FR2949899A1

FR2949899A1 - Dispositif de mesure de reactivite

Info

Publication number: FR2949899A1
Application number: FR0956188A
Authority: FR
Inventors: Guillaume Ritter
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2009-09-10
Filing date: 2009-09-10
Publication date: 2011-03-11
Anticipated expiration: 2029-09-10
Also published as: FR2949899B1

Abstract

L'invention concerne un procédé de mesure de la réactivité d'un réacteur, comportant les étapes : - disposer une chambre d'ionisation à gaz (22), dans le coeur (2) ou au voisinage du coeur du réacteur, - réaliser une variation de pression de la chambre d'ionisation à gaz, - mesurer le signal de sortie de la chambre d'ionisation à gaz durant sa variation de pression.

Description

DISPOSITIF DE MESURE DE REACTIVITE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTERIEUR L'invention concerne un procédé de mesure de la réactivité, au sens de la physique des réacteurs nucléaires. Cette mesure s'applique à un assemblage de composants mécaniques comprenant des noyaux d'isotopes fissiles. Elle s'attache en premier lieu au coeur d'un réacteur nucléaire.

Elle concerne également un dispositif ou un système permettant de mettre en oeuvre un tel procédé. L'invention concerne en particulier un réactimètre adapté pour mettre en oeuvre un tel procédé. L'invention trouve application notamment à l'expérimentation en physique des réacteurs. On essaie, pour certains réacteurs nucléaires, de caractériser le comportement du coeur lorsque se produit un brusque pic de puissance, par exemple lors d'un ajout soudain de réactivité dans le coeur. Plus généralement, ce type de situation, qui doit être connu, se rencontre dans un réacteur lorsque des accidents de réactivité se produisent. Par exemple, dans un réacteur à eau pressurisée où la réactivité est maîtrisée notamment par un apport de concentration en bore dans l'eau du circuit de refroidissement. Une erreur dans l'injection du bore, par exemple une injection d'eau sans bore, est un exemple d'incident pouvant se produire. Dans ce cas, il y a moins de capture de neutrons, ce qui se traduit par un surcroit de réactivité. Afin notamment de mieux modéliser ce type de comportement, on cherche à réaliser une mesure absolue de la réactivité dans des réacteurs d'essai. On cherche également à effectuer le même type de mesures dans des réacteurs de production. La réactivité se mesure par analyse en continu de la trace de puissance développée par le réacteur. La figure 1 représente un dispositif connu, analogue à un four à neutrons, qui fonctionne, lors de ses phases d'expérimentation, non selon un régime continu mais plutôt par impulsion(s) de puissance due(s) à une ou des injections de réactivité. Chaque impulsion reproduit les conditions d'un accident de réactivité de réacteur de puissance. Au centre de cette figure, se trouve une cellule d'essai 2, qui contient un crayon 7 d'essai issu, après usage, d'un réacteur de puissance, par exemple en uranium dans une gaine en alliage de zirconium. La référence 4 désigne des barres de contrôle Hf (hafnium), qui constituent un absorbant solide de neutrons. Des crayons combustibles du coeur nourricier (four) sont désignés par la référence 6, tandis que les barres transitoires sont désignées par la référence 8. L'ensemble baigne dans l'eau 9 d'un circuit de refroidissement.

Un fluide (dans cette application : de l'hélium 3He) circule dans un circuit 11 d'injection de réactivité du réacteur dont font partie les barres transitoires 8. Celles-ci sont reliées à un collecteur 10, lui-même relié à un réservoir 18 par l'intermédiaire d'un système de vannes. L'hélium 3He est utilisé dans ce contexte du fait de ses propriétés nucléaires. Il constitue en effet lui aussi un absorbant de neutrons, absorbant gazeux. Ses propriétés isotopiques particulières peuvent s'illustrer par exemple par le fait que la section efficace de capture des neutrons par l'hélium-3 (environ 106 barns) est beaucoup plus importante que la section efficace de capture des neutrons par l'hafnium naturel (environ 103 barns). Parmi les vannes qui commandent l'écoulement de l'hélium-3, un premier groupe est constitué de vannes rapides 14, 15, ou vannes tout ou rien . Un deuxième groupe de vannes 12, 13 est constitué de vannes réglantes.

Un compresseur 16 permet de contrôler la pression dans le circuit 11 d'hélium-3. De manière classique, la pression absolue d'hélium-3 dans le réacteur est inférieure ou égale à environ 15 bars. Un paramètre important de ce dispositif est la réactivité. Cette quantité s'écrit : p = (K - 1) /K où K est le rapport : P/D = Production de neutrons/Disparition de neutrons.

