique relative à partir de la formule (2) donnée ci-dessus.

La valeur calculée de la constante diélectrique sr peut être utilisée pour determiner la masse spécifique ou la proportion de la densité théorique de la pastille de combustible, à partir d'une courbe d'étalonnage donnant la masse spécifique ou la densité relative du matériau combustible nucléaire, en fonction de sa constante diélectrique relative.

courbe d'étalonnage est pratiquement une droite, la relation entre la constante diélectrique relative et la densité (ou le pourcentage de porosi tés) d'un matériau fritté tel que l'oxyde d'uranium U02 étant quasi linéaire.

Une telle courbe d'étalonnage relative à l'oxyde d'uranium U02 est donnée par exemple dans un article de D. J. HUNTLEY "The dielectric constant of U02 and its variation with porosity" paru dans la revue Canadian Journal of Physics, vol. 44 (1966).

II est possible également d'établir, préalablement aux mesures, une courbe d'étalonnage relative au matériau compacté fritté sur lequel on réa lise les mesures.

Les données d'étalonnage sont introduites dans le micro-ordinateur 14 qui permet de déterminer directement la densité par rapport à densité théorique des pastilles ou encore la masse spécifique des pastilles.

II est possible également, comme indiqué plus haut, en réalisant des mesures de diamètre et de longueur sur les pastilles, de déterminer la masse linéique des pastilles, c'est-à-dire la masse par unité de longueur de ces pastilles.

On entre également dans le micro-ordinateur 14 des valeurs limites pour le paramètre choisi, qu'il s'agisse de la masse spécifique, de densité ou de la masse linéique, de manière à réaliser un contrôle des pastilles à 100 % et en continu, au cours de la fabrication des éléments de combusti ble. Lorsque le micro-ordinateur 14 détecte une valeur du paramètre choisi en dehors de l'intervalle prédéterminé, un signal est émis et/ou la pastille sur laquelle on a mesuré une valeur non satisfaisante du paramètre est éliminée de la fabrication. manière habituelle, on vérifiera que la densité (ou la masse spéci fique linéique) est supérieure à une valeur limite prédéterminée.

II est possible également d'effectuer le contrôle sans calcul de la den sité ou de la masse spécifique ou linéique et même sans calcul de la cons tante dielectrique, en réalisant un étalonnage à partir des fréquences de ré sonance.

Lorsque la fréquence de résonance de la cavité 1 en présence d'une pastille dépasse une certaine valeur prédéterminée, on émet un signal ou on élimine pastille de la fabrication.

Le procédé suivant l'invention peut donc être utilisé comme procédé de contrôle de fabrication ou comme procédé de mesure d'un paramètre. Dans tous les cas, la mesure est effectuée suivant la hauteur de la cavité qui est inférieure à la longueur d'une pastille, cette hauteur étant défi nie en fonction de la longueur d'onde du signal transmis par l'électrode 8 à la cavité du résonateur. Pour obtenir des valeurs représentatives des fréquen ces de résonance dans la cavité en présence des pastilles, est nécessaire que la file de pastilles 2 introduites dans la cavité du résonateur par l'inter médiaire des tubes de guidage 7a et 7b soit pratiquement continue, les pas tilles étant en contact bout à bout. Cette disposition de la file de pastilles permet également de réaliser des mesures précises de longueur des pas tilles.

La qualité des mesures dépend du facteur de qualité Q du résona teur. Ce facteur de qualité Q est donné par la formule Q = f,ldf(-3dB). Dans cette formule, fr est la fréquence de résonance et df(-3dB) la largeur du pic de résonance à 3 décibels du pic relatif à la résonance. Le facteur de qualité _.Q définit donc la variation d'amplitude du signal autour de la fré quence de résonance. Bien entendu, plus le paramètre largeur du pic de résonance à 3 décibels en-dessous du maximum du pic faible, c'est-à- dire plus le pic est étroit, meilleure est la mesure de la fréquence de réso nance f, On recherche donc des valeurs élevées du facteur de qualité Q et en particulier des valeurs supérieures à 1700 pour effectuer des mesures précises de la fréquence de résonance. Lors de l'introduction d'une pastille dans la cavité du résonateur, il se produit un élargissement du pic de résonance et donc le facteur de qualité Q diminue.

A partir de la diminution du facteur de qualité Q, on peut calculer les pertes diélectriques de la pastille. Les pertes diélectriques C" caractérisent l'absorption des micro-ondes dans le matériau de la pastille. La valeur com plexe des pertes diélectriques J est définie par la formule : s* = e' + j s'. Le rapport s"/s' des parties imaginaire et réelle des pertes diélectriques donne la valeur du paramètre tg8, 8 étant l'angle de pertes diélectriques.

