FR2803393A1

FR2803393A1 - Monitoring system for deep storage of radioactive waste, uses fibreoptic coupled spectrometer is non intrusive

Info

Publication number: FR2803393A1
Application number: FR9916765A
Authority: FR
Inventors: Pascal Lermechin
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 1999-12-30
Publication date: 2001-07-06
Anticipated expiration: 2019-12-30
Also published as: FR2803393B1

Abstract

The monitoring system has a laser diode optical spectrometer (24-26) linked to the distant chamber (2) by an optical fibre (22) viewing a reflector (23) through a window (21) in the outer enclosure (3) to detect characteristic gas escaping from the inner enclosure (4) containing the radioactive waste (6).

Description

DISPOSITIF DE SURVEILLANCE DE COLIS ASSURANT L'ENTREPOSAGE DE DECHETS HAUTEMENT RADIOACTIFS La présente invention se rapporte à un dispositif de surveillance colis assurant l'entreposage de déchets hautement radioactifs. The present invention relates to a package monitoring device ensuring the storage of highly radioactive waste.

Les déchets hautement radioactifs (combustible irradié), provenant du coeur de réacteurs nucléaires, sont généralement stockés dans colis de confinement entreposés dans des grottes à grande profondeur, pendant de très longues durées (dépassant généralement cent ans). Ces colis comportent une première enceinte ou enveloppe intérieure metallique par exemple, au contact de ces matières radioactives et emplie d'un gaz tel que l'hélium, l'argon ou un autre gaz neutre, entourée à distance une seconde enceinte ou enveloppe, en béton ou acier par exemple, l'intervalle entre ces deux enceintes étant rempli d'un autre gaz (de l'air exemple). Afin de détecter d'éventuelles fissures de la première enceinte, on prelève une petite quantité de cet autre gaz, qui est analysée dans un poste d'analyse distant. Une telle procédure est intrusive , c'est-à-dire qu'elle nécessite le perçage de la seconde enceinte et la fixation d'un sytème de type STAUBLI sur cette enceinte, et le prélèvement d'une certaine quantité de gaz. En outre, elle nécessite des opérations de maintenance préventive (surveillance des matériels de prélèvement, dépollution éventuelle ... ). Ces inconvénients rendent la surveillance des colis onéreuse et complexe, d'autant plus que les lieux de stockage renferment généralement grand nombre de tels colis. De plus, ce procédé de surveillance ne permet pas de surveillance en temps réel du fait que les opérations de prélèvement et d'analyse sont relativement longues. Highly radioactive waste (irradiated fuel), originating from the core of nuclear reactors, is generally stored in containment packages stored in caves at great depth, for very long periods (generally exceeding one hundred years). These packages comprise a first metallic interior enclosure or envelope for example, in contact with these radioactive materials and filled with a gas such as helium, argon or another neutral gas, surrounded at a distance by a second enclosure or envelope, in concrete or steel for example, the interval between these two enclosures being filled with another gas (air for example). In order to detect possible cracks in the first enclosure, a small amount of this other gas is taken, which is analyzed in a remote analysis station. Such a procedure is intrusive, that is to say it requires the drilling of the second enclosure and the fixing of a STAUBLI type system on this enclosure, and the removal of a certain amount of gas. In addition, it requires preventive maintenance operations (monitoring of sampling equipment, possible remediation, etc.). These drawbacks make monitoring packages expensive and complex, especially since the storage places generally contain a large number of such packages. In addition, this monitoring method does not allow monitoring in real time because the sampling and analysis operations are relatively long.

La présente invention a pour objet un dispositif de surveillance de colis de stockage de déchets hautement toxiques, en particulier radioactifs, soit simple, peu onéreux, non intrusif, et qui permette une surveillance automatique en temps réel. The subject of the present invention is a device for monitoring packages for the storage of highly toxic, in particular radioactive, waste, that is to say simple, inexpensive, non-intrusive, and which allows automatic monitoring in real time.

Le dispositif de surveillance conforme à l'invention comporte un dispositif de mesure optique spectrométrique, extérieur au colis, relié optiquement au colis et mesurant, à travers au moins une fenêtre de l'enveloppe extérieure, la composition du gaz présent entre les deux enceintes. Selon un aspect de l'invention, le dispositif de mesure optique comporte une diode laser. La présente invention sera mieux comprise ' la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation, pris titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est une vue partielle en coupe d'un dispositif de surveillance de l'art antérieur, et - la figure 2 est une vue partielle en coupe d'un dispositif de surveillance conforme à l'invention. The monitoring device according to the invention comprises a spectrometric optical measurement device, outside the package, optically connected to the package and measuring, through at least one window of the outer envelope, the composition of the gas present between the two enclosures. According to one aspect of the invention, the optical measurement device comprises a laser diode. The present invention will be better understood on reading the detailed description of an embodiment, taken by way of nonlimiting example and illustrated by the appended drawing, in which - Figure 1 is a partial sectional view of a device of the prior art, and - Figure 2 is a partial sectional view of a monitoring device according to the invention.