La partie disparition de neutrons comprend : - l'absorption dans les noyaux lourds du combustible, - les effets de capture dans les structures du réacteur et le fluide caloporteur, - les fuites hors du système, - les effets de capture dans les absorbants. La disparition par capture dans les absorbants comprend un terme lié à l'absorption par l'hélium-3 contenu dans le circuit 11 (dont surtout les barres transitoires 8) et un autre lié à l'hafnium des barres 4. Une injection de réactivité dans un dispositif tel que celui de la figure 1 peut être obtenue : - soit en accroissant le terme P de production, par exemple en accroissant l'inventaire fissile ou son efficacité, - soit en diminuant le terme D de disparition. Cette deuxième solution revient à éliminer des fuites, ou à ajouter des moyens réflecteurs, ou à extraire les barres d'absorbant, ou encore à éliminer du bore dans l'eau (dans le cas où il y en ait eu, e.g. en réacteur de puissance) ou enfin à expulser l'3He des barres transitoires on dit que l'on élimine de l' antiréactivité. L'injection de réactivité vient alors, dans la présente illustration, de ce que les captures de neutrons dues à l'hélium-3 diminuent.

Une telle injection de réactivité peut ainsi être obtenue par une dépressurisation dans le circuit 11 d'hélium-3 où le gaz est éjecté des barres transitoires 8. Cette dépressurisation peut-être obtenue très rapidement, par exemple en environ 1/10 de seconde. La présence de deux canaux parallèles, avec un groupe de vannes rapides 14, 15 et un groupe de vannes réglantes 12, 13 sur chaque canal, permet, dans un premier temps, de laisser passer un léger filet d'hélium-3 (par exemple, ouverture du canal de petite section), puis, ensuite, d'accélérer l'injection de réactivité (par exemple, ouverture du canal de grande section).