La valeur s' étant pratiquement constante, la partie imaginaire F-" ou le paramètre tg8 sont représentatifs des pertes diélectriques dues à la pastille, c'est-à-dire à la puissance d'énergie électromagnétique absorbée par la pastille dans la cavité.

Ces paramètres, qui peuvent être calculés à partir des caractéristi ques du pic de résonance du résonateur en présence d'une pastille, ainsi que le facteur de qualité pourraient être utilisés éventuellement pour effec tuer le controle de densité des pastilles. On compare pour cela valeur du paramètre à valeur prédéterminée correspondant à une valeur limite de la densité.

On peut augmenter le facteur de qualité Q du résonateur à vide en augmentant qualité de surface des parois de la cavité du résonateur, par exemple en effectuant un électropolissage sur les pièces de cuivre délimitant la cavité.

A titre d'illustration des différentes variantes du procédé l'invention, on a effectué des mesures sur des pastilles en oxyde d'uranium U02 dont les densités ont été ajustées à des valeurs différentes et parfaitement dé terminées, comprises entre 80 et 100 % de la densité théorique.

Chacune des pastilles d'un type donné (numérotée 1 à 12) pré sente un diamètre voisin de 8 mm qui est mesuré de manière très précise. On mesure la fréquence de résonance à vide du résonateur fo et la fréquence de résonance fr à l'état perturbé, en présence de chacune des pastilles successivement. mesure et on calcule de plus, pour chacune pastilles, l'amor tissement du signal dB, le facteur de qualité Q, la constante diélectrique re lative Er, partie imaginaire des pertes diélectriques E" et paramètre tg8.

résultats sont reportés dans le tableau ci-dessous.

Dans la première colonne du tableau on a porté le numéro corres pondant à pastille, dans la seconde colonne, la densité de la pastille (en pourcentage de la densité théorique) dans la troisième colonne, le diamètre de la pastille et, dans les colonnes suivantes, les paramètres f, dB, Q, Er, tgâ et E" mentionnés plus haut.

De plus, la valeur des différents paramètres indiqués ci-dessus en fonction de densité des pastilles définie par rapport à la densité théorique ont été reportées sur des graphiques correspondant aux figures 3A, 3B, 3C, 3D, 3E et 3F.

Comme il est visible sur les figures, on obtient dans tous les cas une relation linéaire entre le paramètre et la densité des pastilles.

Il donc possible d'utiliser, pour effectuer le contrôle de densité pastilles, seulement la mesure de la fréquence de résonance mais core les valeurs calculées du facteur de qualité, de la constante diélectrique relative c,, des pertes diélectriques s" ou de la tangente de l'angle de pertes diélectriques qui peuvent être comparées à une valeur prédéterminée respondant une valeur limite de la densité du matériau des pastilles.

Les mesures sur chacune des pastilles introduites dans la cavité résonateur peuvent être réalisées en un temps extrêmement court, de l'ordre de 50 millisecondes maxi. On peut donc envisager un contrôle en continu et à 100% pastilles de combustible d'une fabrication, avec un bon rende ment.

Le procédé de contrôle suivant l'invention peut être mis en oeuvre dans une partie quelconque d'une ligne de fabrication d'éléments de - bustible, à partir de pastilles de combustible fritté provenant d'une fabrica tion.

En particulier, le procédé peut être mis en oeuvre après une unité rectification des pastilles, avant le remplissage des gaines des éléments de combustible par les pastilles.

Le procédé suivant l'invention permet en particulier d'éliminer les pas tilles dont les densités ne sont pas satisfaisantes.

L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit. On peut utiliser un résonateur d'une forme différente de celle qui a été décrite, la forme et les dimensions du résonateur et en particulier la forme et dimensions de la cavité du résonateur étant définies fonction de la forme et des dimensions des éléments dont on réalise le contrôle de densité. De même, on peut réaliser l'excitation du résonateur par un signal haute fréquence d'une manière différente de celle qui a éte décrite et dé tecter le signal représentatif du champ électromagnétique dans le résonateur présence d'un élément, en utilisant des moyens différents d'une antenne et d'une diode.

L'invention peut s'appliquer â des mesures de densité de matériaux compactés et/ou frittés différents de l'oxyde d'uranium ou de tout autre maté riau combustible nucléaire, même non conducteurs.