L'invention est décrite ci-dessous en référence à la surveillance colis contenant des déchets hautement radioactifs mais il est bien entendu qu'elle n'est pas limitée à cette seule application, qu'elle peut être mise en oeuvre dans d'autres domaines pouvant présenter du danger pour le personnel impliqué dans ces domaines. Ces domaines sont ceux pour lesquels on doit soit surveiller la qualité d'un ou de plusieurs gaz, soit la qualité d'un gaz auxiliaire qui permet de surveiller indirectement un phenomène influençant ce gaz auxiliaire et qu'il serait dangereux, difficile ou impossible à surveiller directement. II s'agit en particulier d'un phénomène mettant en ceuvre ou pouvant produire des produits toxiques. The invention is described below with reference to package monitoring containing highly radioactive waste but it is understood that it is not limited to this single application, that it can be implemented in other fields may be dangerous for personnel involved in these areas. These fields are those for which one must either monitor the quality of one or more gases, or the quality of an auxiliary gas which makes it possible to indirectly monitor a phenomenon influencing this auxiliary gas and which it would be dangerous, difficult or impossible to monitor directly. It is in particular a phenomenon involving or capable of producing toxic products.

On a représenté en figure 1, de façon simplifiée, une galerie souterraine 1 dans laquelle sont entreposés des colis contenant des déchets hautement radioactifs tels que des combustibles irradiés. Un seul colis, réferencé 2, a été partiellement représenté sur cette figure. Le colis 2 est formé d'une enveloppe de confinement extérieure 3 et d'une enveloppe de confinement intérieure 4. L'enveloppe 3 entoure à distance l'enveloppe 4, et l'espace 5 compris entre ces deux enveloppes est rempli d'air ou d'un autre Des déchets radioactifs 6 sont disposés dans l'enceinte 4 et baignent dans un gaz 7 neutre, tel que de l'hélium ou un autre gaz. Une conduite 8 traverse la paroi supérieure de l'enveloppe 3 et se termine par une vanne (ou electro-vanne) 9 fixée à la face supérieure de cette paroi supérieure. Un dispositif de raccordement 10, de type Staubli est relié à la sortie de la vanne 9. Ce dispositif 10 coopère avec un raccord correspondant 11 fixé sur une platine 12 mobile verticalement sous l'action d'un moteur 13. Un capteur de position 14, fixé à la platine 12, coopère avec un élément de référence 15, fixé sur la face supérieure de la paroi supérieure de l'enveloppe 3, pour déterminer la position verticale de la platine 12. Au repos, c'est-à-dire en dehors des périodes de prélèvement et de mesure de l'air contenu dans l'espace 5, la platine est éloignée de l'enceinte 3. Pour effectuer des mesures, on rapproche la platine 12 de l'enceinte 3 jusqu'à ce que les raccords 10 et 11 soient enclenchés (ce qui est déterminé par le capteur avec l'aide de l'élément 15). La sortie du raccord 11 est reliée par conduite 16 à un réservoir amovible 17 disposé dans une galerie de maintenance 18 longeant, à une distance suffisante, la galerie d'entreposage 1. Le personnel de maintenance collecte le réservoir 17, après son remplissage par le gaz prélevé et l'emporte jusqu'au lieu d'analyse. caméra de surveillance 19 est disposée dans la galerie 1 pour surveiller particulier le fonctionnement de la platine 12 et des éléments qu'elle porte. There is shown in Figure 1, in a simplified manner, an underground gallery 1 in which are stored packages containing highly radioactive waste such as spent fuel. A single package, referenced 2, has been partially shown in this figure. The package 2 is formed by an outer confinement envelope 3 and an inner confinement envelope 4. The envelope 3 surrounds the envelope 4 from a distance, and the space 5 between these two envelopes is filled with air or another Radioactive waste 6 is disposed in the enclosure 4 and is immersed in a neutral gas 7, such as helium or another gas. A pipe 8 passes through the upper wall of the casing 3 and ends with a valve (or electro-valve) 9 fixed to the upper face of this upper wall. A connection device 10, of the Staubli type is connected to the outlet of the valve 9. This device 10 cooperates with a corresponding connection 11 fixed on a plate 12 movable vertically under the action of a motor 13. A position sensor 14 , fixed to the plate 12, cooperates with a reference element 15, fixed on the upper face of the upper wall of the casing 3, to determine the vertical position of the plate 12. At rest, that is to say outside the periods of sampling and measuring the air contained in the space 5, the plate is distant from the enclosure 3. To carry out measurements, the plate 12 is brought closer to the enclosure 3 until the connections 10 and 11 are engaged (which is determined by the sensor with the help of element 15). The outlet of the connector 11 is connected by pipe 16 to a removable tank 17 disposed in a maintenance gallery 18 running, at a sufficient distance, from the storage gallery 1. The maintenance personnel collect the tank 17, after filling it with the gas sampled and carries it to the place of analysis. surveillance camera 19 is arranged in the gallery 1 to monitor in particular the operation of the plate 12 and the elements which it carries.