En principe, la mesure, durant un pic transitoire, du terme de production, essentiellement par fission dans les noyaux lourds et du terme de capture par l'hélium-3, donne accès à la réactivité externe injectée du fait de l'expulsion de l'hélium-3. La figure 2 représente l'évolution de la pression dans le circuit d'hélium-3 (courbe I) avant, pendant et après l'ouverture des vannes 12-15. Sur cette figure est également représentée l'évolution de la puissance du coeur (courbe II). Jusqu'à l'instant t = 0, la pression absolue d'hélium-3 est constante, à une valeur possiblement comprise entre 1 et 15 bars. À l'instant t<0, les vannes réglantes 12,13 sont ouvertes avec une section de passage déterminée 30 dans la perspective du transitoire de puissance à 25 réaliser, mais les vannes rapides 14,15 sont fermées. À t=0, la vanne rapide 14 est ouverte. Puis, à l'instant t1r la vanne rapide 15 est ouverte : le degré d'ouverture des vannes réglantes 12 et/ou 13 permet de moduler la vitesse de dépressurisation i.e. la vitesse d'injection de réactivité. Moins d' 1/10è1Ce de seconde après l'ouverture des vannes, survient le pic de puissance du coeur, représenté sur la figure 2 par la courbe II. En figure 3 sont représentées les évolutions de la pression dans le circuit d'hélium-3 (courbe I), de la puissance du coeur (courbe II), et de la réactivité totale (courbe III). On voit que le pic de puissance est consécutif à l'injection de réactivité. Jusqu'à présent, la mesure de réactivité externe (due, ici, à l'éjection de l'3He) est obtenue de manière indirecte, notamment à l'aide d'une mesure de pression, grâce au capteur de pression d'hélium-3 du circuit 11, logé au niveau du collecteur 10, donc en dehors du coeur et a fortiori loin des barres transitoires 8. La mesure de pression est trop déportée pour être suffisamment fiable et précise et rend ainsi la mesure indirecte de réactivité sujette à interprétation. La figure 4 montre que l'écart entre une mesure de réactivité externe par cinétique inverse (courbe III') et une mesure directe (courbe III) peut atteindre plus d'1/2 $. Le $ est l'étalon de réactivité et correspond à la fraction de neutrons retardés rapportés à l'ensemble des neutrons produits lors d'une fission. On distingue les neutrons prompts qui arrivent environ 10 à 15 secondes après l'impact du neutron ayant causé la fission et les neutrons retardés qui arrivent plusieurs secondes après cet instant (il y en a moins d' l %). De récentes études ont d'ailleurs montré la difficulté d'évaluer la réactivité externe injectée par la dépressurisation des barres 3He 8. Ainsi, on a représenté sur la figure 4, l'évolution de la réactivité (courbe III) et l'évolution de la pression, en fonction du temps, lors d'un transitoire de puissance. La pression diminue très rapidement (c'est la courbe I), tandis que la réactivité s'accroît de manière corrélative. Celle-ci est en fait obtenue par le produit de la pression d'hélium-3 au cours du temps par p (réactivité telle que définie ci-dessus) calculée en fonction de la pression. Un calcul de cinétique inverse conduit à la courbe III', dont on voit qu'elle présente des écarts avec la courbe III qui peuvent être importants, jusqu'à 0,5 $. Ce calcul est complexe et tient compte de corrections pour les contre réactions neutroniques telles notamment l'effet Doppler. La fiabilité des mesures actuelles est donc limitée. Les incertitudes associées à ces mesures ou aux calculs peuvent imposer de prendre des marges de conservatisme importantes, jusqu'à 30 %, pour respecter les contraintes de sûreté. Les marges s'appliquent à tout fonctionnement d'un tel dispositif, mais aussi de tout réacteur pour lequel la réactivité externe serait déterminée de manière indirecte. En outre, que ce soit par cinétique inverse ou directe, il manque nécessairement la prise en compte de certains phénomènes, et notamment le poids des contre réactions ou encore le fait que la mesure de pression est réalisée en dehors du réacteur. On ne peut donc pas directement accéder en l'état à l'antiréactivité emportée par l'3He. Plus généralement, les problèmes présentés ci-dessus sont les mêmes dans un réacteur à eau pressurisée et aussi dans tout réacteur de puissance dès lors que les incertitudes sur la connaissance de la réactivité imposent des marges sur les performances d'exploitation de l'installation. Or, dans ce type de réacteur également, on peut chercher à déterminer une quantité de réactivité injectée. Il se pose donc le problème de trouver un nouveau procédé permettant d'effectuer une autre mesure de réactivité, plus exacte, dans tout réacteur, en particulier dans un réacteur d'essai. Il se pose également le problème de réaliser un nouveau dispositif permettant de réaliser une mesure de réactivité nouvelle dans tout type de réacteur, en particulier dans un réacteur d'essai. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé de mesure de réactivité d'un réacteur nucléaire, comportant : - le positionnement d'au moins une chambre d'ionisation à gaz, dans le coeur ou au voisinage du coeur du réacteur, - la formation d'une variation de pression 5 (pressurisation ou dépressurisation) de la chambre d'ionisation à gaz, - la mesure du signal électrique de sortie de la chambre d'ionisation à gaz, lors de cette variation de pression. L'invention peut en outre comporter une étape de mesure du comportement thermomécanique de la chambre d'ionisation à gaz, notamment lors de cette variation de pression (pressurisation ou dépressurisation). On peut disposer une ou plusieurs chambres d'ionisation dans le coeur ou au voisinage du coeur du réacteur. La ou les chambre(s) d'ionisation à gaz est (sont) de préférence à hélium 3He. 20 Le réacteur peut être un réacteur d'essai. Il comporte alors un circuit d'injection de réactivité à gaz dédié, par exemple aussi à hélium-3, mais d'autres gaz sont possibles, comme l'hexafluorure d'uranium (UF6). Dans ce dernier cas, c'est la 25 pressurisation à l'UF6 qui constituerait une injection de réactivité et non l'expulsion du gaz. Dans la configuration d'un réacteur d'essai, la ou les chambre(s) d'ionisation à gaz peu(ven)t être placée(s) dans une cellule d'essai du 30 réacteur. En variante, la ou les chambre(s) 10 15 d'ionisation à gaz est (sont) placée (s) dans une partie du circuit d'injection de réactivité. La variation de pression de la chambre d'ionisation, en particulier dans le cas où le gaz est 3He, peut alors avoir lieu pendant une variation de pression correspondante (mise sous pression du circuit d'injection pour une mise sous pression de la chambre d'ionisation, dépressurisation du circuit d'injection pour une dépressurisation de la chambre d'ionisation) du circuit d'injection de réactivité du réacteur. Du fait de la variation de pression du circuit à gaz du réacteur et de son influence sur la réactivité du système, une modification de l'ionisation du gaz contenu dans la chambre d'ionisation à gaz a lieu durant la variation de pression de celle ci. De préférence ces variations de pression sont synchronisées. Dans un réacteur de puissance, on met uniquement en oeuvre la variation de pression de la chambre d'ionisation à gaz, sans variation de pression d'un circuit d'injection de réactivité (qui n'existe pas dans un réacteur de puissance). La chambre d'ionisation est alors implantée dans ou à la place d'un assemblage combustible, ou dans le réflecteur à neutrons du réacteur. Selon l'invention, on mesure donc directement, en ligne, le taux de réaction dans une chambre d'ionisation à gaz qui subit (cas d'un réacteur d'essai) une variation de pression éventuellement similaire ou identique à celle réalisée dans un circuit d'injection de réactivité (dans les barres transitoires de celui-ci). Le signal mesuré par la chambre d'ionisation à gaz traduit lui-même, directement, une composante de la réactivité, une composante même du terme disparition de neutrons de la réactivité, sans devoir être analysé ou être soumis à un traitement complexe et notamment sans devoir être déconvolué. Par disparition, on entend une disparition par absorption dans 3He, le terme disparition en comportant d'autres comme l'absorption dans les barres de contrôle solides, laquelle n'évolue pas lors du transitoire. Quel que soit le mode de réalisation (en réacteur d'essai ou en réacteur de puissance), l'invention permet la mesure directe du taux de capture lors de la variation de pression de la chambre d'ionisation. L'invention permet une compréhension physique améliorée du comportement d'un réacteur lors d'un transitoire de réactivité, avec des erreurs bien inférieures à celles dont il faut tenir compte avec les méthodes connues de mesure de réactivité. Il est également possible de mettre en place une mesure d'autres paramètres physiques pendant la variation de pression de la chambre d'ionisation à gaz. Par exemple, il est possible de mesurer en outre une pression et/ou une contrainte et/ou une déformation et/ou une température dans/ou au voisinage de la chambre d'ionisation à gaz.