Claims (9)

1. <U>REVENDICATIONS</U> 1. Procédé de contrôle de la densité d'éléments (2) de forme et de dimensions sensiblement constantes en un matériau compacté tels que des pastilles combustible nucléaire de forme cylindrique, caractérisé par fait qu' introduit les éléments en continu, l'un à la suite de l'autre, dans une cavité d'un résonateur (1) ayant une forme et une dimension détermi nant sa fréquence propre de résonance à vide (fo), adaptées à la forme et à la dimension des éléments (2), qu'on soumet le résonateur (1) à un signal haute fréquence dont on fait varier la fréquence dans un intervalle prédéter miné, qu'on détecte un signal électrique de sortie du résonateur (1), qu'on détermine la fréquence de résonance (fi) du résonateur (1) en présence de l'élément (2) à partir des variations du signal de sortie, et qu'on détermine, à partir de la fréquence de résonance (fi) du résonateur en présence de l'élé ment qui est dépendante de la constante diélectrique relative (Er) du mate- riau et de la fréquence propre (fo) du résonateur à vide, la valeur ou la - formité par rapport à une valeur de référence, de la densité du matériau des éléments qui est liée à la constante diélectrique (g,) par une loi de corréla tion.
2. 2. Procédé de contrôle suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que, dans le cas d'éléments (2) constitués par des pastilles en oxyde d'uranium U02, on fait varier la fréquence du signal dans un intervalle pris sensiblement entre 2 et 4 GHz.
3. 3. Procédé de contrôle suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'on détermine, à partir des caractéristiques pic de résonance du résonateur (1) en présence de l'élément (2), l'un moins des paramètres suivants : fréquence de résonance du résonateur facteur de qualité Q en présence de l'élément (2), constante diélectrique lative (sr) du matériau des éléments (2), pertes diélectriques (s") dans le matériau des éléments (2), tangente 8 (tangente de l'angle de pertes 8) qu'on compare la valeur mesurée à une valeur prédéterminée correspondant à une valeur limite de la densité du matériau des éléments (2).
4. 4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans le cas où les éléments (2) sont des éléments produits en grand nombre une fabrication industrielle, par exemple des pastilles en matériau com bustible nucléaire, caractérisé par le fait qu'on réalise un contrôle continu et à 100 % des éléments (2) de la fabrication industrielle, en introduisant les éléments (2) de manière continue dans la cavité du résonateur (1) et dé terminant la fréquence de résonance (f,) de la cavité (1) du résonateur (1) en présence de chacun des éléments (2) successivement.
5. 5.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à ca ractérisé par le fait qu'on calcule la constante diélectrique relative du maté riau des éléments (2) par la formule

   

   avec D = diamètre du résonateur (1), d = diamètre des éléments 2, fo = fréquence de résonance à vide du résonateur (1), Of=fo- fi = fréquence de résonance de la cavité du résonateur (1) en présence d'un élément dans la cavité.
6. 6.- Procédé suivant la revendication 5, caractérisé par le fait qu'on détermine l'un au moins des paramètres : densité relative par rapport à la densité théorique, masse spécifique, masse linéique des éléments (2), à partir de la constante diélectrique relative (s,).
7. 7. Dispositif de contrôle de la densité d'éléments (2) de forme et de dimension sensiblement constantes en un matériau compacté, tel que des pastilles combustible nucléaire de forme cylindrique, caractérisé par le fait qu'il comporte un résonateur (1) ayant une cavité dont la forme et la di mension sont adaptées à la forme et à la dimension des éléments un oscillateur (11) à fréquence commandée par une tension électrique, première antenne capacitive (8) reliée à l'oscillateur (11) et couplée réso nateur (1), une seconde antenne capacitive (10) couplée au résonateur (1) et reliée à un détecteur (12) d'un signal électrique ainsi que des moyens de commande et de calcul (14) pour régler la fréquence de l'oscillateur 1) à une pluralité de valeurs comprises dans un intervalle de fréquences déter miné et pour analyser le signal électrique du détecteur (12), afin de détermi ner la fréquence de résonance du résonateur (1) en présence d'un élément (2) introduit dans la cavité du résonateur.
8. 8.- Dispositif suivant la revendication 7, pour le contrôle de pastilles de combustible de forme cylindrique, caractérisé par le fait que le résonateur (1) comporte une cavité cylindrique et des moyens de guidage tubulaire , des pastilles cylindriques (2) pour les introduire dans une direction axiale dans la cavité du résonateur (1).
9. 9.- Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé par le fait que le résonateur est constitué par des pièces de cuivre, les surfaces de la cavité ayant un très bon état de surface, obtenu par exemple par électropolissage.