On a représenté en figure 2, de la même manière, les galeries 1 et 18 et les mêmes éléments que ceux de la figure 1 y sont affectés des mêmes références numériques. L'enceinte contenant les déchets radioactifs est référencée 2', car son enveloppe extérieure 3' est légèrement différente celle, référencée 3, de la figure 2. Les éléments 4 à 7 et 19 sont les mêmes que ceux de la figure 1. There is shown in Figure 2, in the same way, the galleries 1 and 18 and the same elements as those of Figure 1 are assigned the same reference numerals. The enclosure containing the radioactive waste is referenced 2 ′, because its outer envelope 3 ′ is slightly different from that, referenced 3, of FIG. 2. The elements 4 to 7 and 19 are the same as those of FIG. 1.

L'enveloppe 3' a été modifiée de la façon suivante par rapport a l'enveloppe 3. Sa paroi supérieure n'est plus traversée par aucune conduite, tandis que sa paroi latérale est percée à sa partie supérieure d'une petite ouverture hermétiquement obturée par une fenêtre optique 21. Cette fenêtre 21 est réalisée en un matériau limitant le rayonnement radioactif des éléments 6, tout en étant transparent au rayonnement laser d'une diode laser (décrite ci-dessous). Ce matériau est, par exemple, un verre optique au plomb. Une extrémité d'une fibre optique 22 est placée face à la fenêtre 21, pres de celle-ci, de façon à diriger le rayonnement laser qu'elle véhicule perpendiculairement à la paroi latérale de l'enveloppe 3' dans laquelle est insérée la fenêtre 21. Une surface réfléchissante 23, par exemple un miroir, fixée ou formée sur la paroi latérale 21, de façon à réfléchir le faisceau laser issu de ladite extrémité de la fibre 22 vers cette même extrémité. L'autre extrémité de la fibre 22 débouche dans la galerie 18 et est disposee vis-à-vis de la face de sortie de faisceau d'une diode laser 24. Cette diode laser 24, adaptée aux caractéristiques du gaz à mesurer, est disposée dans une enceinte thermostatée 25 dans laquelle est disposé un dispositif calibration (non représenté) contenant un gaz témoin, identique au gaz présent entre les deux enveloppes du colis, ainsi qu'une photodiode 26 faisant partie d'un circuit (non représenté) d'alimentation et de régulation la puissance d'émission de la diode 24, cette photodiode recevant une petite partie du faisceau de sortie de la diode 24. Cette diode laser 24 est modulée de façon à faire varier sa longueur d'onde d'émission. The casing 3 ′ has been modified in the following manner with respect to the casing 3. Its upper wall is no longer crossed by any pipe, while its side wall is pierced at its upper part with a small hermetically sealed opening by an optical window 21. This window 21 is made of a material limiting the radioactive radiation of the elements 6, while being transparent to the laser radiation of a laser diode (described below). This material is, for example, an optical lead glass. One end of an optical fiber 22 is placed facing the window 21, near the latter, so as to direct the laser radiation which it carries perpendicular to the side wall of the envelope 3 'in which the window is inserted 21. A reflecting surface 23, for example a mirror, fixed or formed on the side wall 21, so as to reflect the laser beam coming from said end of the fiber 22 towards this same end. The other end of the fiber 22 opens into the gallery 18 and is disposed opposite the beam exit face of a laser diode 24. This laser diode 24, adapted to the characteristics of the gas to be measured, is disposed in a thermostatically controlled enclosure 25 in which is disposed a calibration device (not shown) containing a control gas, identical to the gas present between the two envelopes of the package, as well as a photodiode 26 forming part of a circuit (not shown) of supply and regulation of the emission power of the diode 24, this photodiode receiving a small part of the output beam of the diode 24. This laser diode 24 is modulated so as to vary its emission wavelength.