L'invention concerne également un dispositif de mesure de la réactivité d'un réacteur, comportant : - une chambre d'ionisation à gaz, - des moyens pour réaliser une variation de pression de la chambre d'ionisation à gaz, par exemple, dans le cas d'un réacteur d'essai, lors de la variation de pression d'un circuit d'injection de réactivité du réacteur, - des moyens pour mesurer le signal de sortie de la chambre d'ionisation à gaz lors de sa variation de pression. Les avantages de ce dispositif sont ceux qui ont été expliqués ci-dessus et sont liés au procédé. Selon un mode de réalisation, un dispositif selon l'invention peut en outre comporter des moyens de mesure du comportement thermomécanique de la chambre. Ce peut être des mesures de température et/ou de contraintes et/ou de pression et/ou de déformation sur les parties intérieure ou extérieure de la chambre. L'invention concerne également un système de commande de l'injection de réactivité d'un réacteur d'essai, muni d'un circuit d'injection de réactivité à gaz dédié, ce système comportant : - un dispositif selon l'invention, tel que décrit ci-dessus, - des moyens pour réaliser une variation de pression du circuit d'injection de réactivité à gaz dédié, - des moyens pour réaliser une variation de pression de ladite chambre d'ionisation à gaz, lors d'une variation de pression du circuit d'injection de réactivité à gaz dédié.

De préférence, les moyens pour réaliser une variation de pression du circuit d'injection de réactivité à gaz dédié, et les moyens pour commander la variation de pression de ladite chambre d'ionisation à gaz, sont synchronisés. Ces moyens peuvent être intégrés dans un même séquenceur. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS - La figure 1 représente un dispositif connu, avec des moyens de mesure selon l'art antérieur, - la figure 2 représente l'évolution en temps de la pression et de la puissance dans un réacteur, - la figure 3 représente l'évolution temporelle de la pression d'hélium-3, de la puissance et de la réactivité totale dans un réacteur, - la figure 4 représente l'évolution de la pression absolue, de la réactivité externe déterminée à partir de la pression et de la réactivité externe obtenue par cinétique inverse, dans le cadre d'une mesure selon l'art antérieur, - la figure 5 représente une chambre d'ionisation à gaz selon l'invention. - La figure 6 est une variante d'une chambre d'ionisation à gaz selon l'invention. - la figure 7 représente la mise en oeuvre 30 d'un procédé de mesure selon l'invention, 25 - la figure 8 représente une variante de mise en oeuvre d'un procédé de mesure selon l'invention. - La figure 9 représente, en fonction du temps, l'évolution de la pression dans le circuit d'hélium-3 d'un réacteur et l'évolution de la pression du gaz dans la chambre d'ionisation à gaz, également en fonction du temps. - la figure 10 représente le plan de chargement simplifié d'un réacteur de puissance.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Une chambre d'ionisation à gaz pouvant être utilisée en tant que dispositif de mesure selon l'invention est représentée sur la figure 5. Une partie de ce type de dispositif est connue, classiquement, par exemple du document Techniques de l'ingénieur , Mesure Nucléaire non Destructive dans le cycle du combustible, partie 1, BN 3 405. La chambre de la figure 5 comporte une enveloppe 30, sensiblement cylindrique, qui délimite le volume dans lequel le gaz utilisé pour la détection est contenu (à une pression comprise par exemple entre 1 et 15 bars absolus). Le plus souvent ce gaz est de l'hélium-3 (3He), mais on peut aussi utiliser de l'air, ou de l'azote, ou de l'hélium, ou de l'argon, ou de l'hydrogène, ou du CO2r ou de l' UF6 . Sur une anode centrale 33 sont collectés les électrons issus de l'ionisation du gaz.

Une cathode 37 est disposée en regard ou autour de l'anode. En fonctionnement nominal du réacteur, le signal prélevé à l'extérieur, entre anode et cathode, est naturellement proportionnel au flux de neutrons incident et à la concentration de gaz, par exemple d'hélium-3, dans la chambre. L'extrémité de la chambre est fermée par des traversées étanches pour les prises de tension des électrodes (non représentées sur la figure). Un exemple d'une structure d'une chambre à fission, application particulière d'une chambre d'ionisation à gaz est décrit dans le document EP 715 186. Antérieurement, une autre structure de chambre à fission avait été décrite dans le document FR-1 593 960. Des neutrons, que l'on cherche à détecter, provoquent des réactions nucléaires avec les noyaux du gaz, en particulier 3He(n,p)T (noyau cible : He ; projectile : neutron ; éjectile : proton ; noyau produit : tritium) dans le cas où le gaz est 3He. Ces réactions conduisent ensuite à l'ionisation du gaz. Dans une chambre d'ionisation à gaz la détection est réalisée par les électrodes 33, 37, en fournissant sur celles-ci des impulsions de tension ou de courant dont la mesure ou le comptage donnent une indication du flux de neutrons incident. Ces électrodes sont reliées à des connexions extérieures qui permettent de prélever et d'analyser le signal.

Une chambre utilisée dans le cadre de l'invention a par exemple les dimensions suivantes . l'enveloppe 30 est un cylindre de diamètre compris entre 1 cm et 5 cm et longueur comprise entre 10 cm et 100 cm. Ce dispositif comporte en outre des moyens 39 pour réaliser une dépressurisation ou une mise sous pression de la chambre lorsqu'elle est dans le réacteur. Il s'agit par exemple d'un système de vannes, par exemple du type des vannes 12, 13 (vannes TOR) et des vannes 14, 15 (vannes réglantes) décrites ci-dessus en liaison avec la figure 1. Dans la suite on ne parle, par souci de clarté, que du cas de la dépressurisation, le cas de la pressurisation étant réalisé avec un gaz neutrogène (par exemple UF6), alors que, dans le cas de la dépressurisation, on met en oeuvre un gaz neutrophage. Dans les deux cas, on génère une variation de réactivité par la réalisation d'une variation de pression. Les moyens pour mettre sous pression comportent par exemple des moyens pour injecter un gaz neutrogène. Les moyens 39 de dépressurisation contrôlée peuvent être commandés par des moyens similaires ou identiques aux moyens 20 qui contrôlent l'ouverture des vannes 12-15. Autrement dit, la commande de dépressurisation peut être par exemple assurée par le même séquenceur 20 que celui des barres transitoires 8. Chaque vanne réglante reste en permanence ouverte à la section à laquelle elle a été préréglée. Chaque vanne TOR (ou rapide) ne s'ouvre qu'au moment où cela été défini dans le séquençage d'ouverture.

La pressurisation/dépressurisation est de préférence contrôlée afin que les modules et vitesse d'injection de réactivité dus à l'3He puissent être maitrisés au mieux. A cette fin la pression initiale, les sections d'ouverture de chacune des deux vannes réglantes 14, 15 et le retard à l'ouverture des vannes 12, 13 sont déterminées par calcul de neutronique et d'écoulement de gaz de manière à obtenir les conditions d'essai initialement voulues en termes de puissance.

Une variante d'un dispositif de mesure selon l'invention est représentée en figure 6. La chambre d'ionisation à gaz de cette variante comporte les mêmes moyens que ceux déjà décrits ci-dessus en liaison avec la figure 5.