La diode laser 24 est utilisée de la façon suivante, spectroscopie d'absorption. Chaque gaz présente un spectre de raies d'absorption constituant une signature précise de sa nature. Dans un mélange gazeux, il est toujours possible d'isoler une raie d'absorption spécifique du gaz à détecter, cette raie n'interférant pas avec les raies des autres gaz du mélange. Ainsi, si on dispose d'une source monochromatique accordable en longueur d'onde et dont le faisceau traverse le mélange à analyser, on peut, à l'aide d'un photodétecteur (non représenté) recueillant le faisceau après traversée du mélange, déceler la présence du gaz par atténuation même extinction) du signal optique correspondant à la raie d'absorption ce gaz. La diode 24 peut être du type DFB ou DBR (à résonateur Bragg intégré). Une telle diode a une émission que l'on peut considérer comme monochromatique (sa largeur de raie est inférieure à 10 MHz), et sa puissance d'émission est suffisante (de l'ordre de quelques Son faisceau d'émission est spatialement monomode, donc collimatable, accordable longueur d'onde sur une plage de plusieurs Angstrôms, ce qui lui permet de balayer toutes les longueurs d'onde susceptibles de correspondre ' celles des raies d'un mélange gazeux. Dans le cas présent, il s'agit de surveiller d'éventuelles fuites de l'hélium 7, traduisant l'apparition de fissures dans l'enveloppe intérieure 4. Si de telles fuites se produisaient, le dispositif de mesure décrit ci-dessus détecterait la présence d'hélium dans l'air de l'espace 5 (qui n'en contient pas en temps normal). The laser diode 24 is used in the following way, absorption spectroscopy. Each gas has a spectrum of absorption lines constituting a precise signature of its nature. In a gaseous mixture, it is always possible to isolate a specific absorption line of the gas to be detected, this line not interfering with the lines of the other gases in the mixture. Thus, if there is a monochromatic source tunable in wavelength and whose beam crosses the mixture to be analyzed, it is possible, using a photodetector (not shown) collecting the beam after crossing the mixture, to detect the presence of the gas by attenuation even extinction) of the optical signal corresponding to the line of absorption of this gas. Diode 24 can be of the DFB or DBR type (with integrated Bragg resonator). Such a diode has an emission which can be considered as monochromatic (its line width is less than 10 MHz), and its emission power is sufficient (of the order of a few Its emission beam is spatially monomode, therefore collimatable, tunable wavelength over a range of several Angstroms, which allows it to sweep all the wavelengths likely to correspond to those of the lines of a gas mixture. monitor for helium 7 leaks, indicating the appearance of cracks in the inner envelope 4. If such leaks occur, the measuring device described above would detect the presence of helium in the air of space 5 (which normally does not contain any).

dispositif de la présente invention permet ainsi d'effectuer des mesures ' situ (c'est-à-dire sans aucun prélèvement de gaz) en continu, avec un temps de réponse très court (inférieur à 1 seconde), et sans aucune influence sur milieu surveillé, et ce, de façon fiable, avec une grande précision, avec une très longue durée de vie (le contrôle du dispositif de mesure et son remplacement éventuel sont simples et rapides), du fait que l'enceinte 25 les circuits associés sont facilement accessibles dans la galerie 18, alors que les éléments de mesure se trouvant dans la galerie 1, à savoir la fibre optique 22 et le miroir 23 ont une durée de vie pratiquement supérieure à la durée de dangerosité des éléments radioactifs 6.device of the present invention thus makes it possible to perform situ measurements (that is to say without any gas sampling) continuously, with a very short response time (less than 1 second), and without any influence on medium monitored, reliably, with great precision, with a very long service life (the control of the measuring device and its possible replacement are simple and rapid), because the enclosure 25 the associated circuits are easily accessible in the gallery 18, while the measuring elements in the gallery 1, namely the optical fiber 22 and the mirror 23 have a lifetime practically greater than the duration of dangerousness of the radioactive elements 6.

Claims

1. Package monitoring device ensuring the storage of highly toxic waste, these packages comprising at least two envelopes (3 ', 4) one of which (3') contains the other, leaving a space between them (5 ), this space containing a gas, characterized by the fact 'it comprises a spectrometric optical measurement device (24, 25, outside the package, optically connected (22) to the enclosure (2') and measuring through at least one window (21) of the outer envelope of the enclosure the composition of the gas present between the two envelopes of the enclosure.

2. Device according to claim 1, characterized in that the optical measurement device comprises a laser diode (24) and a photodetector.

3. Device according to claim 2, characterized in that the optical measuring device is optically connected to the package by at least one optical fiber (22) terminating in front of the window (21).

4. Device according to claim 3, characterized by the fact has on the inner face of the wall of the outer envelope, opposite the window, a reflecting surface (23).

5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the laser diode is arranged in a thermostatically controlled enclosure (25) and regulated in transmission power.

6. Device according to claim 5, characterized in that the thermostatically controlled enclosure comprises a calibration device containing control gas.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the waste is radioactive waste.