Sur cette figure, la partie intérieure ou la surface extérieure de cette chambre d'ionisation à gaz est équipée d'une ou plusieurs jauges, par exemple une jauge 32 de mesure de contrainte. En outre, un capteur 34 de pression peut-être piqué sur la chambre.

Il est également possible, en plus ou en variante, de placer un capteur de température sur la surface extérieure de la chambre ou à l'intérieur de la chambre. Sur cette figure est également représentée une source de gaz (e.g. hélium-3) 40, les moyens de dépressurisation 39, et des moyens 42 qui prélèvent l'ensemble des signaux provenant de la chambre 22, le signal d'anode et éventuellement les signaux des capteurs 32, 34 ou d'autres capteurs. Typiquement, un dispositif tel que celui des figures 5 ou 6 peut avoir par exemple une longueur L de 10 à 100 cm et un diamètre D de 1 à 5 cm. Ces dimensions ne sont qu'indicatives, elles dépendent en fait de l'encombrement du canal 2 dans lequel le dispositif sera placé. Par ailleurs, on choisit des dimensions de la chambre 22 telles que la contenance en gaz dédié (e.g. hélium-3) de la chambre soit suffisamment petite pour que, lors d'une dépressurisation de cette chambre, par exemple une dépressurisation immédiate et totale, l'influence sur la réactivité du réacteur soit tolérable. La réactivité injectée par la dépressurisation de la chambre 22 est donc négligeable par rapport à celle correspondant à la dépressurisation des barres transitoires du coeur. La chambre peut être placée au centre d'une cellule 2 expérimentale pour un réacteur expérimental, comme celui de la figure 1 déjà décrit ci-dessus et dont les caractéristiques font partie de la présente description. Le signal mesuré entre anode et cathode, lors d'une dépressurisation contrôlée du circuit de gaz dédié et de la chambre est proportionnel au poids en réactivité du matériau ainsi expulsé. Le système donne donc la mesure immédiate et intégrale de la sensibilité du gaz dédié aux évolutions locales de densité neutronique en impulsion dans les barres transitoires et ce d'autant mieux que le facteur de forme axial n'évolue pas lorsque la chambre est dépressurisée. En effet, au premier ordre, la chambre se dépressurise de manière identique sur toute sa hauteur. Le facteur de forme axial (dû à la courbure du flux dans le coeur) est déterminé au premier ordre par la position des barres de contrôle solides. Celles-ci restent immobiles jusqu'à la fin du transitoire. Le facteur de forme axial n'évolue donc pas pendant le transitoire.

Il est possible de réaliser une mesure avec une seule chambre. En variante, on peut mesurer la pression à volume de gaz constant dans une série de plusieurs chambres 22 (ou a minima une chambre sur toute la hauteur du coeur) placées dans la cellule (toutes les dépressurisations des chambres d'ionisation sont alors simultanées). L'invention permet notamment de mesurer une réactivité étalon injectée dans un système. L'électronique d'acquisition utilisée avec une chambre selon la présente invention peut incorporer une électronique standard, du type de celle utilisée pour les chambres d'ionisation à gaz mises en oeuvre dans les réacteurs de recherche. Elle est en outre adaptée ou programmée pour acquérir un signal de la chambre d'ionisation lors d'une dépressurisation de celle-ci. Dans le procédé ci-dessus, le système de mesure est placé dans le coeur du réacteur. La mise en oeuvre de ce procédé est illustrée sur la figure 7, sur laquelle des références numériques identiques à celles de la figure 1 désignent des éléments identiques ou similaires. Dans le système de cette figure 7, le crayon d'essai 7 a été enlevé de la cellule 2, et on a introduit dans celle-ci une chambre 22 d'ionisation à gaz, du type selon la présente invention. Là encore, l'élimination du crayon d'essai n'affecte pas le fonctionnement du système, puisque les caractéristiques du coeur sont déterminées essentiellement par les crayons de la partie nourricière du coeur, nombreux et situés en périphérie.

Cette chambre 22 est reliée à des moyens 20' pour contrôler l'ouverture du système de vannes 39 de la chambre 22. Ces moyens 20' peuvent en outre être ceux qui vont permettre de récupérer le signal issu de la chambre 22, et éventuellement d'en effectuer un traitement. La séquence temporelle d'ouverture du système de vannes 39 de la chambre 22 est identique à, ou au moins synchronisée avec, la séquence temporelle d'ouverture des vannes 12-15 du système de gaz dédié (e.g. l'3He) des barres transitoires lorsqu'un tel dispositif d'injection de réactivité équipe le réacteur. Avantageusement, les moyens 20 et 20' sont rassemblés dans un seul et même dispositif. Un exemple d'une telle séquence temporelle est représenté en figure 9. La courbe P1 représente l'évolution de la pression dans le circuit d'hélium-3 du réacteur, en fonction du temps. Une deuxième courbe, P2, représente l'évolution de la pression du gaz dans la chambre d'ionisation à gaz, également en fonction du temps. On voit que ces deux pressions décroissent de la même manière, quant bien même, ici, elles ne partent pas de la même valeur initiale. Mais P1 et P2 sont de préférence identiques. Ainsi qu'on l'a expliqué ci-dessus, la pression initiale P10 dans le circuit de gaz dédié (e.g. l'3He) et P20 dans la chambre d'ionisation à gaz est par exemple d'environ 1 à 15 bars absolus. Dans le système de la figure 7, le positionnement de la chambre 22 à la place du crayon d'essai permet de réaliser une mesure au coeur du réacteur. Mais une autre mesure est également possible, en plaçant la chambre d'ionisation à gaz 22 dans le réflecteur à neutrons 70 d'un réacteur. Cette mesure est également une mesure au sens de la présente invention et est illustrée sur la figure 8 où des références numériques identiques à celles des figures 6 et 7 y désignent des éléments identiques ou similaires. La référence 42 désigne des moyens pour récupérer le signal issu de la chambre 22, et éventuellement en effectuer un traitement. La chambre 22 d'ionisation à gaz est ici, par simplification, reliée aux moyens 20 qui vont commander l'ouverture des vannes 12-15, mais également la commande du système de vannes de la chambre 22. En variante, des moyens 20', séparés des moyens 20, mais synchronisés avec ceux-ci, pourraient également être mis en oeuvre, comme sur la figure 7. Ainsi, dans les deux cas, la séquence d'ouverture de la vanne de la chambre 22 est identique ou similaire à la séquence d'ouverture des vannes 12-15, comme déjà expliqué ci-dessus en liaison avec la figure 9. De même, dans les deux cas, la chambre d'ionisation à gaz peut être du type de la figure 5, ou 30 du type expliqué ci-dessus de la figure 6.

Les moyens 20 permettent de maîtriser l'injection de réactivité dans le réacteur. Ils commandent des vannes 12-15 de dépressurisation d'un circuit de dépressurisation du réacteur, pouvant par exemple fonctionner jusqu'à la pression de 30 bars pour un volume de mille litres. Comme déjà décrit, les vannes 12-15 peuvent comporter une ou plusieurs vanne(s) réglante(s) et une ou plusieurs vanne(s) de sectionnement tout ou rien.

Les moyens 20, 20' comportent par exemple un séquenceur qui met en oeuvre une ou plusieurs des fonctions suivantes . - des moyens de commande et de contrôle de l'ordre du pourcent de la section d'ouverture de la ou des vanne(s) réglante(s) 12, 13, - et/ou des moyens de commande et de contrôle, à une précision d'environ la milliseconde, des instants d'ouverture et de fermeture de la ou des vanne(s) 14, 15 de sectionnement tout ou rien, - et/ou des moyens de contrôle des paramètres physiques du réacteur et de son circuit dédié à gaz, par exemple la pression dudit gaz dédié, et/ou les instants d'ouverture de la ou des vannes, et/ou la puissance du coeur, et/ou la cote des barres de contrôle solides et/ou des états déterminants pour la sûreté de l'installation comme ceux identifiés dans la chaîne de sécurité du réacteur, - et/ou des moyens pour intervenir positivement sur la chaîne de sécurité du réacteur, - et/ou des moyens de commande de la chute des barres de contrôle solides.

De préférence une fiabilité des décisions dudit séquenceur dans la commande de ses sous-systèmes permet d'éviter 10-9 occurrences d'un évènement redouté par sollicitation globale.

Dans tous les cas, il est possible de maintenir une mesure de pression dans le circuit du gaz dédié, par exemple au niveau du collecteur 10. Le positionnement de la chambre d'ionisation à gaz est expliqué ci-dessus (figure 7) dans le cadre d'un réacteur d'essai, par exemple celui de la figure 1. Dans le cas d'un réacteur expérimental, avec un système d'injection de réactivité à gaz dédié, un dispositif 22 selon l'invention peut donc être disposé dans la cellule d'expérimentation du coeur.

Pour un réacteur de puissance ou un autre coeur (figure 8), non équipé à l'origine d'un circuit d'injection de réactivité en 3He de type barres transitoires, le dispositif comprenant la chambre d'ionisation à gaz serait placé en lieu et place d'un assemblage combustible ou du réflecteur à neutrons. L'emplacement est illustré en figure 10 qui représente, en vue de dessus, le plan de chargement simplifié d'un réacteur de puissance 100 : la référence 101 indique la position d'un assemblage combustible qui peut être remplacé par, ou comprendre une chambre d'ionisation à gaz selon l'invention. En variante, cette chambre peut être installée dans un emplacement 102 aménagé dans le réflecteur à neutrons du réacteur. Le volume et la pression initiale de l'3He dans la chambre 22 sont alors déterminés par la réactivité tolérablement injectable dans ce coeur.

Dans le cas d'un réacteur de puissance, sans système d'injection de réactivité, ni d'espace disponible pour l'expérimentation, le dispositif 22 selon l'invention peut donc être implanté très près du coeur, par exemple dans un espace aménagé dans le réflecteur, ou dans un assemblage combustible. Par ailleurs, quel que soit le mode de réalisation de l'invention, il existe plusieurs modes de fonctionnement d'une chambre d'ionisation à gaz : le mode en impulsion , le mode fluctuation et le mode courant . De préférence, on met en oeuvre, dans le cadre de l'invention, le mode courant .

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de mesure de la réactivité d'un réacteur, comportant les étapes : - disposer au moins une chambre d'ionisation à gaz (22), dans le coeur (2) ou au voisinage du coeur du réacteur, - réaliser une variation de pression de la chambre d'ionisation à gaz, - mesurer le signal de sortie de la chambre d'ionisation à gaz lors de cette variation de pression.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on dispose une pluralité de chambres 15 d'ionisation à gaz dans le coeur (2) ou au voisinage du coeur du réacteur.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le gaz d'une ou plusieurs des 20 chambres à ionisation est de l'hélium-3 (3He).
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le réacteur est un réacteur d'essai et comporte un circuit (11) d'injection de réactivité à 25 gaz dédié.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la variation de pression de la chambre d'ionisation a lieu durant une variation de pression en 30 gaz dédié du circuit (11) d'injection de réactivité du réacteur. 10
6. Procédé selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel le gaz de la chambre d'ionisation à gaz est identique à celui du circuit (11) d'injection de réactivité du réacteur.
7. Procédé selon l'une des revendications 4 à 6, dans lequel la variation de pression du circuit (11) d'injection de réactivité et la variation de pression de la chambre d'ionisation à gaz sont synchronisées.
8. Procédé selon l'une des revendications 4 à 7, dans lequel la chambre d'ionisation à gaz est placée dans une cellule d'essai du réacteur ou dans une partie (10) du circuit (11) d'injection de réactivité.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le réacteur est un réacteur de puissance.
10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel la chambre d'ionisation est implantée à la place ou dans un assemblage combustible (101), ou dans le réflecteur à neutrons (70) du réacteur (102). 25
11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel on mesure en outre une pression et/ou une contrainte et/ou une température et/ou une déformation de la chambre d'ionisation à gaz, lors de 30 la variation de pression de celle-ci.20
12. Dispositif de mesure de la réactivité d'un réacteur, comportant : - une chambre (22) d'ionisation à gaz, - des moyens (39, 20') pour réaliser une variation de pression de la chambre d'ionisation à gaz. - des moyens (42) pour mesurer le signal de sortie de la chambre d'ionisation à gaz lors de sa variation de pression.
13. Dispositif selon la revendication 12, comportant en outre des moyens de mesure de température et/ou de contraintes (32) et/ou de pression et/ou de déformation (34) et/ou de température à l'intérieur et/ou sur la partie extérieure de la chambre.
14. Système de commande de l'injection de réactivité d'un réacteur d'essai, comportant un circuit (11) d'injection de réactivité à gaz dédié, comportant: - un dispositif selon l'une des revendications 12 ou 13, - des moyens (12, 13, 14, 15, 20) pour réaliser une variation de pression du circuit d'injection de réactivité à gaz dédié, - des moyens (39, 20') pour réaliser une variation de pression de ladite chambre d'ionisation à gaz, lors d'une variation de pression du circuit d'injection de réactivité à gaz dédié.
15. Système selon la revendication 14, dans lequel les moyens (39, 20') pour réaliser une variation de pression de la chambre d'ionisation à gaz, et lesmoyens (12, 13, 14, 15, 20) pour réaliser une variation de pression du circuit d'injection de réactivité à gaz dédié, sont synchronisés.